Phương pháp tính toán thiết kế cột trao đổi ion trong xử lý nước

Phương pháp thống kê giám sát thiết kế cột trao đổi ion trong giải quyết và xử lý nước cung ứng thông tin giúp bạn giám sát lựa chọn hạt nhựa trao đổi ion, đo lường và thống kê thời hạn lọc và tái sinh để bảo vệ rằng một mạng lưới hệ thống trao đổi ion được thiết kế tiết kiệm ngân sách và chi phí và đạt được hiệu suất tốt nhất .
Khi thiết kế cột trao đổi ion trong giải quyết và xử lý nước cần chăm sóc xem xét đến thông số kỹ thuật cơ bản sau :

• Kết quả nghiên cứu và phân tích nước cấp

• Công suất của thiết bị

  Bạn đang đọc: Phương pháp tính toán thiết kế cột trao đổi ion trong xử lý nước

• Chiều dài chu kỳ luân hồi lọc
• Yêu cầu chất lượng nước sau giải quyết và xử lý
• Công nghệ tái sinh
• Kích thước cột
• Lựa chọn những loại nhựa .

Nguyên tắc thiết kế cột trao đổi ion trong giải quyết và xử lý nước này đa phần tập trung chuyên sâu vào thiết kế cột trao đổi ion trong mạng lưới hệ thống khử khoáng, nhưng hầu hết những nguyên tắc này hoàn toàn có thể vận dụng cho những quy trình trao đổi ion khác như : làm mềm nước, khử nitrat, …

Kết quả phân tích nước cấp

Tất cả những mạng lưới hệ thống trao đổi ion được thiết kế giải quyết và xử lý một loại nước cấp nhất định. Chính thế cho nên điều tiên phong cần làm là có hiệu quả nghiên cứu và phân tích nguồn nước cấp cần giải quyết và xử lý. Kết quả nghiên cứu và phân tích nước sẽ cung ứng thông tin để xác lập sự phối hợp nhựa trao đổi ion nào là thiết yếu. Thông thường tất cả chúng ta cần tập trung chuyên sâu chăm sóc đến những thành phần vô cơ hòa tan trong nước, đơn cử như :

• độ cứngCanxi và magie làtoàn phần TH
• Bicacbonate, cacbonate và hydroxit là tổng độ kiềm. Thông thường nước tự nhiên không chứa cacbonate hoặc hydroxide .
• Clorua, sunfat và niatrat là độ axit khoáng tương tự ( EMA ) còn được gọi là muối của axit mạnh ( SSA ) hoặc sau khi trao đổi cation, độ axit khoáng tự do ( FMA )
• độ kiềmđộ cứng tạm thờiKhi độ cứng lớn hơn ( tính bằng meq / l ), độ cứng bicacbonate được gọi là ( = TH-kiềm ) và độ cứng còn lại còn được gọi là độ cứng vĩnh cửu. Giá trị của độ cứng trong thời điểm tạm thời sau đó bằng với độ kiềm tính bằng meq / l
• Khi độ cứng nhỏ hơn độ kiềm ( tính bằng meq / l ) thì không có độ cứng vĩnh cửu và độ cứng trong thời điểm tạm thời bằng tổng độ cứng .

Tất cả nước tự nhiên đều cân đối ion tức là tổng số cation trong nước bằng tổng số anion .
Các ion khác thường Open dưới dạng dấu vết nhưng đôi khi không đáng kể hoàn toàn có thể được phối hợp với những yếu tố trên :

1. Bari và strontium là những sắt kẽm kim loại kiềm thổ và do đó thuộc về độ cứng
2. Để đo lường và thống kê với ứng dụng trao đổi ion bạn cũng hoàn toàn có thể thêm Fe2 +, niken Ni2 + và Cu2 + vào nhóm độ cứng
3. Amoni và kali được giải quyết và xử lý như natri
4. Lithium cũng phản ứng như natr
5. Phốt phát thuộc về EMA
6. Florua, bromide và iodde là halogenua hoạt động giải trí như clorua

Các loại nhựa tiêu chuẩn hoàn toàn có thể có ái lực kém so với 1 số ít những ion này ví dụ điển hình như Li và F. Ngoài ra những thành phần khác hoàn toàn có thể có trong nước như nhôm, asen, và nhiều sắt kẽm kim loại khác hoàn toàn có thể phức tạp và hoạt động giải trí như anion và nhiều lúc việc vô hiệu chúng rất khó khăn vất vả .
Cụ thể so với bari và strontium

• Độ hòa tan của barium sulphate chỉ là 2 mg / l thấp hơn hàng nghìn lần so với canxi sunfat .
• Ba và Sr không được vô hiệu tốt trên nhựa WAC ( nhựa trao đổi cation axit yếu ). Các loại nhựa này có ái lực với Ba và Sr thấp hơn so với Ca và Mg .
• hạt cationBa và Ra được vô hiệu rất tốt trên nhựa SAC ( mạnh ). Vì vậy tái sinh hoàn toàn có thể khó khăn vất vả .

