Процес підготовки води для потреб енергетики

Мg₂⁺+2OН → Мg(OН)₂

 

3.2 Коагуляція води при її вапнуванні

При введенні у воду на ряду з вапном розчину залізного купоросу відбувається його гідроліз, подальше окиснення заліза розчиненим у воді киснем до окисненого і утворення гідроокисі заліза. Процеси, що відбуваються зображуються наступними реакціями:

 

FеSO₄ → Fе²⁺+ SO₄^2-

                                              Fе²⁺+2OН^-→ Fe(OH)₂                                                       (3.5)

                              Fe(OH)₂ + 2Н₂О + O₂ → 4Fe(OH)₄ + 4SO₄^2-

сумарно:

                       4Fe(OH)₄ +8OН^- + 2Н₂О + O₂→ 4Fe(OH)₄ + 4SO₄^2-                           (3.6)

Гідроокис заліза утворює спочатку колоїдну систему, частки якої заряджені позитивно і коагулюють негативно заряджені колоїдні домішки вихідної води, а потім і пластівці, яки механічно захоплюють природну завись і дрібні частки осаду який утворюється при вапнуванні води.

 

Дозу   коагулянту   визначають   экспериментально   шляхом   пробної коагуляції одночасно з вапнування води в лабораторних умовах і далі уточнюють по даним спостережень результатів обробки води в промислових умовах.

 

3.3 Натрій - катіонування води

Обробка води шляхом натрій - катіонування полягає у фільтруванні її через шар катіоніту, що містить в якості обмінних іонів катіони натрію. При цьому катіоніт поглинає з води іони Са²⁺ і М^²⁺, зумовлюючи її жорсткість, а у воду переходить з катіоніту еквівалентне кількості іонів Nа⁺. Протікають при цьому реакції можуть бути записані таким чином:

2Nа +Кт^- + Са ²⁺ → Са²⁺ + Кт₂ ^- +Na⁺

2Nа +Кт^- + Mg²⁺ → Мg²⁺ + Кт₂ + 2Nа⁺       

 

де Кт^- означає складний комплекс катіоніту (або його «нерухомий аніон»), практично нерозчинний у воді.

Таким чином, концентрації аніонів, що містяться у вихідній воді після її Nа-катіонування, залишаються практично незмінними.

Перетворення   карбонатної  жорсткості   води  в  бікарбонат  натрію обумовлює  високу  натрієву  лужність  води,  так  як  у  котлі МgНСO₃ перетворюється на соду і їдкий натр. Ця обставина є головним недоліком катіонування води.

Як вказувалося вище, процеси іонного обміну оборотні. Тому при високій концентрації іонів Nа⁺ у розчині, що стикається з катіонітом, що містить іони Са²⁺ і реакція йде у зворотньому напрямку (справа на ліво). Цей процес використовується для регенерації виснаженого катіоніта (тобто по суті Са²⁺ і Мg²⁺ - катіоніта) шляхом витіснення з нього раніше поглинених іонів кальція і магнія концентрованими розчином кухонної солі (NаСl). Реакції, що відбуваються у процесі регенерації, можна зобразити наступним образом:

nМg⁺+ Кт₂^-Са²⁺ → Са²⁺ + Кт^-2Nа⁺ + (n-2)Nа⁺

                                                                                                                                                       (3.8)

mNа⁺+ Кт₂^-Мg²⁺→ Мg²⁺+ Кт^- 2Nа⁺ + (n-2)Nа⁺

 

  де n - величина, що враховує застосування для регенерації деякого надлишку повареної солі проти кількості, необхідного згідно стехіометричного розрахунку.

Основні технологічні показники процесу Nа-катіонування води - робоча обмінна ємність даного катіоніту ОЕ_р і ефект пом'якшення їм воду (залишкова жорсткість фільтрату) - залежать від складу пом'якшеної води та режиму (повноти) регенерації іоніту (кількість реагента, концентрація і ступінь забруднення регенераційних розчина кальцієм і магнієм і т. д.

         Аналогічну дію надає наявність противноіонів в регенераційному розчині внаслідок забруднення регенеруючого агента - повареної солі - сполуками кальцію магнію, в результаті чого зменшується ефект регенерації катіоніту і падає його робоча обмінна ємність

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА

Технологічна схема підготовки природних вод до можливості використання у тепло мережах подано на рис. 4.1

Природна вода с басейна подається у освітлювач для попередньої очистки від солей кальцію, магнію та зважених частинок. Для цього в нижню частину освітлювача насосами дозаторами і подаються суспензія вапняного молока та розчин коагулянту.

Вапняне молоко потрібної концентрації готується у збірнику куди подається концентроване вапняне молоко та технічна вода; розчин коагулянту готується у збірнику; в якій нагнітається концентрований розчин коагулянту зі складу та технічна вода.

