СХЕМИ ІОНООБМІННОЇ ЧАСТИНИ|частини| ВПУ
Вибір схеми підготовки додаткової і підживлювальної води визначається, з одного боку, якістю початкової|вихідної| води і необхідною якістю очищеної|обчищеною|, а з іншого – умовами надійності, економічності і мінімальної кількості скидань домішок|нечистот| у водоймища. Деякі зі схем, що використовуються, представлені|уявляти| на рис. 3.16.
Схеми 1 – 7застосовуються для зм'якшування води при підживленні котлів низького і середнього тиску, а деякі з них, зокрема Na-катіонування, – і для підживлення теплових мереж.
Na-катіонування може застосовуватися лише для зм'якшування природних вод з малою (до 0,5 мг-екв/кг) карбонатною лужністю. При малому додаванні води в котли низького і середнього тиску Na-катіонуванню можна піддавати воду і з більшою карбонатною лужністю. У схемі 2 передбачається часткове руйнування лужності шляхом введення кислоти в Na-катіоновану воду. При цьому протікає наступна реакція:
| 2NaHCO3 + H2SO4 ⇄Na2SO4 + CO2 + H2O. | (3.53) |
СО2, що виділяється, перед подачею води на Na-катіонітний фільтр II ступеня відділяється в декарбонизаторі.
Рис. 3.16. Основні принципові схеми іонообмінних установок приготування| додаткової води для котлів:
Na1 і Na2 – натрій-катіонітні фільтри I і II ступенів; H1 і Н2 – воднево-катіонітні фільтри I і II ступенів; A1 і А2 – аніонітні фільтри I і II ступенів; Сl – аніонітний фільтр у Cl-формі; Нгол – воднево-катіонітний фільтр з голодною регенерацією; ФЗД – фільтр змішаної дії; Дк – декарбонізатор; ПБ – проміжний бак; а – підведення освітленої води; б – вихід фільтрату; в – повітря в декарбонизатор; г – вихід вуглекислого газу; д – проміжний насос
Паралельне Н–Na-катіонування(схема 4)може застосовуватися за умови, що в початковій воді Жк > 0,5Жо, і сумарній концентрації аніонів сильних кислот більше 2 мг-екв/кг. За цією схемою частина потоку подається на Н-катіонітний фільтр, а інша частина – на Na-катіонітний. Потім кисла Н-катіонована вода і лужна Na-катіонована вода змішуються, при цьому відбувається часткове руйнування лужності (до заданого значення Лост з виділенням СО2). Для його видалення вода пропускається через декарбонізатор і потім доумягчается на Na-катіонітному фільтрі II ступеня. Необхідну частину води х, яку треба пропускати через Н-катіонітний фільтр, можна підрахувати, виходячи з наступного співвідношення:
| (3.54) |
тоді частина води, що направляється на Na-катіонітний фільтр, буде рівна 1 – х.
При послідовному Н–Na-катіонуванні (схема 5) через Н-катіонітний фільтр пропускається частина води, а решта частина підмішується до кислого фільтрату. При цьому відбувається часткова нейтралізація сильних кислот бікарбонат-іонами, що знаходяться в початковій воді, з утворенням СО2. Цей газ видаляється в декарбонізаторі, і вода пропускається для повного зм'якшування через Na-катіонітний фільтр. Реакції нейтралізації в молекулярній формі наступні:
| Ca(HCO3)2 + H2SO4 ⇄CaSO4 + 2H2O + 2CO2; | (3.55) |
| Mg(HCO3)2 + H2SO4 ⇄MgSO4 + 2H2O + 2CO2. | (3.56) |
В результаті|внаслідок| цих реакцій в точці змішення міняється форма жорсткості – карбонатна| жорсткість переходить в некарбонатну|, а залишкова лужність води підраховується|підсумовує| по формулі
| (3.57) |
Ця схема застосовується для очищення початкової води з солевмістом вище 1000 мг/кг при Жк < 0,5Жо і при сумі концентрацій аніонів сильних кислот менше 2 мг-екв/кг.
Основним недоліком схем 4 і 5 є необхідність перерозподілу потоків води під час фільтроциклу. Це пояснюється тим, що відключення Н-катіонітного фільтру на регенерацію для економії кислоти проводиться за проскакуванням іонів жорсткості, і, отже, фільтрат має спочатку кислу реакцію, а потім, починаючи з проскакування іонів Na+, ця реакція переходить в лужну.
