На железнодорожном транспорте имеются предприятия, для работы которых требуется вода с малой жесткостью. Известно, что жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Использование жесткой воды приводит к образованию накипи на внутренней поверхности котлов и теплообменных аппаратов, что снижает эффективность их работы.В настоящее время один из наиболее распространенных способов умягчения воды является метод ионного обмена. Снижение жесткости воды ионным обменом основано на способности определенных или некоторых искусственных материалов (катионитов) которые имеют в своем составе обменные ионы Na + , Н + . Способные обмениваться на ионы Са 2+ , Мg 2+ . Реакция обмена: 2 Na [Кат.] + Ca (HCO 3 ) 2 Ы Ca [Кат.] + 2 NaHCO 2 H [Кат.] + MgCl 2 Ю Mg [Кат.] 2 + 2 HCl К катионитам относятся глауконитовый песок, гумусовые угли, сульфоуголь, искусственные смолы (КУ-1, КУ-2). В процессе фильтрации воды через катиноитную загрузку ее обменная способность уменьшается, поэтому необходимо периодически регенерировать (восстанавливать фильтрирующий материал). Реакции регенерации: Ca [Кат.] 2 + 2 NaCl Ю 2 Na [Кат.] + CaCl 2 Na – катионидные фильтры регенерируются раствором NaCl Mg [Кат.] 2 + H 2 SO 4 = 2 H [Кат.] + MgSO 4 Н – катионидные фильтры регенерируются раствором серной кислоты – Н 2 SO 4 . Для реализации представленных химических процессов устраивают специальное сооружение – станцию умягчения воды. Целью курсового проекта является расчет основного технологического оборудования – Н-Na- катионитных фильтров и вспомогательного оборудования - кислотное хозяйство, солевое, дегазатор для удаления газов – СО 2 . 1 . Предварительная обработка исходных данных. Проверка данных химического анализа воды производится путем сопоставления суммы катионов: Ca +2 , Mg +2 , Na + , К + с суммой анионов: Cl SO 4 -2 , НСО 3 - : (1). К = [Ca +2 ] + [Mg +2 ] + [Na + ] + [K + ] = 4.0 + 2.4 + 0.9 = 7.3 мг-экв/л (2). А = [HCO 3 - ] + [Cl - ] + [SO 4 -2 ] = 5.1 + 0.7 + 1.5 = 7.3 мг-экв/л Вывод: Сумма катионов равна сумме анионов, следовательно, данные химического анализа воды верны. 1. Определяется общая жесткость исходной воды . Ж о = [Ca +2 ] + [Mg +2 ] = 4.0 + 2.4 = 6.4 мг-экв/л (3). 2. Определяется карбонатная жесткость исходной воды . Ж к = [HCO 3 - ] = 5.1 мг-экв/л (4). 3. Определяется щелочность исходной воды . Щ о = Ж к = 5.1 мг-экв/л (5). 4. Определяется не карбонатная жесткость . Ж нк = Ж о – Ж к = 6.4 – 5.1 = 1.3 мг-экв/л (6). 2. Выбор и обоснование принципиальной схемы умягчения воды. Умягчение воды методом ионного обмена может осуществлять: параллельным катионированием, последовательным катионированием, совместным H-Na-катионированием.
Выбор схемы умягчения воды осуществляется на основании сопоставления данных химического анализа исходной воды. Параллельное H-Na-катионирование применяется при условии : Ж к / Ж о і 0,5 5.1 / 6.4 = 0.79 і 0.5 + Ж нк Ј 3.5 мг-экв/л Ж нк = 1.3 Ј 3.5 мг-экв/л + SO 4 -2 + Cl - Ј 3 … 4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2 Ј 3 мг-экв/л + Na + + K + Ј 1 …2 мг-экв/л 0.9 Ј 2 мг-экв/л + Последовательное H-Na-катионирование применяется при условии: Ж к / Ж о Ј 0.5 5.1 / 6.4 = 0.79 > 0.5 - Ж нк і 3.5 мг-экв/л Ж нк = 1.3 < 3,5 мг-экв/л - SO 4 -2 + Cl - і 3 … 4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2 < 3 мг-экв/л - Na + + K + не лимитируются - На основании полученных результатов принимается параллельная схема H-Na-катионирования.
Техническая схема параллельного H-Na-катионирования: 3. Расчет основного технологического оборудования станции умягчения воды К основному технологическому оборудованию станции умягчения Воды Н-Na-катионитные фильтры.
Расчет ведется на основании нормативной литературы. 1. Определяется соотношение расходов воды подаваемой на Н-Na-катионитные фильтры. При параллельной схеме Н-Na-катионирования расчет ведется согласно [1,прил.7,п.25]: Определяется расход воды подаваемой на Н-катионитные фильтры. q H пол. = q пол. ( Щ о -Щ у ) / ( А+Щ о ) м 3 /час (7) где q пол полезная производительность Н-Na-катионитных фильтров, q пол. = Q сут. / 24=1100/24=45.8 м 3 /час, Щ о - щелочность исходной воды, Щ о =5.1 гр-экв / м3 , Щ у - щелочность умягченной воды, А- сумма концентраций анионов, А= 7.3 гр-экв / м3 , q H пол. = 45.8*( 5.1-0.35 ) / ( 7.3+5.1 ) = 17.5 м 3 /час Определяется расход воды на Na-катионитные фильтры: q Na пол. = q пол q H пол. м 3 /час (8) q Na пол. = 45.8 - 17.5 = 28.3 м 3 /час 2. Выбирается катионит для загрузки фильтров по [6]: Принимается сульфауголь мелкий 1 сорта с техническими характеристиками: Внешний вид катионита – черные зерна неправильной формы.
Диаметр зерен катионита – 0.25…0.7 мм. Полная обменная способность - Е полн. = 570 экв / м3. Определяется объем катионита в Н-Na-катионитных фильтрах. Объем катионита в Н- катионитных фильтрах, вычисляется по [1,прил.7,п.26]: W H = 24*q H пол. (Ж о +С Na )/(n H p *E H раб. ) м 3 (9) где С Na - концентрация в исходной воде, С Na =0.9 гр-экв / м3 , n H p - число регенераций каждого Н-катионитного фильтра в сутки, принимается по [1,прил.7,п.14]: от 1…2. n H p =2, E H раб рабочая обменная емкость Н-катионита, вычисляется по Формуле [1,прил.7,п.27]: E H раб. = a н * Е полн. – 0.5*q уд. *С к гр-экв / м3 (10) Где a н - коэффициент эффективности регенерации Н-катионитных фильтров, принимается по [1,прил.7,п.27,табл.4]: При удельном расходе Н 2 SO 4 на регенерацию 100 гр./гр экв.