离子交换设计计算书讲解

1、混合离子交换器详细设计计算书宜兴市华电环保设备有限公司1 工艺流程的设计由于原水水质较好， 水中 TDS含量较低。 因此，本项目推荐选用传统的成熟 工艺离子交换器作为系统的主脱盐设备； 系统初期投资成本低、 易于实现自动化。 离子交换器采用双床浮动床工艺， 它具有处理水量大、 占地面积小、 交换容量高 等优点。根据计算，一级阳阴离子脱盐后的产水尚未达到生产工艺用水的要求， 所以， 在一级除盐装置之后， 设置混合离子交换器， 其出水水质完全满足设备采购方出 水要求。为保证关键设备离子交换器的长期可靠稳定运行， 则必须设置符合水质特点 的预处理系统，满足离子交换器进水指标： SS3mg/L。2 工

2、艺流程总述2.1 工艺流程： 由净化水场来的原水经过水处理系统后到达超高压锅炉给水的要求后， 通过 管 道送到除氧水站供超高压和高压锅炉使用。原水由全厂新鲜水管网送入除盐水站后， 部分去凝结水换热后进生水罐， 生 水 经新鲜水泵加压后，先经过滤器后进入阳离子交换器，因原水中 HCO3- 含量为 20-42.1mg/L ，为减少后级阴离子交换器的负荷，经过除 CO2 器除去 重碳酸 根后，由中间水泵经阴离子交换器和混合离子交换器后，去除盐水罐， 最后由 除盐水泵加压进除盐水管网供各用户使用。主体设备为单元式运行排 列，同时 也考虑母管式的连接组合。为了减少设备的台数、减少再生次数和酸 碱耗量，

3、增加运行时间。工艺如下：（原水箱）原水泵多介质过滤器阳离子交换器脱塔碳中间水箱阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱除盐水泵使用点2.2 为了保证除盐水系统供应的可靠性，选择了五个系列；正常情况下，三个系 列运行, 一个系列再生，一个系列备用。其中设备包括：10台 150吨/小时的纤维球过滤器(? 2600mm)，5套 300吨/小时阳离子交换 器( ?3000mm)，5套 300吨/小时阴离子交换器 ( ?3000mm)，5套 300吨/小时混合离 子交换器 ( ?2800mm)及其它辅助设备等组成。2.3 本套水处理设备的原水水质按提供的水质报告设计， 而最终制出 900 吨/ 小时 除盐水。

4、设计进水水质及出水水质1 进水水质1.1 除盐水物流特性本项目的原水来自于菱溪水库，其水质 ( 供参考 ) 为：分析项目单位分析结果PH值6.987.58SO42-mg/L1.83.51CL-mg/L2.8714.85NO3-mg/L0.421.28CO32-mg/L0HCO3-mg/L2042.1游离 CO2mg/L1.013.02硅酸根( SiO2 计)mg/L12.4814.48Ca2+mg N/L0.060.09Mg2+mg N/L0.090.17总铁mg N/L0.0150.14总硬度mg N/L0.130.253溶解氧mg/L6.3713浑浊度度0.44.0电导率s/cm824总悬

5、浮固体mg/L578总溶解固体mg/L44432经净化水场后的水质指标分析项目单位分析结果PH值7.99SO42-mg/L3.44CL-mg/L3.88NO3-mg/L1.25CO32-mg/L0HCO3-Mmol/L0.342游离 CO2mg/L-硅酸根（ SiO2 计）mg/L0.371/2 Ca2+mmol/L0.2061/2 Mg2+mmol/L0.104总铁mg/L-总硬度Mmol/L0.31溶解氧mg/L-浑浊度度-电导率s/cm-总悬浮固体mg/L-总溶解固体mg/L-1.2 出水水质PH(25)6 74硬度 mol/L0电导率s/cm (25 C)0.2铁 g/L 20铜 g/

6、L3SiO22- g/L 202 处理水量处理水量为： 900m3/h设备选型计算一、混床处理水量为： 900m3/h ，考虑系统自用水量 10%，混床处理能力为 990 m3/h ，采用多孔强碱 I 型 2017阴树脂和 0017阳树脂，混合树脂的单位周期制水量取 336000m/m ,1. 混床总面积FQ/U=990/48=18.75 （U 取 48m/h）2. 混床计算台数n=F/0.785d 2=18.75/0.785 2.8 2=3台（ 2800mm）一台再生一台备用，共 5 台3. 实际正常运行流速单台混床处理量为 930/3 330m3/hUQ/F=4330/（3.14 2.8