Схема спільного Н–Na-катіонування(схема 6)відрізняється тим, що потік води не ділиться на частини, як в схемах 4 і 5, а пропускається весь через фільтр з катіонітом, який знаходиться в двох початкових формах. Для цього регенерація катіоніту проводиться в два етапи – спочатку пропускають розчин сірчаної кислоти в кількості, необхідній для часткового витіснення сорбованих іонів Са2+ і Mg2+, а потім розчин NaCl. При цьому у верхніх шарах катіоніту домінує його Н-форма, а в нижніх – Na-форма. При зм'якшуванні вода спочатку стикається з верхніми шарами і обмінює катіони Са2+, Mg2+ і Na+ на катіони Н+, які реагують з іонами HCO3–, переводячи їх в СО2. Потім вода вступає в контакт з нижніми шарами, де відбуваються реакції
| R/Na+ + H+ +Cl ⇄R/H+ + Na+ + Cl; | (3.58) |
| 2R/Na+ + 2H+ + SO42– ⇄2R/H+ + 2Na+ + SO42–. | (3.59) |
Унаслідок сорбції іонів Н+ значення рН води зростає і збільшується дисоціація вугільної кислоти, іони водню якої також беруть участь в реакціях іонного обміну. Ці реакції протікають не повністю, і концентрація бікарбонат-іону залишається меншою, ніж початкова його концентрація. Тому фільтрат має невелику лужність. Проте величина цієї лужності змінюється під час фільтрування. Спочатку спостерігається її пониження, а до кінця фільтроциклу вона знов збільшується.
Значно менша зміна лужності спостерігається в процесі катіонування з голодною регенерацієюН-катіонітних фільтрів (схема 3). Регенерація катіоніту в цьому випадку проводиться в режимі нестачі кислоти, при цьому в Н-форму переводиться тільки верхня частина катіоніту. Нижні шари катіоніту залишаються у формах R2/Ca2+, i R2/Mg2+, R/Na+ . Кількість сірчаної кислоти ( 
на регенерацію визначають за формулою
| (3.60) |
де 
– теоретична питома витрата кислоти; 
– кількість грам-еквівалентів іона HCO3–, що руйнується одиницею об'єму катіоніту за робочий цикл фільтру за умови отримання фільтрату з мінімальною лужністю, г-екв/м3; Vкат – об'єм катіоніта у фільтрі, м3.
При пропусканні води відбувається|походить| її часткове зм'якшування і руйнування лужності|. Внаслідок цього в схемі потрібна установка декарбонізатора| і Na-катіонітних| фільтрів. Вода, оброблена за цією схемою, має залишкову лужність близько 0,2 – 0,3 мг-екв/кг і залишкову жорсткість менше 5 мкг/кг.
В наш час широкого поширення набула схема Na–Cl-іонування води(схема 7), що застосовується для котлів з тиском менше 4 МПа. Ця схема має ту перевагу, що для регенерації використовується лише один вид реагенту, а це значною мірою знижує кількість солей, що скидаються, при регенерації. У цій схемі вода послідовно подається через Na-катіонітний фільтр для зм'якшування, а потім через аніонітний фільтр, що містить високоосновний аніоніт у Сl-формі. При аніонуванні води сорбуються всі аніони сильних кислот (окрім Сl–) і аніон HCO3–. Внаслідок цього в схемі не потрібна установка декарбонізатора. Регенерація проводиться 6 – 8%-им розчином NaCl, причому цей розчин пропускається спочатку через аніоніт, а потім через катіоніт. Питома витрата реагенту на регенерацію складає близько 75 кг/м3 аніоніту. За цією схемою можна отримати залишкову лужність у фільтраті в досить широких межах (0,1 – 1 мг-екв/кг). При установці бар'єрного Na-катіонітного фільтру жорсткість фільтрату складає приблизно 5 мкг-екв/кг. За цією схемою можна готувати воду для живлення випарників поверхневого типу.
