離子交換設計計算書講解

1、混合離子交換器詳細設計計算書宜興市華電環(huán)保設備有限公司1 工藝流程的設計由于原水水質(zhì)較好， 水中 TDS含量較低。 因此，本項目推薦選用傳統(tǒng)的成熟 工藝離子交換器作為系統(tǒng)的主脫鹽設備； 系統(tǒng)初期投資成本低、 易于實現(xiàn)自動化。 離子交換器采用雙床浮動床工藝， 它具有處理水量大、 占地面積小、 交換容量高 等優(yōu)點。根據(jù)計算，一級陽陰離子脫鹽后的產(chǎn)水尚未達到生產(chǎn)工藝用水的要求， 所以， 在一級除鹽裝置之后， 設置混合離子交換器， 其出水水質(zhì)完全滿足設備采購方出 水要求。為保證關(guān)鍵設備離子交換器的長期可靠穩(wěn)定運行， 則必須設置符合水質(zhì)特點 的預處理系統(tǒng)，滿足離子交換器進水指標： SS3mg/L。2 工

2、藝流程總述2.1 工藝流程： 由凈化水場來的原水經(jīng)過水處理系統(tǒng)后到達超高壓鍋爐給水的要求后， 通過 管 道送到除氧水站供超高壓和高壓鍋爐使用。原水由全廠新鮮水管網(wǎng)送入除鹽水站后， 部分去凝結(jié)水換熱后進生水罐， 生 水 經(jīng)新鮮水泵加壓后，先經(jīng)過濾器后進入陽離子交換器，因原水中 HCO3- 含量為 20-42.1mg/L ，為減少后級陰離子交換器的負荷，經(jīng)過除 CO2 器除去 重碳酸 根后，由中間水泵經(jīng)陰離子交換器和混合離子交換器后，去除鹽水罐， 最后由 除鹽水泵加壓進除鹽水管網(wǎng)供各用戶使用。主體設備為單元式運行排 列，同時 也考慮母管式的連接組合。為了減少設備的臺數(shù)、減少再生次數(shù)和酸 堿耗量，

3、增加運行時間。工藝如下：（原水箱）原水泵多介質(zhì)過濾器陽離子交換器脫塔碳中間水箱陰離子交換器混合離子交換器除鹽水箱除鹽水泵使用點2.2 為了保證除鹽水系統(tǒng)供應的可靠性，選擇了五個系列；正常情況下，三個系 列運行, 一個系列再生，一個系列備用。其中設備包括：10臺 150噸/小時的纖維球過濾器(? 2600mm)，5套 300噸/小時陽離子交換 器( ?3000mm)，5套 300噸/小時陰離子交換器 ( ?3000mm)，5套 300噸/小時混合離 子交換器 ( ?2800mm)及其它輔助設備等組成。2.3 本套水處理設備的原水水質(zhì)按提供的水質(zhì)報告設計， 而最終制出 900 噸/ 小時 除鹽水。

4、設計進水水質(zhì)及出水水質(zhì)1 進水水質(zhì)1.1 除鹽水物流特性本項目的原水來自于菱溪水庫，其水質(zhì) ( 供參考 ) 為：分析項目單位分析結(jié)果PH值6.987.58SO42-mg/L1.83.51CL-mg/L2.8714.85NO3-mg/L0.421.28CO32-mg/L0HCO3-mg/L2042.1游離 CO2mg/L1.013.02硅酸根( SiO2 計)mg/L12.4814.48Ca2+mg N/L0.060.09Mg2+mg N/L0.090.17總鐵mg N/L0.0150.14總硬度mg N/L0.130.253溶解氧mg/L6.3713渾濁度度0.44.0電導率s/cm824總懸

5、浮固體mg/L578總?cè)芙夤腆wmg/L44432經(jīng)凈化水場后的水質(zhì)指標分析項目單位分析結(jié)果PH值7.99SO42-mg/L3.44CL-mg/L3.88NO3-mg/L1.25CO32-mg/L0HCO3-Mmol/L0.342游離 CO2mg/L-硅酸根（ SiO2 計）mg/L0.371/2 Ca2+mmol/L0.2061/2 Mg2+mmol/L0.104總鐵mg/L-總硬度Mmol/L0.31溶解氧mg/L-渾濁度度-電導率s/cm-總懸浮固體mg/L-總?cè)芙夤腆wmg/L-1.2 出水水質(zhì)PH(25)6 74硬度 mol/L0電導率s/cm (25 C)0.2鐵 g/L 20銅 g/