7、2）=53.62m/h4. 树脂高度计算阳树脂体积 Vc /4 D2h 阳阴树脂体积 Va/4 D2h 阴混床运行周期选取为 5天合 120小时T=6000（V阳+ V 阴） /Q=6000 /4 D2 （h 阳+h阴） /330=120Hc:h a取 1：2Hc353mm ha706mm阳树脂高取 360mm阴, 树脂高取 720mm5. 阳树脂再生一次耗用 30%盐酸量Bc1=Vcbc/30%=2.2275/30%=523.6Kg/次6. 阳树脂再生一次耗用 30%盐酸体积Vc1=Bc1/r c1=524.6/1.149=455.7L/ 次7. 盐酸计量槽的容积Vc2=1.2Vc1=1.2

8、 455.7=546.8L8. 稀释至 5%盐酸溶液的体积Vc3=Vc*bc/5%*r c2=3070.5L/ 次9. 阳树脂再生一次释用除水用量Vc4=Vc3-Vc1=3070.5-455.7=2614.8L/ 次10.30%盐酸的平均月耗量Bc2=3024*Bc1/T=30 24523.6/120=3141.7Kg/ 月11.30%盐酸的平均年耗用量Bc3=12*Bc1=37699/年=37.7 吨/ 年12. 阴树脂再生一次耗用 30%NaOH量Ba1= Va*b a/30%=4.43*70/30%=916Kg/次13. 阴树脂再生一次耗用 30%NaOH体积Va1= Ba1/r a1=

9、916/1.328=735.9L14. NaOH计量槽的容积Va2= Va11.2=735.9 1.2=885L15. 稀释至 4%NaOH溶液的体积Va3= Vaba/4%ra2=3.926 70/4%*1.043=6587.2L16. 阴树脂再生一次稀释用除盐水量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 吨/ 年19. 离子交换器酸废水排放量G1 =V*E(N-N1)*10 -3=

10、2.154550(150-36.5) 10-3=134.5Kg/周期20. 离子交换器碱废水排放量G2=V*E(N-N1)*10-3=4.038250(250-40) 10-3=212Kg/周期21. 废碱液中能被废酸液中和的部分的酸量G3=GN1140=1343.65.540=147.4Kg/周期22. 剩余碱量G4= G2- G 3=212-147.4=64.6Kg/ 周期23. 中和后碱性废水排放量Q=V1+V2+V3+V4 =23.08+3.16+3.16+92.32=121.7m 23. 碱性废水浓度A1=G 4 = 64.6 =0.518g/lQ 124.724. 排放碱性废水 P

11、H值PH14-lg A1 =14- lg 0.518 =12.1140 4025. 体外管系接口规范 进、出水口管径计算Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330 D=242mm 取 250mm 反洗进水、排水管管径计算Q10/4 2.8 2=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2 D=121mm 取 150mm 进碱管管径计算2 2 2 Q5/42.82=u*/4D2=1.536003.14/4 D2D=85mm 取 100mm进水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0MPa中间排水管：DN100, PN1.0MPa反洗进水管：DN150，P

12、N1.0MPa反洗排水管：DN150，PN1.0MPa正洗排水管：DN100，PN1.0MPa进气管：DN65，PN1.0MPa排气管：DN40，PN1.0MPa进碱管：DN100，PN1.0MPa进酸管：DN100，PN1.0MPa26. 筒体高度计算(1+50%)/80%=2.05m反洗膨胀率 50%，直筒高度 h=(0.36+0.72)二、阴双室双层浮动床阴双室双层浮动床直径取 3000，采用 D301 弱碱阳离子交换树脂和 2017 强碱阳离子交换树脂 , 运行周期取 120h。1. 弱碱阴树脂量计算Va1=S1 Q T k1= 0. 199 330 120 1.20=11.138m3

13、E1 850Va1/4 D 2 3Va2/4Dh 弱碱3.14/4*3 * h 弱碱=9.372mh 弱酸 =1.309m取 1300mm3. 阴床再生用碱量G2=(Va1*E1+Va2*E2)*q*10 -3=(11.138 850+9.372400) 6010-3 h 弱碱 3.14/4*3 2* h 弱碱 =11.138m3h 弱酸 =1.568m取 1600mm2. 强碱阴树脂量计算Va2=S2 Q Tk2=E20.086 330 12040031.10=9.372m3=793Kg30%NaO一H 次投加体积G2 793 3V2= =1.99m1000*C2* r2 1000 30%

14、1.3284%NaO一H 次投加体积G2 793 3V2= =19.25m1000*C2* r2 1000 4% 1.0434. 每周期碱排放量计算G2=V*E(N-N1)*10 -3=(10.125 850+8.52 400)(65-40) 10-3=300.4Kg5. 碱性废水排放体积Q 1= V2+V3+V4 =17.5+38.86+37.28=93.6m 36. 体外管系接口规范Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 取 250mm 反洗进水、排水管管径计算Q10/432=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=129mm 取 150mm 进