Công suất của thiết bị

Điều quan trọng là phải biết liệu mạng lưới hệ thống sẽ hoat động ở vận tốc dòng không đổi hay đổi khác. Một số thiết kế cột trao đổi ion nhu yếu vận tốc dòng chảy tối thiểu. Nhìn chung không nên ngừng hoạt động giải trí và khởi động lại mạng lưới hệ thống, vì như vậy chất lượng nước được giải quyết và xử lý hoàn toàn có thể bị tác động ảnh hưởng sau khi dừng không theo quy trình tái sinh

Chiều dài chu kỳ lọc

Một chiều dài chu kỳ luân hồi ngắn là mong ước trong hầu hết những trường hợp. Giới hạn thực tiễn là quy trình sản xuất nên tối thiểu là quy trình tái sinh. Vì hầu hết những mạng lưới hệ thống trao đổi ion được tái tạo tự động hóa, thời hạn của quy trình sản xuất không phải là “ tối thiểu một ngày ” như quy luật tại thời gian đó ( nhiều thập kỷ trước ) khi ca sáng sẽ tái sinh bằng tay thủ công mỗi ngày vào lúc 7 giờ ‘ đồng hồ đeo tay. Các mạng lưới hệ thống hiệu suất cao đã được thiết kế với thời hạn chạy ngắn nhất là 3 giờ .
Bài viết : Tái sinh nhựa trao đổi ion là gì – Các giải pháp tái sinh nhựa trao đổi ion
Các số lượng giới hạn của thời hạn chạy cũng tương quan đến động học nhựa. Khi đọc bảng tài liệu loại sản phẩm nhựa trao đổi ion, thường thì bạn sẽ thấy vận tốc dòng chảy đơn cử trong giải quyết và xử lý nước phải nằm trong khoảng chừng từ 5 đến 50 thể tích giường mỗi giờ ( m 3 / h trên m 3 nhựa ). Ở vận tốc dòng chảy thấp hơn, phân phối thủy lực trong lớp nhựa hoàn toàn có thể kém, và ở vận tốc dòng chảy cao hơn, hiệu ứng động học hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng đến vận tốc trao đổi, dẫn đến cả hai trường hợp làm suy giảm chất lượng nước được giải quyết và xử lý .
Vì vậy, trong thực tiễn thời hạn chạy phải được chọn là một hàm của những tham số sau :

• Tốc độ dòng chảy đơn cử giữa 5 và 50 thể tích giường mỗi giờ ( BV / h ) .
• Các đơn vị chức năng giường hỗn hợp nên được thiết kế để hoạt động giải trí tối thiểu 12 đến 15 BV / h .
• Làm cho mạng lưới hệ thống càng nhỏ càng tốt vì nguyên do kinh tế tài chính ( góp vốn đầu tư thấp hơn vào phần cứng và nhựa ) .
• Đối với mạng lưới hệ thống giường đóng gói, bảo vệ rằng độ nén của giường tốt cả trong quá trình sản xuất ( ví dụ Amberpack TM ) và trong quy trình tái sinh ( ví dụ Upcore TM ) .

Với nước có độ mặn thấp, ví dụ khi nước cấp RO thấm tốt, thời hạn chạy hoàn toàn có thể là vài ngày. Chất đánh bóng giường hỗn hợp sau khi khử khoáng chính sẽ chạy trong vài tuần trước khi cần tái sinh .

Chất lượng nước sau xử lý

Trong trao đổi ion, chất lượng của nước được giải quyết và xử lý không phụ thuộc vào nhiều vào nghiên cứu và phân tích nước cấp. Các yếu tố tác động ảnh hưởng đến chất lượng nước được giải quyết và xử lý về cơ bản tương quan đến quy trình tái sinh .
Ở một mức độ nhỏ, nhiệt độ hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng đến sự rò rỉ silica dư trong nước được giải quyết và xử lý : ở nhiệt độ cao hơn khoảng chừng 50 ° C, silica phần nhiều không bị vô hiệu bởi những loại nhựa trao đổi anion cơ bản mạnh ( SBA ) .
Để đánh bóng những đơn vị chức năng MB, độ dẫn điện thường ở mức 0,1 0,1 S / cm và silica nhỏ hơn 10 Bayg / L. Các chất đánh bóng giường hỗn hợp được thiết kế và quản lý và vận hành tốt hoàn toàn có thể đạt được độ dẫn gần với nước tinh khiết ( 0,055 VERS / cm ) và silica trong khoanh vùng phạm vi đơngg / L, hoặc thấp hơn .