6、L3SiO22- g/L 202 處理水量處理水量為： 900m3/h設備選型計算一、混床處理水量為： 900m3/h ，考慮系統(tǒng)自用水量 10%，混床處理能力為 990 m3/h ，采用多孔強堿 I 型 2017陰樹脂和 0017陽樹脂，混合樹脂的單位周期制水量取 336000m/m ,1. 混床總面積FQ/U=990/48=18.75 （U 取 48m/h）2. 混床計算臺數(shù)n=F/0.785d 2=18.75/0.785 2.8 2=3臺（ 2800mm）一臺再生一臺備用，共 5 臺3. 實際正常運行流速單臺混床處理量為 930/3 330m3/hUQ/F=4330/（3.14 2.8

7、2）=53.62m/h4. 樹脂高度計算陽樹脂體積 Vc /4 D2h 陽陰樹脂體積 Va/4 D2h 陰混床運行周期選取為 5天合 120小時T=6000（V陽+ V 陰） /Q=6000 /4 D2 （h 陽+h陰） /330=120Hc:h a取 1：2Hc353mm ha706mm陽樹脂高取 360mm陰, 樹脂高取 720mm5. 陽樹脂再生一次耗用 30%鹽酸量Bc1=Vcbc/30%=2.2275/30%=523.6Kg/次6. 陽樹脂再生一次耗用 30%鹽酸體積Vc1=Bc1/r c1=524.6/1.149=455.7L/ 次7. 鹽酸計量槽的容積Vc2=1.2Vc1=1.2

8、 455.7=546.8L8. 稀釋至 5%鹽酸溶液的體積Vc3=Vc*bc/5%*r c2=3070.5L/ 次9. 陽樹脂再生一次釋用除水用量Vc4=Vc3-Vc1=3070.5-455.7=2614.8L/ 次10.30%鹽酸的平均月耗量Bc2=3024*Bc1/T=30 24523.6/120=3141.7Kg/ 月11.30%鹽酸的平均年耗用量Bc3=12*Bc1=37699/年=37.7 噸/ 年12. 陰樹脂再生一次耗用 30%NaOH量Ba1= Va*b a/30%=4.43*70/30%=916Kg/次13. 陰樹脂再生一次耗用 30%NaOH體積Va1= Ba1/r a1=

9、916/1.328=735.9L14. NaOH計量槽的容積Va2= Va11.2=735.9 1.2=885L15. 稀釋至 4%NaOH溶液的體積Va3= Vaba/4%ra2=3.926 70/4%*1.043=6587.2L16. 陰樹脂再生一次稀釋用除鹽水量Va4= Va3- V a1=6587.2-735.9=5851.3L17.30%NaOH的平均月耗量Ba2=3024Ba1/T=3024916/120=5496Kg/月18. 30%NaOH的平均年耗量Ba3=Ba21265952Kg/年=65.95 噸/ 年19. 離子交換器酸廢水排放量G1 =V*E(N-N1)*10 -3=

10、2.154550(150-36.5) 10-3=134.5Kg/周期20. 離子交換器堿廢水排放量G2=V*E(N-N1)*10-3=4.038250(250-40) 10-3=212Kg/周期21. 廢堿液中能被廢酸液中和的部分的酸量G3=GN1140=1343.65.540=147.4Kg/周期22. 剩余堿量G4= G2- G 3=212-147.4=64.6Kg/ 周期23. 中和后堿性廢水排放量Q=V1+V2+V3+V4 =23.08+3.16+3.16+92.32=121.7m 23. 堿性廢水濃度A1=G 4 = 64.6 =0.518g/lQ 124.724. 排放堿性廢水 P

11、H值PH14-lg A1 =14- lg 0.518 =12.1140 4025. 體外管系接口規(guī)范 進、出水口管徑計算Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330 D=242mm 取 250mm 反洗進水、排水管管徑計算Q10/4 2.8 2=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2 D=121mm 取 150mm 進堿管管徑計算2 2 2 Q5/42.82=u*/4D2=1.536003.14/4 D2D=85mm 取 100mm進水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0MPa中間排水管：DN100, PN1.0MPa反洗進水管：DN150，P