15、碱管管径计算Q5/4 32=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=91mm 取 100mm进水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0Mpa再生液进水管：DN100，PN1.0Mpa再生液出水管：DN100，PN1.0Mpa排水管：DN200，PN1.0Mpa正洗进水管：DN100，PN1.0Mpa正洗出水管：DN150，PN1.0Mpa排气管：DN40，PN1.0Mpa上部进树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部进树脂口：DN100，PN1.0Mpa上部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa筒体高度计算反洗膨胀

16、率 50%，直筒高度h=(1.3+1.6)(1+50%)/90%=4.83m三、阳双室双层浮动床0017阳双室双层浮动床直径取 3000，采用 D113-弱酸离子交换树脂和 强酸阳离子交换树脂 , 运行周期取 120h。1. 弱酸阳树脂量计算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. 强酸阳树脂量计算Vc2=S2 Qk1=E1(0.31 0.19) 330 120100031.20=5.71m3Vc2 /4 D h 强酸3.1

17、4/4*3 * h 弱酸=5.71mH 强酸=0.81m取 850mm3. 阳床再生用酸量 (HCl)G1=(Vc1*E1+Vc2*E2)*q*10-3=(4.81 1800+5.711000) 5010-3=718.4Kg30%HCl一次投加体积V2=G2= 718.4=2.09m31000*C2* r21000 30% 1.1494%NaO一H 次投加体积V2=G2= 718.4=17.56m31000*C2* r21000 4% 1.0234. 离子交换器酸废水排放量10G2 =V*E(N-N1)*10 -3=(4.93 1800+5.611000)(50-36.5) 10-3 =195

18、Kg/周期5. 酸性废水排放体积Q 2=V1+V2+V3+V4 =11.8+17.7+42.39+19.12=91.1m 36. 剩余碱量195 40G4= 300- 195 40 =300-213.7=86.3Kg/ 周期36.57. 中和后碱性废水排放量Q=Q1+Q2=93.6+91.1=184.7m38. 碱性废水浓度G 4 86.3A2= 4 = =0.467g/lQ 184.79. 排放碱性废水 PH值PH 14-lg A1 =14-lg 0.467 =12.0740 4010. 体外管系接口规范Qu* /4 D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 取 250mm

19、反洗进水、排水管管径计算Q10/432=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=129mm 取 150mm 进碱管管径计算Q5/4 32=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2D=91mm 取 100mm进水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250, PN1.0Mpa再生液进水管：DN100，PN1.0Mpa再生液出水管：DN100，PN1.0Mpa排出管：DN200，PN1.0Mpa11正洗进水管：DN100，PN1.0Mpa正洗出水管：DN150，PN1.0Mpa排气管：DN40，PN1.0Mpa上部进树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部进树脂口：DN1

20、00，PN1.0Mpa上部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa11. 筒体高度计算反洗膨胀率 50%，直筒高度 h=(0.7+0.85)(1+50%)/90%=2.60m四、纤维球过滤器型 号：WQJ-2800过滤器直径：2800mm过滤器高度：4106mm过滤面积：6.154m2处理能力：165m3/h滤 速：30m/h进水压力：0.6Mpa过滤器阻力损失：0.10Mpa反洗压力：0.2Mpa反洗强度：36 m3/m2.h反洗水泵流量：3.221m3/ .h扬程:32m功率:30Kw反洗器阻力损失：0.15Mpa反洗历时：20-30min123/m

21、2.h10mg/L 0.2mm 纤维球 30mm900mm台气洗强度： 150 m 滤后水质：SS ：粒径：滤料：电机功率： 22KW 桨叶直径：数量： 10 反洗水泵流量计算反洗强度为 36m3/ m 3h35mQ363.14 1.4 2=221m3/h 反洗水泵扬程：体外管系接口规范进、出水口管径计算Qu*/4D2=236003.14 D2/4=165D=185mm 取 200mm反洗进水、排水管管径计算Q=u*/4 D2=1.536003.14/4 D2=363.14/4 3.2D=169mm取 200mm（1）过滤进水、反洗出水管： DN200，PN1.0MPa（2）过滤出水、反洗进水

22、管： DN200, PN1.0MPa（3）排气管：DN40， PN1.0MPa（4）溢流管：DN15， PN1.0MPa五、脱气塔 中间水箱和脱气塔为一体化布置，脱气塔置于中间水箱上1. 脱气塔的横截面积13Q 330=6.6m2q 502. 脱气塔的直径D=1.13 f =1.13 6.6 =1.13 2.45=2.77m取脱气塔直径 2.8m3. 脱气塔填料表面积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. 鼓风机选择计算L1.1*g*Q*K*K 1*K2273 51.1 2033011.627311968m3

