Politechnika Świętokrzyska

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Projekt nr 1 z przedmiotu

„Gospodarka wodno - ściekowa 1”

9

Radosław Baran
gr. 301 L_01a

rok akademicki 2005/2006

DANE WYJŚCIOWE:

• dopływ wody na jonity
  

• twardość węglanowa
  

• twardość niewęglanowa
  

• sód
  

• potas
  

• temperatura
  

• kationit słabo kwaśny pracujący w cyklu wodorowym regenerowany będzie za pomocą H₂SO₄

Opis techniczny.

Celem projektu jest projekt stacji zmiękczania wody metodą wymiany jonowej.

Kationit słabo kwaśny.

Obliczenia przybliżone, dobór jonitu.

1. Produkcja wymagana P_w

gdzie:

- natężenie przepływu wody;

t = 24 h - czas trwania cyklu; czas trwania złoża między regeneracjami;

2. Wielkość wymiany W_w

gdzie:

P_w = 893 m³ - produkcja wymagana;

- twardość węglanowa;

3. Objętość jonitu V_j

gdzie:

W_w = 8215,6 val - wielkość wymiany;

Z_r - robocza zdolność jonowymienna; liczona wg wzoru:

gdzie:

0,9 - współczynnik bezpieczeństwa;

C_b = 3,4 val/l - wartość podstawowa zdolności jonowymiennej

(twardość całkowita = twardość węglanowa + twardość niewęglanowa;

zasadowość całkowita = twardość węglanowa) - wartość odczytana z rys.1

C₁ = 0,83 - współczynnik korekcyjny jako funkcja temperatury - wartość

odczytana z rys.2

C₂ = 1,12 - współczynnik korekcyjny jako funkcja obciążenia jonitu (przyjęto
) -wartość odczytana z rys.3

Dobrano n = 5 kolumny 1000 :

D = 0,914 m ; H = 1,829 m

- wypełnienie 1 kolumny

- pole przekroju 1 kolumny

- wysokość 1 kolumny

Obliczenia sprawdzające.

1. Użyteczna praca jonitu
   

gdzie:

- natężenie przepływu wody;

- objętość jonitu;

2. Płukanie wsteczne

» prędkość płukania

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczona wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 5
20 minut - czas płukania ; przyjęto t = 15 minut;

- powierzchnia przekroju 1 kolumny;

n = 5 - ilość kolumn;

Dla
i
odczytano z rys.5 ekspansję złoża przy płukaniu wstecznym

E = 50 %.

» wysokość kolumny H

gdzie:

h₁ = 0,869 m - wysokość 1 kolumny;

E = 50% = 0,5 - ekspansja złoża przy płukaniu wstecznym;

h₃ = 0,3 m
0,5 m - wysokość bezpieczeństwa; przyjęto h₃ = 0,4 m ;

H = 1,829 m - wysokość kolumny z katalogu;

3. Regeneracja kolumny.

Złoża regenerowane będą roztworem kwasu siarkowego
(0,8%).

» zapotrzebowanie na techniczny kwas siarkowy V

gdzie:

M = 100
120
- dawka produktu technicznego; przyjęto M = 100
;

- objętość jonitu;

C_tech.= 96% = 0,96 - stężenie kwasu dostępnego w sprzedaży;

ρ = 1819
- gęstość kwasu siarkowego o stężeniu 96%

- zapas kwasu siarkowego na 15 dni.

Dobrano zbiornik

» zapotrzebowanie na roboczy roztwór kwasu siarkowego do regeneracji V_{r H2SO4}

gdzie:

M = 100
120
- dawka produktu technicznego; przyjęto M = 100
;

- objętość jonitu;

C_r = 0,8 % = 0,008 - stężenie kwasu dostępnego w sprzedaży;

ρ_r = 1009
- gęstość kwasu siarkowego o stężeniu 0,8%

Roztwór ma być przygotowywany 5 razy na dobę ( po 1 raz dla każdej z kolumn).

Dobrano mieszalnik

» zapotrzebowanie na wodę w celu przygotowania roztworu kwasu siarkowego V_w

gdzie:

V_{r H2SO4} = 35,8 m³ - zapotrzebowanie na roboczy roztwór kwasu solnego;

V_H2SO4= 0,17 m³ - zapotrzebowanie na techniczny kwas solny;

» obciążenie złoża podczas regeneracji

gdzie:

Q_HCl - natężenie kwasu solnego; liczona wg wzoru:

gdzie:

- zapotrzebowanie na roboczy roztwór kwasu solnego;

t = 30
60 minut - czas płukania ; przyjęto t = 50 minut;

V_j = 2,89 m³ - objętość jonitu;

4. Płukanie końcowe

» płukanie wolne

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczona wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 20
40 minut - czas płukania ; przyjęto t = 40 minut;

V_j = 2,89 m³ - objętość jonitu;

» płukanie szybkie

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczona wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 10
30 minut - czas płukania ; przyjęto t = 10 minut;

V_j = 2,89 m³ - objętość jonitu;

Kationit silnie kwaśny.

Obliczenia przybliżone, dobór jonitu.