12、N1.0MPa反洗排水管：DN150，PN1.0MPa正洗排水管：DN100，PN1.0MPa進氣管：DN65，PN1.0MPa排氣管：DN40，PN1.0MPa進堿管：DN100，PN1.0MPa進酸管：DN100，PN1.0MPa26. 筒體高度計算(1+50%)/80%=2.05m反洗膨脹率 50%，直筒高度 h=(0.36+0.72)二、陰雙室雙層浮動床陰雙室雙層浮動床直徑取 3000，采用 D301 弱堿陽離子交換樹脂和 2017 強堿陽離子交換樹脂 , 運行周期取 120h。1. 弱堿陰樹脂量計算Va1=S1 Q T k1= 0. 199 330 120 1.20=11.138m3

13、E1 850Va1/4 D 2 3Va2/4Dh 弱堿3.14/4*3 * h 弱堿=9.372mh 弱酸 =1.309m取 1300mm3. 陰床再生用堿量G2=(Va1*E1+Va2*E2)*q*10 -3=(11.138 850+9.372400) 6010-3 h 弱堿 3.14/4*3 2* h 弱堿 =11.138m3h 弱酸 =1.568m取 1600mm2. 強堿陰樹脂量計算Va2=S2 Q Tk2=E20.086 330 12040031.10=9.372m3=793Kg30%NaO一H 次投加體積G2 793 3V2= =1.99m1000*C2* r2 1000 30%

14、1.3284%NaO一H 次投加體積G2 793 3V2= =19.25m1000*C2* r2 1000 4% 1.0434. 每周期堿排放量計算G2=V*E(N-N1)*10 -3=(10.125 850+8.52 400)(65-40) 10-3=300.4Kg5. 堿性廢水排放體積Q 1= V2+V3+V4 =17.5+38.86+37.28=93.6m 36. 體外管系接口規(guī)范Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 取 250mm 反洗進水、排水管管徑計算Q10/432=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=129mm 取 150mm 進

15、堿管管徑計算Q5/4 32=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=91mm 取 100mm進水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0Mpa再生液進水管：DN100，PN1.0Mpa再生液出水管：DN100，PN1.0Mpa排水管：DN200，PN1.0Mpa正洗進水管：DN100，PN1.0Mpa正洗出水管：DN150，PN1.0Mpa排氣管：DN40，PN1.0Mpa上部進樹脂口：DN100，PN1.0Mpa下部進樹脂口：DN100，PN1.0Mpa上部排樹脂口：DN100，PN1.0Mpa下部排樹脂口：DN100，PN1.0Mpa筒體高度計算反洗膨脹

16、率 50%，直筒高度h=(1.3+1.6)(1+50%)/90%=4.83m三、陽雙室雙層浮動床0017陽雙室雙層浮動床直徑取 3000，采用 D113-弱酸離子交換樹脂和 強酸陽離子交換樹脂 , 運行周期取 120h。1. 弱酸陽樹脂量計算Vc1=(Hz a)Q T K1=(0.34 0.15) 330 120 1.15=4.81m3E1 1800Vc1 /4 Dh 弱酸3.14/4 3 h 弱酸=4.81mh 弱酸 =0.68m取 700mm2. 強酸陽樹脂量計算Vc2=S2 Qk1=E1(0.31 0.19) 330 120100031.20=5.71m3Vc2 /4 D h 強酸3.1

17、4/4*3 * h 弱酸=5.71mH 強酸=0.81m取 850mm3. 陽床再生用酸量 (HCl)G1=(Vc1*E1+Vc2*E2)*q*10-3=(4.81 1800+5.711000) 5010-3=718.4Kg30%HCl一次投加體積V2=G2= 718.4=2.09m31000*C2* r21000 30% 1.1494%NaO一H 次投加體積V2=G2= 718.4=17.56m31000*C2* r21000 4% 1.0234. 離子交換器酸廢水排放量10G2 =V*E(N-N1)*10 -3=(4.93 1800+5.611000)(50-36.5) 10-3 =195

18、Kg/周期5. 酸性廢水排放體積Q 2=V1+V2+V3+V4 =11.8+17.7+42.39+19.12=91.1m 36. 剩余堿量195 40G4= 300- 195 40 =300-213.7=86.3Kg/ 周期36.57. 中和后堿性廢水排放量Q=Q1+Q2=93.6+91.1=184.7m38. 堿性廢水濃度G 4 86.3A2= 4 = =0.467g/lQ 184.79. 排放堿性廢水 PH值PH 14-lg A1 =14-lg 0.467 =12.0740 4010. 體外管系接口規(guī)范Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 取 250mm

