Водоснабжение промышленного предприятия пояснительная записка+чертежи

Александра ПП.doc

При разработке курсового проекта необходимо использовать следующие исходные данные.
Водопотребление для технологических нужд предприятия при Ку = 1 и характеристика качества воды до и после технологического процесса:
Q1j – вода питьевого качества (оборота не допускается); может быть использована после удаления из нее масел жиров и бактериологических загрязнений для технологических процессов потребляющих воду с расходом Q5j
Q2j – вода питьевого качества умягченная; используется для подпитки оборотной системы;
Q3j – вода питьевого качества полностью обезжелезенная; все количество безвозвратно потребляется технологическим процессом;
Q4j – вода прошедшая механическую очистку на решетках и ситах; используется для охлаждения; может быть использована в оборотном цикле после охлаждения;
Q5j – вода прошедшая механическую очистку на решетках и ситах; после использования не может применяться как в оборотном цикле так и повторно для других потребителей и поэтому после использования сбрасывается в систему водоотведения.
Потери воды в технологических процессах и минимальные
требуемые свободные напоры на вводе в цеха соответственно для
Для умягчения используется вода питьевого качества. При расчете установки катионитового умягчения воды размещаемой в котельной предприятия дополнительно следует использовать следующие показатели состава исходной воды: Ж0 - общая жесткость Жк - карбонатная жесткость Жу - допустимая жесткость умягченной воды и CNa - концентрация натрий-Иона.
I. Определение расчетных расходов и балансов потребления технической воды на промышленном предприятии.
При заданном равномерном режиме потребления воды на технологические нужды (Ксут = 1 Кчас = 1) расчетными являются суточные и часовые расходы.
Для определения часового расхода необходимо разработать принципиальную технологическую схему водоснабжения промышленного предприятия и составить баланс распределения на нем воды.
При разработке принципиальной схемы водоснабжения предприятия должны быть учтены требования предъявляемые различными потребителями (цехами) к качеству воды ее расходам и напорам. При этом необходимо максимально предусмотреть применение оборотного и повторного использования воды. В принципиальную схему должен быть включен комплекс сооружений для обеспечения требуемого качества воды (охладители очистные сооружения) и требуемых ее расходов и напоров (насосные станции).
Для цехов №123 заданны следующие расходы воды Qij напоры Hij и потери в технологических процессах αij сведения о которых приведены на листе Задание.
Здесь в подстрочнике:
первая цифра (i) означает качество воды:
- питьевая 2 - умягченная для оборотной системы водоснабжения 3 - полностью обезжелезенная (отсутствует) 4 - техническая для охлаждения в оборотной системе водоснабжения 5 - техническая прошедшая механическую очистку на решетках и ситах;
вторая цифра (j) означает цеховую принадлежность:
На схеме лист № 1 показана принципиальная схема системы водоснабжения промышленного предприятия по исходным данным. В соответствии с заданием в цех №1 необходимо подавать воду Q3.1 =40 м³ч обезжелезенную. Для этих целей используется питьевая вода. При этом вода безвозвратно потребляется в технологическом процессе. Потери на собственные нужды станции обезжелезивания составляют 3-4 % и для цеха №1 равны 016 м³ч. Также в этом цехе необходима вода Q4.1 используемая для охлаждения в оборотной системе Технологический процесс в данном случае допускает устройство оборотной системы водоснабжения при условии охлаждения нагретой воды до исходной температуры. В связи с этим в рассматриваемой схеме устраивается оборотная система водоснабжения с охлаждением нагретой воды в вентиляторных градирнях. Для компенсации потерь в оборотном цикле связанным с капельным уносом испарением в градирнях и продувкой системы предусмотрена ее подпитка технической водой через водосборные бассейны вентиляторных градирен. Потери на продувку составят 2-5% от расхода оборотной воды (принимаем 5%) следовательно потери для цеха №1 составят 29 м³ч. Потери в вентиляторных градирнях на капельный унос составляет 01-02% от количества охлаждаемой воды и составит для цеха №1 – 116 м³ч. Потери от испарения определяют по формуле
где: Кисп – при 20С равняется 00014 Δt – разность температур принимаем равной 10 по [4] qохл – количество охлаждаемой воды.
qисп = 00014*10*580=812 м³ч.
