Расчет Н–катионитовых фильтров I ступени.

В качестве загрузки фильтров принимаем катионит – сульфоуголь с крупностью зерен от 0,5 до 1,1 мм. Паспортная обменная способность сульфоугля 500 г-экв/м³.

Регенерацию сульфоугля производим раствором серной кислоты с переменной концентрацией от 1 до 4%. Для отмывки катионита используем исходную воду после скорых фильтров. Первая половина отмывочной воды удаляется в канализацию, вторая – используется для взрыхления катионита.

Общая продолжительность регенерации катионита в фильтре составляет» 1,5 ч. Продолжительность отдельных операций: а) взрыхления – 15 мин.; б) регенерация – 15 – 25 мин.; в) отмывки – 50 мин.

Исходные данные для расчета:

1) Расчетные расходы воды (см. табл. 3):

а) суточный - 60 м³/сут;

б) средний часовой - 2,9 м³/ч;

в) максимальный часовой - 3,5 м³/ч.

2) Общая жесткость исходной воды - 4,0 мг-экв/м³.

3) Концентрация Na⁺ в исходной воде - 1,15 мг-экв/м³.

4) Концентрация К⁺ в исходной воде - 0,1 мг-экв/м³.

Расчетные данные:

1) Рабочая обменная способность Н–катионита

где – коэффициент эффективности регенерации, зависящий от удельного

расхода кислоты.

Принимаем удельный расход 100%-ной серной кислоты для регенерации катионита 125 г/г-экв поглощенных катионов.

Тогда =0,88 (по табл. 33, СНиП);

– паспортная полная обменная способность катионита в нейтральной

среде, г-экв/м³. При отсутствии паспортных данных = 550

г-экв/м³ для сульфоугля крупностью 0,3 – 0,8 мм и =500 г-экв/м³

при крупности сульфоугля 0,5 – 1,1 мм.

– удельный расход воды для отмывки катионита от продуктов регенерации в м³/м³ катионита(4 – 5).

2) Продолжительность работы фильтра до проскока Na⁺ в фильтрат:

где – высота слоя загрузки в фильтре I ступени. В фильтрах =1; 1,5 м, =2,0 м; =2; 2,6; 3; 3,4 м, =2,5 м;

– скорость фильтрования через катионит.

В фильтрах I ступени при нормальной работе скорость должна быть:

а) до 25 м/ч при общей жесткости исходной воды () до 5 мг-экв/л;

б) до 15 м/ч при до 10 мг-экв/л;

в) до 10 м/ч при до 15 мг-экв/л.

– 80%-ный калибр зерен катионита, мм (0,8 – 1,2 мм).

3) Количество регенераций каждого фильтра в сутки

где – продолжительность работы станции в течение суток, ч;

– продолжительность всех операции регенерации фильтра, ч.

4) Объем катионита в фильтрах

 

5) Площадь фильтров

Принимаем к установке 2 Н–катионитовых фильтров I ступени (1 рабочий, 1 резервный) =1,5 м ( =1,8 м²).

6) Скорость фильтрования:

а) при нормальном режиме

и при q_макс.ч

 

б) при регенерации или ремонте одного из фильтров

и при q_макс.ч

где – количество рабочих фильтров.

Разность между и должна быть не более 10 м/ч.

7) Продолжительность работы фильтра до проскока Na⁺ в фильтрат

8) Количество регенераций каждого фильтра в сутки (см. п. 3)

9) Расход серной кислоты:

а) 100%-ной концентрации на 1 регенерацию

где – удельный расход кислоты для регенерации катионита, г/г-экв, принят

равным 125 г/г-экв (см. п. 1).

Объем технической серной кислоты

объем мерника,

где – %-ное содержание в технической серной кислоте

(от 75 до 92,5%);

– удельный вес серной кислоты концентрации (от 1,675 до 1,83 т/м³).

Б) Принимаем режим ступенчатой регенерации фильтров раствором переменной концентрации во избежание загипсования катионита. 30% от общего расхода кислоты на регенерацию подаем в виде раствора 1%-ной концентрации (b₁), 30% – 2%-ной концентрации (b₂) и 40% – 4%-ной концентрации (b₄).

Количество раствора

1%-ной концентрации

,

2%-ной концентрации

,

4%-ной концентрации

,

Общее количество раствора на регенерацию

Продолжительность подачи раствора :

1%-ной концентрации

,

2%-ной концентрации

,

4%-ной концентрации

,

где – скорость фильтрования раствора через катионит, м/ч

(должна быть не менее 10 м/ч).

Общая продолжительность подачи раствора на регенерацию будет равна 0,23 + 0,12 + 0,06 = 0,41 ч.

в) Общий расход 100%-ной серной кислоты в сутки

г) Запас технической серной кислоты на 15 дней

где – число дней, на которое предусматривается запас кислоты

(15–40 дней).

10) Расход воды

а) на взрыхление катионита в одном фильтре

где – интенсивность взрыхления катионита, принимается равной 7–8

л/сек×м²;

– продолжительность взрыхления катионита – 15 минут.

Расход воды по интенсивности взрыхления (для подбора насосов):

Необходимое количество воды в сутки для взрыхления катионита в фильтрах

б) на отмывку катионита в фильтре после регенерации

,

где – см. п. 1

Продолжительность отмывки при скорости фильтрования 10 м/ч

,

Количество воды в сутки для отмывки катионита в фильтрах

 

Первая половина от общего количества воды (300 м³) при отмывке отводится в канализацию, вторая половина направляется в баки отмывочной воды для использования на взрыхление катионита. Так как для взрыхления требуется 336 м³, предусматриваем дополнительную подачу неумягченной фильтрованной воды 78 м³/сут в баки отмывочной воды;

в) на приготовление регенерационного раствора серной кислоты – для регенерации одного фильтра:

1%-ной концентрации

2%-ной концентрации

4%-ной концентрации

Общий расход воды q_1-4 = 5,77 + 2,86 +1,45 = 10,1 м³ или по интенсивности подачи

Количество воды в сутки

г) на собственные нужды Н–катионитовой установки