24、/h6. 风机的风压14P1.2* (A*H h)*K* K11.2 (2941.8+392) 1273 1125Pa7. 体外管系接口规范 进、出水口管径计算Qu*/4D2=236003.14 D2/4=330D=242mm 进口取 250mm 出口取 300mm8. 配套风机数量：5台型号：CQ20-J风量：Q=9612-14418m3/h风压：H=1.96KPa电源电压：380 V电机功率：P=15kW转速：2900r/min生产厂家：湖北鼓风机有限公司7. 中间水箱型式：方形数量 ：5台容积：100m3外形尺寸：L4500mmB4500mmH5000mm六、树脂清洗罐阳树脂清洗罐设备规

25、范及数量：?3000mm 1 台15设备直径 （外径、壁厚）：3024mm、12mm上. 、下封头厚度 14 mm 。设计压力：0.6MPa试验压力：0.75MPa工作温度：最低： 5 最高： 60设备高度（1）树脂层高 1600 mm。（2）膨胀高度 1600mm。（3）器体高度（不包括支腿 ） 5550 mm。（4）总高度 6200mm包（ 括支腿 ）。 阴树脂清洗罐设备规范及数量： ?3000mm 1 台设备直径（外径、壁厚 ）： 3024 mm 、12mm上. 、下封头厚度 14 mm 设计压力：0.6MPa试验压力：0.75MPa工作温度：最低： 5 最高： 60设备高度（1）树脂层

26、高 1000 mm。（2）膨胀高度 1000mm。（3）器体高度（不包括支腿 ） 4730 mm。（4）总高度 5380mm包（ 括支腿 ）。七、其它1. 原水箱圆形型式：16数量：容积：直径：高度：2台500m 38000mmH=10700mm2. 脱盐水箱数量：2台容积：500m3直径： 10000mm高度：H=6400mm3. 酸碱再生系统2 套，混床一套，阳、阴床一套贮存罐装置酸贮存罐（1）数量：2台（2）容积：50m3（3）尺寸和壁厚尺寸：30247805mm直筒壁厚：12 mm封头厚度：14 mm（4）体外管系接口规范进水管：DN50，PN1.0MPa进液管：DN150, PN1.

27、0MPa型式：圆形17出液管：DN80, PN1.0MPa备用管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN50， PN1.0MPa排气管：DN80， PN1.0MPa人孔：数量： 2，规格 500碱液贮存罐1)数量：2台2)容积：50m33)直径和壁厚直径：30247805mm直筒壁厚：12 mm。封头厚度：14 mm。4)体外管系接口规范进水管：DN50，PN1.0MPa进液管：DN150, PN1.0MPa出液管：DN80, PN1.0MPa备用管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN50，PN1.0MPa排气管：DN80，PN1.0MPa人孔：数量： 2 ，规格： 500计量装置酸计

28、量箱181）数量：1台2）容积：4.0m33）尺寸尺寸：16122340mm壁厚：8 mm（4）体外管系接口规范进水管：DN32，PN1.0MPa进液管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN32，PN1.0MPa排气管：DN25，PN1.0MPa出液管：DN32, PN1.0MPa碱计量箱（1）数量：1台（2）容积：4.0m3（3）尺寸直径：16122340mm壁厚：8 mm（4）体外管系接口规范进水管：DN32，PN1.0MPa进液管：DN50, PN1.0MPa排污管：DN32，PN1.0MPa排气管：DN25，PN1.0MPa出液管：DN32，PN1.0MPa19酸雾吸收器（1）数量

29、：1台（2）设计压力：0.1MPa（3）设计温度：50（4）直径：500mm（5）壳体材料 / 厚度：Q235A/6mm（6）设备高度：1100mm（7）填料名称/ 高度：塑料多面空心球 /500mm（8）填料直径：50mm喷射器阳床喷射器（1）流量：40m3/h（2）再生液出口压力：0.2MPa（3）材质：PTFE（4）数量：1台阴床喷射器（1）流量：40m3/h（2）再生液出口压力：0.2MPa（3）材质：Q235A（4）数量：1台混床酸喷射器（1）流量：35m3/h（2）再生液出口压力：0.2MPa20（3）材质：PTFE（4）数量：1台混床碱喷射器（1）流量：35m3/h（2）再生液出口压力：0.2MPa（3）材质：Q235A（4）数量：1台卸酸泵（1）数量：1台（2）流量：15m3/h（3）压力：0.15Mpa（4）功率：1.5KW（5）材质：HDPE虹吸酸罐（1）数量：1台（2）容积：10.0m3（3）尺寸2000 3200mm型号：数量：规格： 材料10Q=330m6. 中间水泵离心泵台3/h ，P=0.50MPa（1） 泵壳： CS21电机(1) 功率：75 kW(3) 厂家：原装制造商及产地：上泵集团7. 脱盐水提升泵型号：离心泵数量：4台规格：Q=330m3/h，材料(1)