Для підготовки знесоленої води застосовується послідовне здійснення процесів Н-катіонування і ОН-аніонування.За ступенем видалення іонів при очищенні води розрізняють часткове (схема 8), глибоке (схема 9) і повне (схема 10) хімічне знесолення води. При частковому знесоленні досягається повне видалення всіх катіонів і часткове видалення іонів HCO3– і Cl–. Н-катіонітні фільтри відмикаються в цій схемі по проскакуванню жорсткості. Поява іонів HCO3– в знесоленій воді пояснюється неповною десорбцією СО2 у декарбонізаторі і переході його назад у форму HCO3– при підвищенні рН води при аніонуванні. У ОН-аніонітному фільтрі вони не затримуються, оскільки в схемі застосовується низькоосновний аніоніт. Лужність фільтрату, отриманого за цією схемою очищення води, складає 0,2 – 1,2 мг-екв/кг. При глибокому хімічному знесоленні поряд з двома ступенями Н-катіонування застосовуються два ступені аніонування, причому перший ступінь – низькоосновний, а другий – високоосновний аніоніт. Н-катіонітні фільтри відключаються по проскакуванню іонів Na+ . На I ступені аніонування відбувається видалення аніонів сильних кислот, а на II – HCO3– і HSiO3. Відключення аніонітних фільтрів I ступеня здійснюється по проскакуванню іонів Cl–, а II ступеня – по проскакуванню іонів кремнієвої кислоти. При роботі за цією схемою в знесолену воду можуть потрапляти кремнієва кислота, а також продукти регенерації при неповному відмиванні Н-катіонітного фільтру і ОН-аніонітного фільтру других ступенів. Ця схема застосовується для підготовки води для барабанних котлів високого тиску.
Найбільш ретельна підготовка води досягається за схемою 10 (повне хімічне знесолення), де на останньому етапі очищення застосовується ФЗД. У ФЗД здійснюється процес спільного Н–ОН-іонування води шляхом її фільтрування через шар перемішаних зерен катіоніту і аніоніту відповідно в Н- і ОН-формі. У ФЗД досягається глибоке видалення всіх іонів (застосовуються сильнокислі катіоніти і високоосновні аніоніти). Регенерація ФЗД здійснюється двома способами: або розділенням суміші на два шари усередині фільтру і їх регенерацією (внутрішня регенерація), або розділенням цієї суміші з подальшим переводом катіоніту і аніоніту в спеціальні регенератори і регенерацією в них (виносна регенерація). Відрегенеровані іоніти потім переводяться у ФЗД і перемішуються. Якість знесоленої води, отриманої по схемі 10, оцінюється залишковою концентрацією натрію не більше 5 мкг/кг і залишковою концентрацією кремнієвої кислоти менше 10 мкг/кг. Ця схема застосовується для підготовки додаткової води прямотічних котлів.
В наш час|нині| у зв'язку з підвищеною увагою до охорони навколишнього середовища і збільшенням засолення водоймищ в багатьох регіонах країни заборонено скидання|скид| регенераційних вод у водоймища. При цьому запропоновані схеми ВПУ з|із| обмеженим скиданням|скидом| солоних вод або повним|цілковитим| припиненням таких скидань|скидів|.
Рис. 3.17. Схема іонітного знесолення води після|потім| попереднього содовапнування|:
1 – двохпотоково-протитічний МН-фільтр; 2 – декарбонізатор; 3 – бак декарбонізованої води; 4 – насос декарбонізованої води; 5 – предвключенный аніонітний фільтр; 6 – двохпотоково-протитічний катіонітний фільтр; 7, 8 – двохпотоково-ступінчасто-протитічні аніонітні фільтри I і II ступенів; 9 – бак відпрацьованого лужного розчину; 10 – бак скидних вод; 11 – насос відпрацьованого розчину; 12 – бак збору взрыхляющих(розпушуваних) і регенераційних вод МН-фільтрів; 13 – содоизвесткованная вода; 14 – знесолена вода; 15 – взрыхляющие води; 16 – скидання в освітлювач; 17 – розчин кислоти; 18 – розчин лугу; 19 – скидні води у випарник
Одна з таких схем представлена на рис. 3.17. Згідно з цією схемою на передочищенні проводиться вапнування, содування і коагуляція води. При цьому величина залишкової жорсткості в содоизвесткованной воді не перевищує 1 мг-екв/л. Ця вода потім подається на двохпотоково-протитічний передвключений Н-катіонітовий фільтр, який одночасно виконує функцію механічного фільтру (МН-фільтр). Потім вода подається на декарбонізатор і далі на аніонітний передвключений фільтр з низькоосновним аніонітом, звідки вона прямує послідовно на двохпотоково-протитічні катіонітний і два ступеня аніонітних завантажених високоосновним аніонітом фільтрів. Регенерація МН-фільтру проводиться стехіометричною кількістю кислоти зі скиданням розчину в освітлювач. Таким чином, на основний катіонітний фільтр поступають з водою головним чином катіони Na+, що дозволяє використовувати меншу кількість реагенту, різко збільшити ступінь регенерації і час його роботи. Регенерація аніонітних фільтрів проводиться послідовно зі скиданням регенераційних розчинів в баки і повторним їх використанням|. В результаті|внаслідок| використання такої схеми виходять тверді відходи від освітлювача і скидні|скидові| води з|із| іонообмінної частини|частини|, які доупариваются| у випаровувачі|випарювачі|.
