超滤膜液体通量与清洗周期设计计算书

超滤膜液体通量与清洗周期设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、基础设计参数输入,,,,,,,,,

1,设计进水流量,Q_f,设计值,用户输入,m³/h,100.00,超滤系统设计处理规模,HJ579-2010第5.1.2条,市政给水典型取值50-500m³/h

2,设计产水流量,Q_p,设计值,用户输入,m³/h,90.00,要求的超滤产水流量,HJ579-2010第5.1.3条,应考虑反洗自用水量

3,设计最低水温,T,设计值,用户输入,℃,15.00,冬季最不利运行水温,HJ579-2010第5.2.1条,北方地区可低至4-5℃

4,参考基准温度,T0,设计值,用户输入,℃,25.00,膜性能标称温度,HY/T112-2008,行业通用基准温度

5,单支膜组件有效面积,A_single,设计值,用户输入,m²,70.00,膜组件厂家标称有效面积,HY/T062-2002,中空纤维膜40-80m²/支

6,25℃基准设计通量,J0,设计值,用户输入,L/(m²·h),50.00,单位膜面积小时产水量,HJ579-2010第5.2.2条,地表水40-60LMH

7,初始跨膜压差,TMP0,设计值,用户输入,MPa,0.06,新膜或清洗后初始TMP,膜厂家技术手册,典型0.05-0.08MPa

8,最大允许跨膜压差,TMP_max,设计值,用户输入,MPa,0.15,化学清洗TMP阈值,HJ579-2010第6.1.5条,通常为初始值2-2.5倍

9,最大允许通量衰减率,dJ_max,设计值,用户输入,%,30.00,通量衰减清洗阈值,膜厂家运行指南,典型20%-30%

10,膜面积安全系数,K,设计值,用户输入,无量纲,1.15,污染老化余量系数,膜系统设计规范,典型1.1-1.2

二、温度校正系数计算,,,,,,,,,

11,设计温度水的黏度,μ,计算值,μ=1.7782-0.0575T+0.0011T²-0.00001T³,mPa·s,1.13,水的黏温经验公式计算,水的黏温特性公式,15℃约1.14mPa·s

12,基准温度水的黏度,μ0,计算值,μ0=1.7782-0.0575T0+0.0011T0²-0.00001T0³,mPa·s,0.87,25℃基准温度下黏度,水的黏温特性公式,25℃约0.89mPa·s

13,温度校正系数,TCF,计算值,TCF=μ/μ0,无量纲,1.30,水温对通量的校正系数,ASTMD6908标准,低温下TCF小于1

14,设计温度实际通量,J_T,计算值,J_T=J0*TCF,L/(m²·h),64.77,最低水温下实际通量,HJ579-2010附录A,冬季低温通量降低

15,运行通量合理性判定,,判断值,J_T≥30LMH判定为满足,,满足,最低水温通量应≥30LMH,膜工程设计导则,保证运行经济性

三、膜面积与组件数量计算,,,,,,,,,

16,理论所需膜面积,A_calc,计算值,A_calc=Q_p*1000/J_T,m²,1389.62,最低水温下所需膜面积,HJ579-2010第5.2.3条,1000为m³转L系数

17,设计选用膜面积,A_act,计算值,A_act=A_calc*K,m²,1598.07,计入安全系数的面积,给排水设计手册,保证长期运行要求

18,所需膜组件数量,n,计算值,"n=CEILING(A_act/A_single,1)",支,23.00,向上取整组件支数,工程设计惯例,必须为整数

19,实际总膜面积,A_total,计算值,A_total=n*A_single,m²,1610.00,实际配置总有效面积,厂家参数表,用于后续参数复核

20,实际运行瞬时通量,J_act,计算值,J_act=Q_p*1000/A_total,L/(m²·h),55.90,正常产水时单位面积通量,GB/TXXXXX-XXXX第5.2条,反映实时产水能力

四、跨膜压差计算,,,,,,,,,

21,进水侧压力,P_f,设计值,用户输入,MPa,0.20,膜组件进口压力读数,运行监测数据,典型0.1-0.3MPa

22,浓水侧压力,P_c,设计值,用户输入,MPa,0.16,膜组件浓水出口压力,运行监测数据,错流时存在压损

23,产水侧压力,P_p,设计值,用户输入,MPa,0.02,产水出口压力读数,运行监测数据,通常接近大气压

24,实际运行跨膜压差,TMP,计算值,TMP=(P_f+P_c)/2-P_p,MPa,0.16,膜两侧平均压力差,HY/T050-1999,TMP升高表明污染加重