Суммарные потери воды цеха №1 исходя из вышеперечисленного 3872м³ч. Требуемый напор (H4.1=21 м) обеспечивается насосами (2).
Сброс в канализационную сеть отсутствует.
По схеме вода в цехе №2 соответствии с технологическим процессом используется для охлаждения в оборотной системе водоснабжения. В виду того что в ходе технологического процесса безвозвратно потребляется часть (α4.2=6) оборотной воды (что составит 324 м³ч) в схеме предусмотрена подпитка этого оборотного цикла. Потери на продувку составят 2-5% от расхода оборотной воды (принимаем 5%) следовательно потери для цеха №2 составят 27 м³ч. Потери в вентиляторных градирнях на капельный унос составляют 01-02% от количества охлаждаемой воды для цеха №2 – 102 м³ч. Потери от испарения определяют по формуле
qисп = 00014*10*540=756 м³ч.
Суммарные потери воды цеха №2 исходя из вышеперечисленного 3558 м³ч.Требуемый свободный напор H4.2 =17 м обеспечивается насосами (2).
Сброс в канализационную сеть составляет 5076 м³ч.
По схеме вода в цехе №3 соответствии с технологическим процессом используется умягченная. В ходе технологического процесса безвозвратно потребляется вся вода. Потери связанные с собственными нуждами станции обезжелезивания составляют 3-4% и равны 80*004=32 м³ч. Требуемый свободный напор H3.3 =16 м обеспечивается насосами (2).
Сброс в канализационную сеть отсутствует.
На листе 2 показана балансовая схема для рассматриваемой схемы.
Общее потребление воды питьевого качества составят Q3.1+Q3.3= 40+80=120 м³ч. Потери воды питьевого качества на станциях обезжелезивания составят 016+32=318 м³ч.
Общее потребление технической воды составит Q4.1+Q4.2=580+540=1120 м³ч с учетом повторного применения составит 1120-580=540 м³ч. Потери технической воды на градирнях 3872+ 3558=743. Общий сброс составит 5076 м³ч
Потери на станциях умягчения составят 621 м³ч.
Общее водопотребление без учета повторного использования воды составит 40+540+80+580+318+743=131748 м³ч а с учетом составит 73748 м³ч разница 580 м³ч.
II.Технологический расчет установки натрий-катионитового умягчения воды по двухступенчатой схеме
Химизм процесса умягчения воды на Na-катионитовых фильтрах можно изобразить в виде следующих реакций катионного обмена:
Где [Каm] – сложный радикал катионита (нерастворимый в воде) играющий роль неподвижного анионита.
Одинаковыми для всех студентов в группе выбраны следующие условия курсового проектирования:
- в качестве катионита используется сульфоуголь;
- для регенерации сульфоугля применяется водный раствор поваренной соли;
- поступающая на катионитовые фильтры водопроводная вода не нуждается в осветлении;
- при требуемой жесткости фильтрата (Жу) в пределах 005-01 мг-эквл процесс катионитового умягчения проводят в 2 ступени фильтрования. При Жу > 02 мг-эквл - в 1 ступень.
Исходные данные для проектирования водоумягчительной установки приведены в табл. 2 приложения.
Производительность установки: Qсут = 75 тыс. м3сут; Qч=3125 м3ч.
Качество исходной воды:
содержание натрий-Иона CNa=15 мгл
жесткость общая Жо=7 мг-эквл;
жесткость карбонатная Жо=4 мг-эквл
Требования к жесткости после умягчения на фильтрах:
первой ступени Жу1 = 02 мг-эквл;
второй ступени Жу2 = 005 мг-эквл.
Задача расчета заключается в определении:
- количества и основных характеристик фильтрующих аппаратов 1 -ой и 2-ой ступени;
- вместимости резервуаров для взрыхления катионита в фильтрах 1-ой и 2-ой ступени;
- потребности в поваренной соли для регенерации катионитовых загрузок
- количества и вместимости бака для мокрого хранения поваренной соли;
- количества и основных характеристик солерастворителей (фильтров);
- расхода воды на собственные нужды установки.