Існують дві схеми з'єднання|сполуки| фільтрів у ВПУ: секційна і блокова (ланцюжки). При секційному включенні|приєднанні| (рис. 3.18, а) фільтри однієї групи (наприклад, Н-катіонітні I ступеня|рівня|) включаються паралельно (одна секція), а їх фільтрат подається через спільний|загальний| трубопровід на наступну|таку| групу фільтрів, також сполучених|з'єднаних| паралельно| (друга секція), і т.п. При блоковому|блочному| включенні|приєднанні| (рис. 3.18,6) схема розбивається на окремі ланцюжки, кожна з яких містить|утримує| всі необхідні елементи для очищення води, сполучені|з'єднані| послідовно. Фільтрат останніх фільтрів ланцюжків об'єднується і подається на ФСД і далі в збірний бак. Таких ланцюжків в схемі ВПУ повинно бути
Рис. 3.18. Схеми з'єднання іонообмінних фільтрів:
а – секційна; б – блокова
декілька з урахуванням того, що частина|частина| їх знаходиться|перебуває| в роботі, одна постійно знаходиться|перебуває| в регенерації і одна – в| резерві. Перевага останньої схеми полягає в спрощенні контролю за якістю води і проведенням регенерації. При відповідному розрахунку схеми можна добитися одночасного закінчення робочого циклу у|в| всіх фільтрів, що складають її. Це дає можливість|спроможність| стежити за якістю фільтрату лише одного з фільтрів в ланцюжку (зазвичай|звично| за іоном хлору у фільтраті аніонітного фільтру I ступеня|рівня|).
Для зручності експлуатації фільтри не повинні виходити на регенерацію частіше ніж 1 раз у зміну (8 год.). Кожна група (при секційній схемі) повинна складатися не менше ніж з|із| трьох фільтрів, щоб|аби| при виході одного з них в регенерацію не дуже|занадто| перенавантажувати|перевантажувати| останні. Для зручності монтажу необхідно також при розрахунку схеми ВПУ підбирати|добирати| фільтри приблизно однакових розмірів, причому по можливості підбирати|добирати| апарати найбільшої одиничної|поодинокої| продуктивності. Розрахунок схеми ВПУ проводиться| послідовно за ступенями|рівнях| очищення, причому першим розраховується останній ступінь|рівень| і далі кожен попередній|. Це робиться|чинить| тому, що на кожному ступені|рівні|, попередньому даному, необхідно враховувати витрату на власні потреби|нужду| подальшого|наступного| ступеня|рівня|. Це відноситься до розрахунку як секційної схеми з'єднання|сполуки| фільтрів, так і «ланцюжків». Витрати води на власні потреби|нужду| кожного ступеня|рівня| складаються з|із| витрат на розпушування, приготування регенераційного розчину і відмивання. Витрата води на власні потреби|нужду| залежить від якості початкової|вихідної| води і вимог до якості очищеної|обчищеної|, іонообмінних матеріалів, що застосовуються, питомих витрат реагентів на регенерацію| і т.п.|тощо|
В якості приклад приведемо розрахунок ВПУ за схемою М – Н1 – А1 – Н2 – Д – А2 для води р. Чорної. В якості початкової (див. табл. 3.2) прийнятий склад цієї води, що пройшла стадію коагуляції. У табл. 3.2 показана також зміна якості води по ступенях обробки. Методика і результати розрахунку ВПУ по цій схемі приведені в таблиці. 3.3.