25,跨膜压差上升值,ΔTMP,计算值,ΔTMP=TMP-TMP0,MPa,0.10,与初始状态压差差值,运行维护规程,判定污染程度

26,实际温度水黏度,μ_T,计算值,μ_T=μ*0.001,Pa·s,0.00,转换为Pa·s国际单位,流体力学公式,1mPa·s=0.001Pa·s

五、系统回收率与产水量计算,,,,,,,,,

27,物理反洗周期,T_bw,设计值,用户输入,min,40.00,两次反洗间隔产水时间,运行规程,地表水30-60min

28,单次反洗时长,t_bw,设计值,用户输入,s,30.00,每次水反洗持续时间,厂家运行手册,典型20-60s

29,单次气洗时长,t_air,设计值,用户输入,s,30.00,每次气擦洗持续时间,厂家运行手册,与水反洗联合进行

30,单次正冲时长,t_rinse,设计值,用户输入,s,40.00,反洗后正冲排水时间,厂家运行手册,排出反洗污染物

31,单周期有效产水时间,t_p,s,t_p=T_bw*60-t_bw-t_air-t_rinse,s,2300.00,扣除辅助步骤的产水时间,运行步序设计,非产水时间需扣除

32,反洗通量,J_bw,设计值,用户输入,L/(m²·h),100.00,反洗时反向水通量,HJ579-2010第5.3.1条,80-120LMH

33,反洗水泵流量,Q_bw,计算值,Q_bw=A_total*J_bw/1000,m³/h,161.00,反洗泵设计流量,膜系统设计规范,用于反洗泵选型

34,每日理论产水量,Q_d,m³/d,Q_d=Q_p*(t_p/60/T_bw)*24,m³/d,2070.00,折算日产水量,给排水设计手册,已扣反洗时间

35,每日反洗耗水量,Q_bw_d,m³/d,Q_bw_d=Q_bw*(t_bw/3600)*(24*60/T_bw),m³/d,48.30,每日反洗总耗水量,水耗计算,属于系统自用水

36,每日净产水量,Q_net_d,m³/d,Q_net_d=Q_d-Q_bw_d,m³/d,2021.70,扣除自用水外供水量,工程经济核算,用于产水能力验收

37,净回收率,Y_net,%,Y_net=(Q_p*t_p-Q_bw*t_bw)/(Q_f*(t_p+t_rinse))*100,%,86.40,实际水回收率,HJ579-2010第5.1.4条,应≥85%

38,净产水通量,J_net,L/(m²·h),J_net=Q_net_d/24*1000/A_total,L/(m²·h),52.32,单位面积净产水能力,系统性能评价,经济性核心指标

39,净回收率合规性判定,,判断值,Y_net≥85%判定为满足,%,满足,系统净回收率应≥85%,GB/T20103-2006,回收率过低浪费水资源

六、气洗系统参数计算,,,,,,,,,

40,单支膜气洗风量,q_air,设计值,用户输入,Nm³/h,6.00,单支膜气擦洗空气流量,膜厂家技术手册,4-10Nm³/h·支

41,气洗总风量,Q_air,计算值,Q_air=n*q_air/60,Nm³/min,2.30,气洗所需总压缩空气量,HJ579-2010第5.3.2条,用于空压机选型

42,每日气洗总耗气量,V_air_d,Nm³/d,V_air_d=Q_air*t_air/60*(24*60/T_bw),Nm³/d,41.40,每日气洗总耗气量,气动系统设计,能耗核算用

七、化学加强反洗（CEB）计算,,,,,,,,,

43,CEB周期,N_ceb,设计值,用户输入,次/个,12.00,每N次反洗后一次CEB,膜厂家运行指南,6-24次对应8-16小时

44,CEB次氯酸钠浓度,c_naocl,设计值,用户输入,mg/L,200.00,CEB有效氯浓度,膜清洗技术规范,100-500mg/L

45,次氯酸钠原液浓度,C_naocl,设计值,用户输入,%,10.00,商品次氯酸钠浓度,工业产品标准,常用10%浓度

46,单次CEB药液体积,V_ceb,计算值,V_ceb=Q_bw*t_bw/3600,m³,1.34,单次CEB配药体积,清洗系统设计,与反洗水量相当

47,每日CEB次数,n_ceb_d,计算值,n_ceb_d=24*60/T_bw/N_ceb,次/d,3.00,每日CEB次数,运行规程,根据水质调整频率

48,单次CEB次氯酸钠消耗,V_naocl_1,L,V_naocl_1=V_ceb*c_naocl/1000/C_naocl*100,L,2.68,单次消耗10%原液体积,药剂配比计算,浓度转换除以10000

49,每日次氯酸钠消耗量,V_naocl_d,L/d,V_naocl_d=n_ceb_d*V_naocl_1/2,L/d,4.03,按酸碱各半估算日耗,药剂消耗统计,碱洗频率通常更高

50,年次氯酸钠消耗量,V_naocl_y,m³/年,V_naocl_y=V_naocl_d*365/1000,m³/年,1.47,年消耗总量,运行成本核算,用于运维预算