19、反洗進水、排水管管徑計算Q10/432=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=129mm 取 150mm 進堿管管徑計算Q5/4 32=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=91mm 取 100mm進水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0Mpa再生液進水管：DN100，PN1.0Mpa再生液出水管：DN100，PN1.0Mpa排出管：DN200，PN1.0Mpa11正洗進水管：DN100，PN1.0Mpa正洗出水管：DN150，PN1.0Mpa排氣管：DN40，PN1.0Mpa上部進樹脂口：DN100，PN1.0Mpa下部進樹脂口：DN1

20、00，PN1.0Mpa上部排樹脂口：DN100，PN1.0Mpa下部排樹脂口：DN100，PN1.0Mpa11. 筒體高度計算反洗膨脹率 50%，直筒高度 h=(0.7+0.85)(1+50%)/90%=2.60m四、纖維球過濾器型 號：WQJ-2800過濾器直徑：2800mm過濾器高度：4106mm過濾面積：6.154m2處理能力：165m3/h濾 速：30m/h進水壓力：0.6Mpa過濾器阻力損失：0.10Mpa反洗壓力：0.2Mpa反洗強度：36 m3/m2.h反洗水泵流量：3.221m3/ .h揚程:32m功率:30Kw反洗器阻力損失：0.15Mpa反洗歷時：20-30min123/m

21、2.h10mg/L 0.2mm 纖維球 30mm900mm臺氣洗強度： 150 m 濾后水質(zhì)：SS ：粒徑：濾料：電機功率： 22KW 槳葉直徑：數(shù)量： 10 反洗水泵流量計算反洗強度為 36m3/ m 3h35mQ363.14 1.4 2=221m3/h 反洗水泵揚程：體外管系接口規(guī)范進、出水口管徑計算Qu*/4D2=236003.14 D2/4=165D=185mm 取 200mm反洗進水、排水管管徑計算Q=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2=363.14/4 3.2D=169mm取 200mm（1）過濾進水、反洗出水管： DN200，PN1.0MPa（2）過濾出水、反洗進水

22、管： DN200, PN1.0MPa（3）排氣管：DN40， PN1.0MPa（4）溢流管：DN15， PN1.0MPa五、脫氣塔 中間水箱和脫氣塔為一體化布置，脫氣塔置于中間水箱上1. 脫氣塔的橫截面積13Q 330=6.6m2q 502. 脫氣塔的直徑D=1.13 f =1.13 6.6 =1.13 2.45=2.77m取脫氣塔直徑 2.8m3. 脫氣塔填料表面積F=KcG=Q(C1 C2) =330(0.342 0.08) =0.110001000C=C1 C22.44lgC1C2*10-3=0.342 0.082.44lg0.3420.08*10-3=0.18510-3K=1.02P1

23、Re0.86 Pr0.33 =1.02 6.37 10 8 Re0.86 Pr 0.33-2 u -2 1.79 10Pr=0.36 10-2 u =0.3610-2 1.79 10 8 =10.1P16.37 10 8Re=102g d 1020.36u 0.3660 0.015252.79 10 4=5.5 105F= 0.13 =1684m20.79 0.185 10 3V=1684236=7.14H= V = 7.14 2 =1.46mE 3.14/4 2.82取 1500mm5. 鼓風機選擇計算L1.1*g*Q*K*K 1*K2273 51.1 2033011.627311968m3

24、/h6. 風機的風壓14P1.2* (A*H h)*K* K11.2 (2941.8+392) 1273 1125Pa7. 體外管系接口規(guī)范 進、出水口管徑計算Qu*/4D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 進口取 250mm 出口取 300mm8. 配套風機數(shù)量：5臺型號：CQ20-J風量：Q=9612-14418m3/h風壓：H=1.96KPa電源電壓：380 V電機功率：P=15kW轉(zhuǎn)速：2900r/min生產(chǎn)廠家：湖北鼓風機有限公司7. 中間水箱型式：方形數(shù)量 ：5臺容積：100m3外形尺寸：L4500mmB4500mmH5000mm六、樹脂清洗罐陽樹脂清洗罐設備規(guī)