II.1 Расчет Na-катионитовых фильтров
Расчетный расход Na-катионитовых фильтров 1-ой ступени определяется с учетом 2%-ной потребности умягченной воды на промывку фильтров 2-ой ступени: Qсут = 7500 м3сут; Qч=3125 м3ч.Число фильтроциклов в сутки;
фильтроцикла в сутки [1]
где Т - продолжительность работы катионитовой установки в течение суток в час; t - полезная продолжительность одного фильтроцикла в час (принимается от 10 до 22 ч); t1 - продолжительность операций сопровождающих регенерацию катионитового фильтра в час (обычно равное 15ч). Основной характеристикой катионитовых фильтров является полная обменная способность Еполн выраженная в г-эквм3. Для сульфоугля крупности зерен 03-08 мм Еполн = 550 г-эквм3.
Рабочая обменная способность Na-катионита определяется как:
где αэ - коэффициент эффективности регенерации учитывающий неполноту регенерации катионита принимаемый по табл. 1 СНиП 2.04.02-84*; при удельном расходе соли на регенерацию (Дс = 150 гг-экв при Жо до 5мг-эквл Дс = 100-200 гг-экв; при Жо до 10мг-эквл Дс = 120-200 гг-экв; при Жо до 15 мг-эквл Дс = 170-250 гг-экв) принимаем Дс=150; αэ = 074;
мNa - коэффициент учитывающий снижение обменной способности катионита по Са2+ и Mg2+ вследствие частичного задержания катионов Na2+ принимаемый по табл. 2 СНиП 2.04.02-84. Коэффициент Na зависит от отношения СNaЖо = 107 = 143. Тогда Na =064; qуд - удельный расход воды на отмывку катионита м3 на 1 м3 катионита принимаемый равным для сульфоугля – 4. qуд = 4 м3;
Еполн - полная обменная емкость катионита г-эквм3 определяемая по заводским паспортным данным. При отсутствии таких данных при расчетах допускается принимать: для сульфоугля крупностью 05-11 мм- 500 г-эквм3;.
Высоту катионитовой загрузки в фильтрах 1-ой ступени принимаем
Объем катионита Wк м3 в фильтрах первой ступени следует определять по формуле
где qу - расход умягченной воды м3ч;
Жо.исх - общая жесткость исходной воды г-эквм3;
- рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании г-эквм3;
nр - число регенераций каждого фильтра в сутки принимаемое в пределах от одной до трех.
Wк=24*312.5*7251457=51.01 м3
Допустимая расчетная скорость фильтрования через Na-катионитовый фильтр должна быть вычислена по формуле: [4]
Необходимая суммарная рабочая площадь Na-катионитовых фильтров определяется по формуле:
Принимаем 2 рабочих и один резервный фильтр 44 м f=300 м² высота загрузки 2 м.
Уточненный объем сульфоугля в фильтрах равен:
fраб=3.14*2*22^2=304 м²
Фактическая скорость фильтрования при нормальном режиме:
При Жо до 10 мг-эквл максимальная скорость 15 мч а минимальная больше 10 мч
В условиях форсированного режима при регенерации одного из фильтров:
При Жо до 10 мг-эквл максимальная скорость 25 мч.
Общую потерю напора в напорных катионитовых фильтрах при фильтровании следует определять как сумму потерь напора в коммуникациях фильтра дренаже и катионитовой загрузке. При Vф = 1187 мч d80 = 03-08 мм; hк = 4 м потеря напора составит 5 м водн ст. [табл. 3 СНиП 2.04.02-84].
Бак для воды используемый для взрыхления слоя катионита рассчитывают на последовательное проведение этой операции в 2-х фильтрах. Вместимость бака (в м3) определяется по формуле:
Интенсивность подачи воды для взрыхления катионита следует принимать 4 л(с×м2) при крупности зерен катионита 05-11 мм.
fк - площадь одного фильтра м2;
взр - интенсивность взрыхления катионита;
tвзр - продолжительность взрыхления равная 15 мин.
Принимаем к установке бак кубической формы с размером стороны 1.87 м. Бак располагаем так чтобы его дно было на 7 м выше сборной воронки фильтра.
Расход технической поваренной соли (Gc) на одну регенерацию каждого фильтра:
Расход осветленной воды на собственные нужды установки по обслуживанию Na-катионитовых фильтров 1-ой ступени слагается из следующих составляющих на одну операцию.
На промывку катионитовой загрузки:
На отмывку катионитовой загрузки от продуктов регенерации:
где Wотм - интенсивность отмывки равная 4-5 м3 на 1 м² катионитовой загрузки.