Процес очистки води в освітлювачі йде безперервно. Шлам відводиться з нижньої частини освітлювача. З верхньої частини освітлювача очищена вода надходить у збірник. З нього насосом ця вода поступає на механічні двох камерні фільтри, де з неї видаляється залишки осаду. Частина освітленої води від насоса нагнітається у збірник промивної води і використовується для промивки механічних фільтрів. Профільтрована вода проходить подальшу очистку від іонів кальцію та магнію у двухступеневих натрій - катіонітових фільтрах.

Вода після останнього натрій - катіонітового фільтру направляється на бойлерні котли де нагрівається і подається у тепло мережу.

Натрій — катіонітові фільтри час від часу потребують регенерації яка здійснюється розчином хлориду натрію.

Для його приготування частина профільтрованої на механічних фільтрах води направляється у збірник. Сюди ж подається зі складу твердій хлорид натрію. Утворений розчин при регенерації натрій - катіонітових фільтрів подається у відповідний фільтр, який відключений на регенерацію

 

 

 

Рис 4.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ ТА РОЗРАХУНКИ ОБЛАДНАННЯ                            ВОДОПІДГОТОВНИХ  УСТАНОВОК

 

5.1 Натрій - катіонітні фільтри другого ступеня d =2000 мм

 

 

Через ці фільтри повинно пропускатись 180 т/год з жорсткістю 0,035мг-екв/л. Допустима швидкість фільтрування 30-60 м/год. Отже, необхідна сумарна площа фільтрування цих фільтрів повинна бути рівною:

 

: = 3 - 6 м².

         

Зазвичай установлюють два фільтри. В даному випадку з існуючих стандартних фільтрів досить встановити два фільтри d = 2000 мм з площею фільтрування кожного 3,14 м² та висотою шару катіоцита 1,5 м. Регенерація фільтрів буде здійснюватись 1 раз на протязі

 

= 15 днів.

В даному розрахунку величина 250 означає обмінну емність крупного сульфо - вуглецю (в г-екв/м³)

Питомий вихід харчової солі на регенерацію сульфовуглецю в цих фільтрах приймаєтся завищений до 300 г/г-екв обмінної ємності. Отже, вихід солі на регенерацію одного фільтра буде досягати

 

3,14 · 1,5 · 250 · 300 · 0,001 = 353 кг.

 

З ціллю економії солі можна направляти регенерацінний розчин із вторинного натрій - катіонітного фільтра в первинний, синхронізовуючи регенерації обох фільтрів.

 

Вихід освітленої води на одну регенерацію буде дорівнювати:

а)  на  розпушування сульфовуглецю з інтенсивностю 4 л/м²·сек и тривалістю            15 хв:

 

3,14 ·4 · 60 ·  15 · 0,001 = 11,3 м³;

 

б)  на приготування 6%-ного розчину солі:

 

 = 5,9 м³;

 

в)   на  післярегенераційну  відмивку  сульфовуглецю  з швидкістю 8 м/г і тривалістю 45 хв:

 

= 19 м³.

Всього на одну регенерацію фільтра витрачається освітленої води 11,3 + 5,9 + 19 = 36,2 м³. Ця вода, очевидно, буде піддаватися і первинному натрій - катіо нуванню.

5.2 Основні (первинні) натрій - катіонітні фільтри d =3000мм

Через ці фільтри в середньому будуть пропускатись = 202 м³/г (округлено) з урахуванням середньогодинної витрати первинної натрій - катіоніонованої води на регенерацію одного з двох вторинних натрій - катіонітних фільтрів (в ті дні, коли ця регенерація має місце).

Освітлена вода, спрямована на пом'якшення в основних натрій - катіонітних фільтрах, буде мати загальну жорсткість, рівну:

 

             Ж ^вих_нк + К + К₁ + Л_зал = 2 + 0,5 + 0,3 + 0,5 = 3,3 мг-экв/л.              (5.3)       

 

Тут Ж^вих_нк - вихідна некарбонатна жорсткість оброблюваної води мг-экв/л. При указаній жорсткості і наявності вторинного натрій - катіонування швидкість фільтрування через основні натрій - катіонітні фільтри допускається в межах 15 - 30 м/год. Отже, необхідна площа фільтрування повинна бути рівна:

 

 : = 13,4 - 6,7 м².

 

Із існуючих стандартних фільтрів вибираємо  фільтри d = 3000 мм, площею фільтрування 7 м², кожний з висотою шару сульфовуглецю 2,5 м і приймаємо їх до установки в кількості 3 шт., з таким розрахунком, щоб в найгіршому випадку один з них був в корисній роботі, один - в регенерації і один, не загружений сульфовуглецем, служив для гідроперегрузки вуглецю і заміни катіонітного фільтра, виключеного на ремонт або ревізію. Нормально, таким чином, будуть працювати два фільтри з середньою швидкістю фільтрування = 14,4 м/год і тільки на періоди регенерації буде залишатись в роботі один фільтр з середньою швидкістю фільтрування = 28,8 м/год.

