Расчет станции умягчения воды

1. Исходные данные

Расчет мембранного аппарата производится на основании данных паспорта на выбранный нанофильтрационный мембранный элемент и индивидуального здания.

Данные индивидуального задания:

— общая жесткость воды — 7,5 мг-экв/л;

— температура воды — +10С;

— производительность по фильтрату — 100 куб. м/ч;

— допустимый сброс — 100 куб. м/ч;

— гарантированный напор — 50 м в. ст.

Данные из паспорта на мембранный элемент:

— проницаемость мембраны при температуре воды +10С А=2,7 л/ м² ч атм. (определена расчетом);

— площадь фильтровальной поверхности одного элемента S_{элемент} равна 37,2 м²;

— максимальный поток исходной воды — 15 куб. м/ч;

— минимальный выход концентрата — 3,6 куб. м/ч;

— дивалентная ионная селективность (MgSO₄) — 99,5% (в долях 0,995).

2. Технологическая часть

2.1 Определение рабочего давления и требуемого количества мембранных элементов

Проницаемость мембраны, А рассчитывается по формуле:

где Q — расход фильтрата, л;

P — рабочее давление, ат;

S_тр — требуемая площадь мембранных элементов, м².

Условно приняв рабочее давление ориентировочно равным 15 атм по формуле для расчета проницаемости мембраны определяем требуемую площадь мембранных элементов S_тр.

=2469,1 м².

Требуемое количество мембранных элементов составит:

.

Зная требуемое количество мембранных элементов, определим рабочее давление:

2.2 Выбор схемы соединения фильтрационных элементов в мембранном аппарате

Мембранный аппарат выбран со следующими характеристиками:

— проведение процесса — проточный;

— схема с частичным рециклом концентрата четвертой стадии;

— исполнение блочное.

Мембранный аппарат выбираем блочного типа состоящий из 4 блоков. Каждый блок состоит из 6 корпусов по 3 мембранных элемента в корпусе. Балансовая схема мембранного аппарата по движению воды с учетом расходов исходной воды, фильтрата и концентрата представлена на рисунке 1. Балансовая схема блока мембранного аппарата по движению воды представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Схема мембранного аппарата

Рисунок 2. Схема водного баланса блока мембранного аппарата

2.3 Расчет концентрации компонента в фильтрате и концентрате после каждого мембранного элемента

Определение концентрации компонента в фильтрате производим по следующей формуле:

где С_ф — концентрация компонента в фильтрате, мг-экв/л;

С_о — концентрация компонента во входящем потоке воды, мг-экв/л;

Q_о — расход входящего потока воды, куб. м/ч;

Q_k — расход концентрата, куб. м/ч;

R — селективность мембранного элемента в долях.

Определение концентрации компонента в концентрате производим по следующей формуле:

.

Определим итоговую концентрацию компонента в фильтрате:

Определим итоговую концентрацию компонента в концентрате:

.

Жесткость воды, поступающей на мембранный аппарат с учетом объема циркуляционной воды С₀ определим, из соотношения.

где Q_исх — расход исходной воды, поступающей на умягчение, куб. м/ч;

С_исх — концентрация компонента в исходной воде, поступающей на умягчение, мг-экв/л;

Q_цирк — расход циркулирующего концентрата, куб. м/ч;

С_цирк — концентрация компонента в циркулирующем концентрате, мг-экв/л

Q₀ — общий расход воды, поступающей на умягчение, куб. м/ч.

По представленным выше формулам определим концентрации компонента в фильтрате и концентрате после каждого элемента.

.

.

.

.

.

.

Рисунок 3. Балансовая схема блока мембранного аппарата по компоненту

2.4 Подбор насосного оборудования и определение удельного потребления электроэнергии

Для подачи исходной воды в размере 200 куб. м/ч и циркулирующего концентрата в размере 16 куб. м/ч на мембранный аппарат с требуемым давлением предусмотрены насосы типа СR 120−6-1 (Grundfos) производительностью 130 куб. м/ч и напором 99 м в количестве 2 шт.

Мощность насоса при его выходе на рабочий режим составляет 55 кВт. С учетом производительности мембранного аппарата равной 100 куб. м/ч и количестве насосов 2 шт. удельное потребление электроэнергии составит 1,1 кВт на один куб. м умягченной воды.

Заключение

мембранный аппарат насосный умягчение

В данном проекте был рассчитан мембранный аппарат, состоящий из 4 блоков по 18 мембранных элементов в каждом. Мембранный аппарат комплектуется двумя насосами типа СR 120−6-1 (Grundfos) мощностью 55 кВт. Удельное потребление электроэнергии составит 1,1 кВт/м³. Жесткость фильтрата от установки составит 0,13 мг-экв/л, жесткость концентрата — 15,1 мг-экв/л.

Библиографический список

1. Дытнерский Ю. И. Обратный осмос и ультрафильтрация. — М.: Химия, 1978. — 552 с.

2. Мулдер М.

Введение

в мембранную технологию. «Мир». 1999. — 495 с.

3. Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования — М.: ДеЛи принт, 2004. — 328 с.

4. Свитцов А. А. Введение в мембранную технологию. Учебное пособие. 2006. — 183 с.

5. Мембраны и мембранные процессы: учеб. пособие в 2 частях / Под общ. Ред. Ю. Т. Панова, Н. С. Попова. — Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А. В., 2011. — 148 с.