1. Produkcja wymagana P_w

gdzie:

- natężenie przepływu wody;

t = 24 h - czas trwania cyklu; czas trwania złoża między regeneracjami;

2. Wielkość wymiany W_w

gdzie:

P_w = 893 m³ - produkcja wymagana;

- twardość niewęglanowa;

3. Objętość jonitu V_j

gdzie:

W_w = 4598,06 val - wielkość wymiany;

Z_r - robocza zdolność jonowymienna; liczona wg wzoru:

gdzie:

0,9 - współczynnik bezpieczeństwa;

C_b = 1,6 val/l - wartość podstawowa zdolności jonowymiennej (zależy od dawki regeneranta; dozwolona dawka regeneranta NaCl wynosi 60
; przyjęto
) - wartość odczyta na z rys.3

C₁ - współczynnik korekcyjny jako funkcja substancji rozpuszczonych i obciążenia złoża (CZSR); wartość CZSR jest liczona następująco:

gdzie:

- twardość niewęglanowa;

C₁ = 0,96 (przyjęto
) -wartość odczytana z rys.4

Dobrano n = 4 kolumny typu1300:

D = 1,067 m ; H = 1,981 m

- wypełnienie 1 kolumny

- pole przekroju 1 kolumny

- wysokość 1 kolumny

Obliczenia sprawdzające.

1) Użyteczna praca jonitu

gdzie:

- natężenie przepływu wody;

- objętość jonitu;

2. Płukanie wsteczne

» prędkość płukania

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczone wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 5
20 minut - czas płukania ; przyjęto t = 15 minut;

- powierzchnia przekroju 1 kolumny;

n = 4 - ilość kolumn;

Dla
i
odczytano z rys.2 ekspansję złoża przy płukaniu wstecznym

E = 36 %.

» wysokość kolumny H

gdzie:

h₁ = 0,932 m - wysokość 1 kolumny;

E = 36 % = 0,36 - ekspansja złoża przy płukaniu wstecznym;

h₃ = 0,3 m
0,5 m - wysokość bezpieczeństwa; przyjęto h₃ = 0,4 m

H = 1,981 m - wysokość kolumny z katalogu;

3. Regeneracja kolumny.

Złoża regenerowane będą roztworem chlorku sodu NaCl przygotowanym z produktu technicznego.

» zapotrzebowanie na roboczy roztwór chlorku sodu NaCl do regeneracji V_{r NaCl}

gdzie:

M = 160
- dawka produktu technicznego;

- objętość jonitu;

C_r = 14 % = 0,14 - przyjęte stężenie chlorku sodu;

ρ_r = 1100,9
- gęstość chlorku sodu o stężeniu 14 %;

Roztwór ma być przygotowywany 2 razy na dobę ( po 1 raz dla każdej z kolumn).

Dobrano mieszalnik

» zapotrzebowanie na techniczny chlorek sodu V_NaCl

gdzie:

V_{r NaCl} = 3,459 m³ - zapotrzebowanie na roboczy roztwór NaCl;

C_r = 14 % = 0,14 - przyjęte stężenie chlorku sodu;

ρ_r = 1100,9
- gęstość chlorku sodu o stężeniu 14 %;

C_tech.= 98 % = 0,98 - stężenie produktu technicznego;

- zapas chlorku sodu na 15 dni.

Dobrano zbiornik

» zapotrzebowanie na wodę w celu przygotowania roztworu chlorku sodu V_w

gdzie:

M_{r NaCl} - zapotrzebowanie na roboczy roztwór chlorku sodu; liczony wg wzoru:

gdzie:

V_{r NaCl} = 3,459 m³ - zapotrzebowanie na roboczy roztwór NaCl;

ρ_r = 1100,9
- gęstość chlorku sodu o stężeniu 14 %;

M_{tech NaCl} = 544,00 kg - zapotrzebowanie na techniczny chlorek sodu;

ρ_w = 999,37
- gęstość wody o temperaturze T = 10°C;

» obciążenie złoża podczas regeneracji

gdzie:

Q_NaCl - natężenie chlorku sodu; liczona wg wzoru:

gdzie:

- zapotrzebowanie na roboczy roztwór chlorku sodu;

t = 20
40 minut - czas płukania ; przyjęto t = 30 minut;

V_j = 3,332 m³ - objętość jonitu;

4. Płukanie końcowe

» płukanie wolne

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczona wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 30 minut = 0,5h - czas płukania ;

V_j = 3,332 m³ - objętość jonitu;

» płukanie szybkie

gdzie:

Q_w - natężenie wody; liczona wg wzoru:

gdzie:

- objętość wody zużyta do płukania; przyjęto

t = 30 minut = 0,5 h - czas płukania;

V_j = 3,332 m³ - objętość jonitu;

Ilość wody na potrzeby własne stacji zmiękczania.

• kationit słabo kwaśny

- płukanie wsteczne V_w = 5,78 m³

- przygotowanie reagentów V_w = 35,66 m³

- płukanie końcowe

› wolne V_w = 5,78 m³

› szybkie V_w = 11,56 m³

• kationit silnie kwaśny

- płukanie wsteczne V_w = 6,664 m³

- przygotowanie reagentów V_w = 3,266 m³

- płukanie końcowe

› wolne V_w = 6,664 m³

› szybkie V_w = 33,32 m³

» procent, jaki stanowi woda na potrzeby własne stacji zmiękczania do wody dopływającej na jonity

---