Загальне число регенерацій  основних натрій-катіонітних фільтрів протягом доби буде дорівнювати:

= 2(округлено).

 

де 320 - обмінна ємність сульфовуглецю, г-екв/мг

4 - витрата освітленої  води на відмивання, м³/ м³ катіоніту;

0,5 - коефіцієнт, що враховує  ступінь пом'якшення відмивної води.

Витрата солі на одну регенерацію при питомій витраті солі у розмірі            150 г/ г - екв буде дорівнювати:

 

                                           7 · 2,5 · 320 · 150 · 0,001 = 840 кг.

 

Витрата освітленої води, що забирається безпосередньо  з трубопроводу після механічних фільтрів, на одну регенерацію основного натрій - катіонітного фільтра буде дорівнювати:

а) на розпушування сульфовуглецю з інтенсивністю 4 л/м²-сек і тривалістю 15 хв:

7 · 4 · 60 ·  15 · 0,001 = 25,2 м³.

 

б) на приготування 6%-ного розчину кухонної солі:

 

= 14 м³.

 

в) на відмивання сульфовуглецю  зі швидкістю 8 м / год і тривалістю 45 хв:

 

= 42 м³.

 

Всього на одну регенерацію  основного натрій - катіонітного фільтра використовується освітленої води:

25,2 + 14 + 42 = 81,2 м³.

5.3 Освітлювачі об´ємом 380 м³

 

Площа поперечного перерізу кожного освітлювача у вихідний зоні 64 м². Зазвичай встановлюються два освітлювача на половинне навантаження, кожний для забезпечення безперервної роботи установки в моменти зупинки одного з освітлювачів на продувку. При середньогодинному навантаженні освітлювачів, рівного, з урахуванням промивання механічних фільтрів 208+400/24 =225м³/год, час перебування оброблюваної води в освітлювачах дорівнює:

 

= 3,2 ч.

 

Швидкість підйому оброблюваної води у вихідній зоні:

 

= 1,84 м/ч.

Кількість опадів, що виділяються в освітлювачах з  кожного кубічного метра оброблюваної води, дорівнюватиме:

 

50 ∙ (2 · Ж_к^вих + СО₂^вих) + 29,17 · Ж_Mg ^вих  + 35,6К + 15 ∙ 100 / 75 +  SiO₂ ^виx + +SiO₂ ^вих + 0,75 Орг^вих = 50 ∙ ( 2 ∙ 7 + 0,5) + 29,17 ∙ 2,5 + 35,6 ∙ 0,5 + 15 ∙ (100 / 75) ∙ ·30 + 30 + 0,75 ∙ 32 = 1457,05 м³,   округленно   1460  г   з   кожного   кубічного метра оброблюваної води.                                                                                       (5.4)

 

де Ж_к ^вих - вихідна карбонатна жорсткість оброблюваної води, мг-екв / л;

Ж_{Mg вих} - вихідна магнієва жорсткість оброблюваної води, мг-екв / л;

СО_{2 вих}- концентрація вільної вуглекислоти в оброблюваній воді, мг-екв/л;

К - доза коагулянту (сірчанокислого заліза), г-екв/м³;

SiO_{2 вих}- вихідна концентрація кремнієвої кислоти в оброблюваній воді, мг/л;

Орг_вих - початковий зміст в оброблюваній воді органічних забруднень, мг/л

Утворені опади будуть виводитися з освітлювачів шляхом безперервної продувки їх (з шламозбірників). Концентрація опадів у продувній воді буде досягати приблизно 100000 г/м³. Отже, витрати продувної води з обох освітлювачів буде дорівнювати:

 

= 3м³/год.

 

З урахуванням безперервної продувки на освітлювачі, має подаватися 225 + 3 = 228 м³ / год початкової води. Крім того, освітлювачі щодня продуваються 1 раз через нижні продувні засувки.

    

 

 

6. РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО АПАРАТУ

 

        Всього необхідно встановити два освітлювача об'єму 580 м³, з площею поперечного перерізу у вихідній зоні 64 м².

Середньогодинна потужність освітлювачів визначається за формулою:

                                                        G''" =  .                                      (6.1)

де G''" — потужність освітлювачів, м /год;

     G'' — потужність механічних фільтрів, м /год;

  V_пром - об'єм води на промивку механічних фільтрів, м³/добу;

    24 - коефіцієнт переводу доби на години.

G''" =

= 144,5 м³/ год.

Час перебування води, що обробляється, у освітлювачах визначається за формулою:

                                             τ_осв =                                       (6.2)