Công nghệ tái sinh

Ngoại trừ những đơn vị chức năng trao đổi ion rất nhỏ ( và để khử kiềm chỉ bằng nhựa WAC ), những xí nghiệp sản xuất phải luôn được thiết kế bằng cách sử dụng tái tạo dòng chảy ngược. Cột đặc biệt quan trọng có ích, vì chúng cung ứng một thiết kế nhỏ gọn và kinh tế tài chính, và chất lượng nước được giải quyết và xử lý rất tốt. Chúng thường có kích cỡ cho chu kỳ luân hồi tương đối ngắn .
Tuy nhiên, bạn nên quan tâm đến những điểm sau :
Amberpack TM và những cột giường nổi khác
Những cột có tải ngược dòng và tái tạo dòng chảy xuống. Tốc độ dòng dịch vụ phải đủ cao để giữ cho lớp nhựa được nén chặt. Đối với nhựa SAC, có khối lượng riêng cao nhất, vận tốc dòng tuyến tính phải gồm có từ 25 đến khoảng chừng 70 m / h ( ở khoảng chừng 20 ° C ). Các loại nhựa khác có khối lượng riêng thấp hơn và được nén ở vận tốc dòng chảy thấp hơn, tối thiểu là khoảng chừng 16 m / h .
Với tải dòng chảy xuống và tái tạo dòng chảy lên, vận tốc dòng tái sinh phải đủ cao để giữ cho lớp nhựa được nén chặt. Điều này đạt được bằng cách sử dụng những thủ pháp sau :

• Bước nén ngắn khởi đầu được thực thi với vận tốc khoảng chừng 30 m / h trước khi tiêm tái sinh
• Nồng độ tái sinh hoàn toàn có thể phải giảm để dung dịch axit hoàn toàn có thể được tiêm với vận tốc 7 m trở lên trong đơn vị chức năng SAC và dung dịch xút ở vận tốc hơn 5 m / h trong đơn vị chức năng trao đổi anion .
• Thời gian tiếp xúc của dung dịch tái sinh hoàn toàn có thể phải giảm .

Thời gian tiếp xúc ngắn và nồng độ tái sinh thấp hơn hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động đến hiệu suất cao tái sinh .

Kích thước cột trao đổi ion

Đối với một thể tích nhựa nhất định, thường rẻ hơn khi tạo một cột cao và hẹp thay vì một đơn vị chức năng rộng và ngắn. Không có số lượng giới hạn về độ cao, ngoại trừ việc giảm áp suất ở vận tốc dòng chảy tối đa không được vượt quá 100 đến 150 kPa ( 1 đến 1,5 bar ) ở vận tốc dòng chảy tối đa với nhựa sạch .
Khi chọn đường kính cột, những số lượng giới hạn của phần trước ( công nghệ tiên tiến tái sinh ) cũng cần được xem xét .

Lựa chọn nhựa trao đổi ion

Bạn sẽ phải tìm hiểu thêm thông số kỹ thuật từ nhà phân phối nhựa. Tuy nhiên, một vài khuyến nghị chung hoàn toàn có thể được đưa ra :

• làm mềm nướcNhựa Macropious thường không thiết yếu để khử khoáng hoặc
• Một ngoại lệ : toàn bộ những loại nhựa WBA styrenic đều là macropious
• Kích thước hạt đặc biệt quan trọng được nhu yếu tùy thuộc vào công nghệ tiên tiến thiết kế :
  • nhựa đồng phục hoặc bán đồng phục là thiết yếu cho giường đóng gói
  • những lớp đặc biệt quan trọng được nhu yếu cho những tầng phân tầng ( ví dụ : Stratabed TM hoặc Stratapack TM )
  • lớp đặc biệt quan trọng cũng được nhu yếu cho đánh bóng giường hỗn hợp
• Khi nước cấp có chất hữu cơ cao, nhựa acrylic anion là một lựa chọn tốt