На растворение соли из расчета S=10 л воды на 1 кг технической
На промывку солерастворителя диаметром 1030 мм.
где fс и Wcол - соответственно площадь солерастворителя (м²) и интенсивность его промывки (лм²*с);
tс - продолжительность промывки солерастворителя 5 мин.
Суммарный расход воды на одну регенерацию при условии что отмывочные воды катионитовых фильтров не используются повторно:
Общий расход добавочной осветленной воды при двукратной за сутки регенерации четырех Na-катионитовых фильтров составит:
Для сокращения расхода воды на собственные нужды Na-катионитовых фильтров 1-ой ступени следует предусмотреть повторное использование отмывочных вод для взрыхления катионита приготовления регенерационного раствора соли и промывки фильтров-солерастворителей. В этом случае половина расхода воды от отмывки катионита спускается в водосток а вторая половина - направляется в бак для использования при взрыхлении катионита приготовления регенерационного раствора и промывки фильтров-солерастворителей.
При этом расход воды на собственные нужды Na-катионитовой установки составит в процентном соотношении:
II.2. Расчет Na-катионовых фильтров 2-ой ступени
Определяем число фильтоциклов при t=150 ч.
Фильтры второй ступени отмывают после регенерации умягченной водой полученной на фильтрах первой ступени. Поэтому для фильтров второй ступени величина рабочей обменной способности Na-катионита будет более высокой:
В качестве загрузочного материала использован сульфоуголь а величина коэффициента αэ рассчитана при Дс=300 гг-экв. Необходимый объем сульфоугля определяется по формуле:
Высота загрузки для фильтров второй ступени hк=15 м согласно СНиП 2.04.02-84. Допустимая расчетная скорость фильтрования через Na-катионитовый:
Скорость не превышает предельно допустимую скорость равную 40 мч
Принимаем 3 рабочих и один резервный фильтр 275 м f=595 м² высота загрузки 15 м.
Скорость не превышает предельно допустимую скорость равную 60 мч.
Общую потерю напора в напорных катионитовых фильтрах второй ступени принимают ориентировочно 13-15 м.
Расход соли на одну регенерацию:
II.3. Расчет реагентного хозяйства.
Расчетное количество соли на одну регенерацию одного фильтра 1-ой и 2-ой ступенях составит:
Склады сухого хранения допускаются только при суточном расходе соли менее 05 т.; при этом слой соли не должен превышать 2 м. В нашем случае требуется устройство мокрого хранения соли. Вместимость резервуаров для мокрого хранения соли:
где – Расход соли на одну регенерацию;
bc – концентрация насыщенного раствора соли принимаемой равным 26%;
- плотность 26%-ного раствора
n — число регенераций каждого фильтра в сутки
Для фильтров 1-ой ступени:
Для фильтров 2-ой ступени:
Следовательно суммарная вместимость обоих резервуаров составит:
Принимаем к установке 2 резервуара по 405 м³ каждый.
Количество фильтров-солерастворителей рассчитываем следующим образом:
рабочих и 1 резервный фильтр [25]
где Wс.ф – полезная вместимость фильтра-растворителя.
Объем раствора поваренной соли пропускаемой через гравийные слои каждого из семи солерастворителей для очистки от загрязнений будет равен:
где qр.с – количество воды необходимой для растворения 1 кг соли равное 10 л.; 1207 кгм³ - плотность 26% соляного раствора.
Скорость фильтрования составляет:
где fc – площадь фильтра растворителя 08 м²
Полезный объем каждого растворителя принимается на 30 – 40% больше расчетного количества соли то есть:
Отсюда высота полезного объема фильтра –растворителя будет равна:
при полной высоте корпуса фильтра 1205 м
Для определения вместимости бака для разбавления крепкого раствора соли найдем первоначальную суточную потребность соли.
Для фильтров первой ступени она при 2 регенерациях 7 фильтрах составит:
Для фильтров второй ступени она при 016 регенерациях в сутки 7 фильтров составит:
Всего в сутки потребуется:
Тогда вместимость бака определим по формуле:
где С – концентрация разбавленного раствора соли принимаемая равной 8 % 10585 – плотность 8 % -ного раствора соли кгм³.