25、范及數(shù)量：?3000mm 1 臺15設備直徑 （外徑、壁厚）：3024mm、12mm上. 、下封頭厚度 14 mm 。設計壓力：0.6MPa試驗壓力：0.75MPa工作溫度：最低： 5 最高： 60設備高度（1）樹脂層高 1600 mm。（2）膨脹高度 1600mm。（3）器體高度（不包括支腿 ） 5550 mm。（4）總高度 6200mm包（ 括支腿 ）。 陰樹脂清洗罐設備規(guī)范及數(shù)量： ?3000mm 1 臺設備直徑（外徑、壁厚 ）： 3024 mm 、12mm上. 、下封頭厚度 14 mm 設計壓力：0.6MPa試驗壓力：0.75MPa工作溫度：最低： 5 最高： 60設備高度（1）樹脂層

26、高 1000 mm。（2）膨脹高度 1000mm。（3）器體高度（不包括支腿 ） 4730 mm。（4）總高度 5380mm包（ 括支腿 ）。七、其它1. 原水箱圓形型式：16數(shù)量：容積：直徑：高度：2臺500m 38000mmH=10700mm2. 脫鹽水箱數(shù)量：2臺容積：500m3直徑： 10000mm高度：H=6400mm3. 酸堿再生系統(tǒng)2 套，混床一套，陽、陰床一套貯存罐裝置酸貯存罐（1）數(shù)量：2臺（2）容積：50m3（3）尺寸和壁厚尺寸：30247805mm直筒壁厚：12 mm封頭厚度：14 mm（4）體外管系接口規(guī)范進水管：DN50，PN1.0MPa進液管：DN150, PN1.

27、0MPa型式：圓形17出液管：DN80, PN1.0MPa備用管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN50， PN1.0MPa排氣管：DN80， PN1.0MPa人孔：數(shù)量： 2，規(guī)格 500堿液貯存罐1)數(shù)量：2臺2)容積：50m33)直徑和壁厚直徑：30247805mm直筒壁厚：12 mm。封頭厚度：14 mm。4)體外管系接口規(guī)范進水管：DN50，PN1.0MPa進液管：DN150, PN1.0MPa出液管：DN80, PN1.0MPa備用管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN50，PN1.0MPa排氣管：DN80，PN1.0MPa人孔：數(shù)量： 2 ，規(guī)格： 500計量裝置酸計

28、量箱181）數(shù)量：1臺2）容積：4.0m33）尺寸尺寸：16122340mm壁厚：8 mm（4）體外管系接口規(guī)范進水管：DN32，PN1.0MPa進液管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN32，PN1.0MPa排氣管：DN25，PN1.0MPa出液管：DN32, PN1.0MPa堿計量箱（1）數(shù)量：1臺（2）容積：4.0m3（3）尺寸直徑：16122340mm壁厚：8 mm（4）體外管系接口規(guī)范進水管：DN32，PN1.0MPa進液管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN32，PN1.0MPa排氣管：DN25，PN1.0MPa出液管：DN32，PN1.0MPa19酸霧吸收器（1）數(shù)量

29、：1臺（2）設計壓力：0.1MPa（3）設計溫度：50（4）直徑：500mm（5）殼體材料 / 厚度：Q235A/6mm（6）設備高度：1100mm（7）填料名稱/ 高度：塑料多面空心球 /500mm（8）填料直徑：50mm噴射器陽床噴射器（1）流量：40m3/h（2）再生液出口壓力：0.2MPa（3）材質(zhì)：PTFE（4）數(shù)量：1臺陰床噴射器（1）流量：40m3/h（2）再生液出口壓力：0.2MPa（3）材質(zhì)：Q235A（4）數(shù)量：1臺混床酸噴射器（1）流量：35m3/h（2）再生液出口壓力：0.2MPa20（3）材質(zhì)：PTFE（4）數(shù)量：1臺混床堿噴射器（1）流量：35m3/h（2）再生液出口壓力：0.2MPa（3）材質(zhì)：Q235A（4）數(shù)量：1臺卸酸泵（1）數(shù)量：1臺（2）流量：15m3/h（3）壓力：0.15Mpa（4）功率：1.5KW（5）材質(zhì)：HDPE虹吸酸罐（1）數(shù)量：1臺（2）容積：10.0m3（3）尺寸2000 3200mm型號：數(shù)量：規(guī)格： 材料10Q=330m6. 中間水泵離心泵臺3/h ，P=0.50MPa（1） 泵殼： CS21電機(1) 功率：75 kW(3) 廠家：原裝制造商及產(chǎn)地：上泵集團7. 脫鹽水提升泵型號：離心泵數(shù)量：4臺規(guī)格：Q=330m3/h，材料(1)