八、化学清洗（CIP）系统计算,,,,,,,,,

51,单支膜CIP流量,q_cip,设计值,用户输入,m³/h,1.50,单支膜清洗循环流量,膜厂家清洗手册,1.0-2.0m³/h·支

52,单支膜柱容积,v_module,设计值,用户输入,L/支,35.00,单支膜内部水容积,厂家参数表,70m²膜约30-40L

53,清洗管道长度,l_pipe,设计值,用户输入,m,20.00,CIP管路总长度,安装图纸,按实际距离确定

54,清洗管管径,D_pipe,设计值,用户输入,m,0.10,CIP主管内径,管径选型,通常DN80-DN150

55,CIP水箱富余系数,α,设计值,用户输入,无量纲,1.30,循环余量系数,膜系统设计规范,典型1.2-1.5

56,CIP碱洗次氯酸钠浓度,c_cip_naocl,设计值,用户输入,mg/L,5000.00,CIP碱洗有效氯浓度,膜清洗指南,3000-10000mg/L

57,CIP清洗泵总流量,Q_cip,计算值,Q_cip=n*q_cip,m³/h,34.50,清洗循环泵总流量,HJ579-2010第6.2.3条,泵扬程约30m

58,清洗管道容积,V_pipe,计算值,V_pipe=l_pipe*PI()*D_pipe²/4,m³,0.16,循环管道容积,管道容积公式,π取3.1416

59,膜组件总水容积,V_module,m³,V_module=n*v_module/1000,m³,0.81,膜组件总水容积,组件参数表,1m³=1000L

60,清洗系统总容积,V_cip_total,m³,V_cip_total=V_module+V_pipe,m³,0.96,膜+管道总容积,CIP系统设计,水箱容积计算基础

61,CIP水箱设计容积,V_tank,m³,V_tank=V_cip_total*α,m³,1.25,水箱选型容积,膜系统设计规范,选标准规格水箱

62,单次CIP次氯酸钠消耗,V_cip_naocl,L,V_cip_naocl=V_cip_total*c_cip_naocl/1000/C_naocl*100,L,48.10,单次碱洗消耗原液体积,药剂配比计算,根据污染调整浓度

九、通量衰减与污染速率计算,,,,,,,,,

63,距上次CIP运行天数,t_run,设计值,用户输入,d,60.00,上次清洗后运行天数,维护记录,用于计算污染速率

64,当前标准化通量,J_now,设计值,用户输入,L/(m²·h),38.00,温度校正后当前通量,运行监测,折算到25℃比较

65,上次CIP后初始通量,J_clean,设计值,用户输入,L/(m²·h),48.00,清洗后初始标准化通量,清洗验收记录,作为衰减基准

66,通量衰减率,dJ,%,dJ=(1-J_now/J_clean)*100,%,20.83,通量下降百分比,膜污染评价方法,>30%需化学清洗

67,平均日污染速率,k_f,%/d,k_f=dJ/t_run,%/d,0.35,日均通量衰减速率,污染趋势分析,预测下次清洗时间

68,通量触发剩余天数,t_remain,d,t_remain=(dJ_max-dJ)/k_f,d,26.40,到通量阈值剩余天数,预测性维护算法,提前安排清洗计划

69,TMP日上升速率,k_tmp,MPa/d,k_tmp=ΔTMP/t_run,MPa/d,0.00,日均TMP上升值,污染趋势分析,加速上升表明不可逆污染

70,TMP触发剩余天数,t_tmp_remain,d,t_tmp_remain=(TMP_max-TMP)/k_tmp,d,-6.00,到TMP阈值剩余天数,预测性维护算法,与通量预测取先到值

十、清洗周期综合判定,,,,,,,,,

71,常规固定CIP最长周期,t_fixed,设计值,用户输入,d,90.00,最大清洗间隔天数,膜厂家推荐值,通常1-6个月

72,通量衰减触发判定,,判断值,dJ≥dJ_max判定触发,,未触发,通量阈值触发清洗,运行维护规程,三项核心条件之一

73,跨膜压差触发判定,,判断值,TMP≥TMP_max判定触发,,触发,TMP阈值触发清洗,运行维护规程,三项核心条件之一

74,运行时间触发判定,,判断值,t_run≥t_fixed判定触发,,未触发,最长周期触发清洗,预防性维护要求,避免不可逆污染

75,CIP清洗综合判定,,判断值,任一条件触发即立即清洗,,立即清洗,综合判定清洗时机,膜系统最佳实践,避免单一指标误判

76,实际预测CIP周期,t_cip_actual,d,"t_cip_actual=MIN(t_remain,t_tmp_remain,t_fixed)",d,-6.00,三项预测最小值为周期,预测性维护决策,安排调度和物资准备

77,预计年CIP次数,n_cip_annual,次/年,n_cip_annual=365/t_cip_actual,次/年,-60.83,年清洗次数,运维计划编制,水质好2-4次/年

十一、合规性综合判定,,,,,,,,,

78,跨膜压差合规性判定,,判断值,TMP≤TMP_max判定满足,MPa,不满足,TMP不超最大值,HJ579-2010第6.1.5条,超压致膜丝损伤

79,反洗强度合规性判定,,判断值,J_bw80