Введение .
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 3
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.
1.1. Определяется общая жесткость исходной воды .
Ж о = [Ca +2 ] + [Mg +2 ] = 4.0 + 2.4 = 6.4 мг-экв/л (3).
1.2. Определяется карбонатная жесткость исходной воды .
Ж к = [HCO 3 - ] = 5.1 мг-экв/л (4).
1.3. Определяется щелочность исходной воды .
Щ о = Ж к = 5.1 мг-экв/л (5).
1.4. Определяется не карбонатная жесткость .
Ж нк = Ж о – Ж к = 6.4 – 5.1 = 1.3 мг-экв/л (6).
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.
3.1. 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
3.2. 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
3.3. 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.
a н =0.85,
q уд. - удельный расход воды на отмывку 1 м 3 катионита (для сульфо-
угля принимается 4 м 3 ),
q уд. =4 м 3 ,
С