Таблиця 3.2. Приклад|зразок| зміни якості води по ступенях|рівнях| обробки
| Показник | Почат-кова вода | Якість води після позначеного фільтру | |||||
| М | Н1 | А1 | Н2 | Д | А2 | ||
| Ca2+ + Mg2+, мг-екв/л Na+, мг-екв/л НСО3–, мг-екв/л SO42–, мг-екв/л Cl–, мг-екв/л NO3–, мг-екв/л СО2, мг/л SіО32–, мг/л ГДП, мг/л | 1,54 0,052 0,62 0,855 0,079 0,013 18,7 2,16 5,0 | 1,54 0,052 0,62 0,855 0,079 0,013 18,7 2,16 1,0 | 0,02 0,2 – 0,855 0,079 0,012 24,5 2,16 – | 0,02 0,2 – – 0,03 – 24,5 2,16 – | – 0,01 – – 0,03 – 24,5 2,16 – | – 0,01 – – 0,03 – 4,0 2,16 – | – 0,01 – – – – – 0,01 – |
Таблиця 3.3. Приклад технологічного розрахунку фільтрів
| Показник | Формула | А2 | Н2 | А1 | Нп | М |
| Розрахункова продуктивність| |  , м3/год.
| 135 + 1,02 = 136,02 | 136,02 + 0,66 = 136,68 | 136,68 + 1,49 = 138,2 | 132,2 + 3,71 = 141,9 | |
| Потрібна площа| фільтрів |  , м2
| 135 / 25 = 5,4 | 136,02 / 50 = 2,72 | 136,68 / 30 = 4,56 | 138,2 / 30 = 4,61 | 141,9 / 5 = 28,4 |
| Число фільтрів в роботі |  , шт.
| 2 + 1 | 2 + 1 | 2 + 1 | 2 + 1 | 3 + 1 |
| Площа одного фільтру |  , м2
| 5,4 / 2 = 2,7 | 2,72 / 2 = 1,36 | 4,56 / 2 = 2,28 | 4,61 / 2 = 2,3 | 28,4 / 3 = 9,47 |
| Характеристика стандартного фільтру |  , м/м2
hсл, м
| 2 / 3 1,5 | 1,5 / 1,78 1,5 | 2 / 3,14 2,5 | 2 / 3,14 2,5 | 3,4 / 9,07 |
| Дійсна швидкість фільтрування| |  , м/год.
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Тип матеріалу, що завантажується | – | АВ-17-8 | КУ-2 | АН-31 | КУ-2 | Антрацит |
| Робоча ємність|місткість| матеріалу | Ер, г-екв/м3 | 2 кг/м3 | ||||
| Тривалість фільтроциклу| |  , год.
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Добове число регенерацій всіх фільтрів |  ,рег/доб
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Питома витрата реагенту | b, кг/м3 | – | ||||
| Витрата 100%-го| реагенту на 1 регенерацію |  , кг
| 
| 
| 
| 
| – |
| |Добова витрата 100%-го| | реагенту |  , кг/доб.
| 
| 
| 
| 
| – |
| Питома витрата води на розпушування| | і, л/см2 | – | ||||
| Час розпушування фільтру | τрозп, хв. | – | ||||
| Витрата взрыхляющей| води |  , м3/рег
| 
| 
| 
| – | 
|
| Концентрація регенераційного розчину | Ср.р, % | – | ||||
| Витрата води на приготування розчину |  , м3/рег
| 
| 
| 
| 
| – |
| Питома витрата води на відмивання | а, м3/м3 | |||||
| Витрата води на відмивання |  , мг/рег
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Сумарна витрата води на регенерацію| | 
м3/рег
| 8,48 + 11,76 + 42,39 = = 62,63 | 4,81 + 5,36 + 13,35 = = 23,52 | 8,48 + 9,8 + 62,8 = = 81,1 | 47,1+ 39,25 = 86,35 | 391,8 + 27,2 = 419 |
| Годинна |вартова| витрата на власні потреби|нужду| |  , м3/год.
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Швидкість пропускання регенераційного розчину | wр.р, м/год. | – | ||||
| Час пропускання регенераційного розчину |  , хв.
| 
| 
| 
| 
| – |
| Швидкість відмивання | wвідм, м/год. | |||||
| Час відмивання |  , хв.
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Сумарний час регенерації |  , хв.
| 15 + 45 + 162 = 222 | 15 + 22,6 + 90 = 127,6 | 15 + 37,5 + 120 = = 172,5 | 90 + 75 = 165 | 20 + 7,5 = 27,5 |
Дата добавления: 2015-05-19; просмотров: 1518;