Принимаем 20 баков по 20 м³ каждый с тем чтобы можно было бесперебойно производить регенерацию двух Na-катионитовых фильтров одновременно. Размеры каждого бака: высота (полезная) -52 м диаметр – 22 м (площадь – 38 м²).
Для перекачки 8%-ного раствора соли устанавливаем 2 насоса (1 рабочий и 1 резервный) производительностью:
где Vc – скорость движения раствора соли через катионитовую загрузку принимается в пределах 3-5 мч; f – площадь Na-катионитового фильтра принимается площадь наибольшего по размеру диаметра фильтра равная 49 м².
II.3. Расход на собственные нужды станции умягчения
По первой ступени согласно формуле (7) расход осветленной воды составит:
К этому расходу следует добавить 2%-ный расход осветленной воды на производство умягченной воды для промывки фильтров 2-ой ступени (без учета повторного использования 50% отмывочного расхода фильтров 2-ой ступени):
По второй ступени расход осветленной воды на собственные нужды - только на растворение соли. Согласно формуле (13):
м³ [37] С учетом периодичности регенерации n = 016 раз в сутки суточный расход на растворение соли для фильтров 2-ой ступени будет:
м³ [38] Тогда суммарный расход осветленной воды на собственные нужды установки двухступенчатого умягчения воды будет равен:
% [39] На листе 3 дана упрощенная технологическая схема установки Na-катионитового умягчения воды. Показанные на ней в одном экземпляре фильтры обеих ступеней умягчения и баки реагентного хозяйства.
В ходе выполнения данного курсового проекта была разработана схема водоснабжения промышленного предприятия и определены расчетные расходы в целом по предприятию. Составлен баланс водопотребления и водоотведения по его цехам. Выполнен расчет и разработана технологическая схема установки умягчения природных вод катионитовым методом для нужд промышленного предприятия. Также определены:
а) количество и основные характеристики фильтрующих аппаратов заводского изготовления для загрузки сульфоугля (ГОСТ 5696-84);
б) вместимость резервуара для взрыхления сульфоугля;
потребность в поваренной соли (ТУ-6-13-14-87) для регенерации сульфоугля;
в) количество и вместимость баков для мокрого хранения поваренной соли;
г) количество и основные характеристики солерастворителей (фильтров) заводского изготовления;
д) количество и вместимость баков для разбавления крепкого раствора поваренной соли;
е) расход воды на собственные нужды станции умягчения воды.
Список используемой литературы.
Б.Н. Репин. Справочник. Водоснабжение и Водоотведение. Наружные сети и сооружения. – М.: Высш. шк. 1995.
Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической моды. - М: Стройиздат 1974.
Водоснабжение. Задание и методические указания к курсовому проекту №4 для студентов 4 курса специальности - «Водоснабжение и водоотведение» (2908) Москва 1998 г.
СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М. Стройиздат 1985.
Справочник проектировщика Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. Москва 1967 г

Александра ПП.dwg

- Na-катионитовый фильтр 1-ой ступени (2D 4
- Na-катионитовый фильтр 2-ой ступени (3D 2
- бак умягченной воды
- бак для взрыхления сульфоугля водой вместимостью 6
- бак для разбавления крепкого раствора соли (5вместимостью 20 м³ каждый)
- насос для перекачки рабочего (8%) раствора соли производительностью 6
- фильтр солерастворитель (7D 1
- насос для перекачки крепкого (26%) раствора соли (2 шт.)
- железобетонный резервуар для мокрого хранения соли вместимостью 810 м³ (2шт.)
- подача умягченной воды потребителю
- сброс в канализацию.
Схема водоснабжения промышленного предприятия
Водоснабжение промышленного предприятия
ВлГУ.270112.16.1.00.
-станция умягчения воды 2-насосная станция 3-станция обезжелезивания воды Цифры на линии обозначают трубопроводы для передачи следующих видов вод: 1 - питьевая; 2 - умягченная; 3 - полностью обезжелезенная; 4 - технической для охлаждения в оборотной системе водоснабжения; 5 - технической (кроме охлаждения)
Балансовая схема распределения воды в цехах промышленного предприятия
Станция обезжелезивания
Технолоническая схема Na-катионитового умягчения воды по двухступенчатой схеме
Принципиальная схема водоснабжения промышленного предприятия
Балансовая схема промышленного предприятия