Cách tính toán thiết kế cột trao đổi ion của hệ thống khử khoáng đơn giản

1. Kiểm tra phân tích nước (chi tiết ở trên)Kiểm tra ( chi tiết cụ thể ở trên )
2. Tính nồng độ cation C c [ meq / L ]
3. Quyết định về việc sử dụng một bộ khử .
   Nếu hàm lượng bicarbonate lớn hơn 0,6 đến 1 meq / L thì chất khử là hoàn toàn có thể được biện minh
4. Tính nồng độ anion C a [ meq / L ] : nó chứa

   Cl –, SO 4 =, NO 3 –, SiO 2, HCO 3 – hoặc CO 2 dư sau khi khử khí nếu có

   Xem thêm: Mua Bán Xe Máy Suzuki Cũ, Mới Giá Rẻ, Chính Chủ T6/2022 – https://dichvubachkhoa.vn

5. Quyết định về thời gian chạy hợp lý t tính theo giờ giữa các lần tái sinh

6. Sử dụng tốc độ dòng f trong m 3 / h tính toán thông lượng Q [m 3 ]:

   Q = f · t [ m 3 ]

7. Tính tải ion trên mỗi chu kỳ luân hồi tính bằng eq ( nồng độ tính theo thông lượng meq / L lần trong m 3 ) :
   • Tải cation [ eq ] = C c · Q
   • Tải anion [ eq ] = C a · Q
8. Hãy xem xét năng lực hoạt động giải trí gần đúng của những loại nhựa như sau :
   • SAC : cap c = 1.0 eq / L với tái sinh HCl hoặc
     SAC : nắp c = 0,8 eq / L với tái sinh H 2 SO 4
   • SBA : số lượng giới hạn a = 0,5 eq / L

9. Thể tích nhựa V cần thiết (tính bằng lít) bằng tải ion [eq] chia cho công suất vận hành [eq / L]:

   • SAC : V c = C c · Q. / nắp c [ L ]
   • SBA : V a = C a · Q. / cap a [ L ]
10. Khi kết thúc giám sát này, chúng tôi phải bảo vệ rằng vận tốc dòng chảy đơn cử của cả hai cột nhựa thích hợp với những khuyến nghị chung của đơn vị sản xuất nhựa. Tốc độ dòng chảy đơn cử tính bằng h1 ( thường được bộc lộ bằng thể tích giường mỗi giờ BV / h ) bằng với vận tốc dòng chảy trong m 3 / h chia cho thể tích nhựa tính bằng m 3. Phạm vi thường thì là 5 đến 50 h. Đối với một nhà máy sản xuất nhỏ gọn với ngân sách góp vốn đầu tư tối thiểu, hãy sử dụng vận tốc dòng chảy đơn cử trong khoảng chừng 30 đến 35 h .

    Nếu tốc độ dòng chảy cụ thể được tính từ khối lượng nhựa V c và V a quá cao, hãy tăng thời gian chạy t. Nếu chúng quá thấp, hãy giảm thời gian chạy t .

Tính toán này rõ ràng chỉ là gần đúng, vì chúng tôi đã lấy ở điểm 8 hiệu suất hoạt động giải trí ước tính cho cả hai loại nhựa, không tính đến một số ít thông số kỹ thuật, trong trong thực tiễn, ảnh hưởng tác động đến hiệu suất này : mức tái sinh, thành phần nước đúng chuẩn, nhiệt độ, điểm cuối được chọn, v.v. .
Hơn nữa, tải lượng ion bổ trợ gây ra bởi số lượng nước phụ trợ thiết yếu để pha loãng chất tái sinh và nhựa rửa chưa được tính đến. Tùy thuộc vào độ mặn của nước cấp, lượng nước thêm này hoàn toàn có thể làm tăng tải ion lên 2 đến 10 % .
Ngoài ra, việc giám sát những cặp nhựa WAC / SAC hoặc WBA / SBA không hề được triển khai bằng tay, vì nó nhu yếu tái diễn để tối ưu hóa ” vượt mức “ .

Ví dụ: Tính toán thiết kế cột trao đổi ion của hệ thống khử khoáng nước

Sử dụng những bước được miêu tả ở trên .

1. Phân tích nước [ meq / L ]

Cation			Anion
Ca	3.2		Cl	1.1
Mg	0,7		SO 4	0,6
Na	0,9		SỐ 3	0,2
			HCO 3	2.9
Cation	4,8		Anion	4,8
			Si 2	0,4

1. C c = 4,8 meq / L
2. HCO 3 = 2,9 meq / L – nên khử chất khử
   CO 2 dư sau khi khử khí = 0,25 meq / L
3. C a = 1,1 + 0,6 + 0,2 + 0,25 = 2,15 meq / L

4. Chọn thời gian chạy t = 12 h

5. Tốc độ dòng chảy 60 m 3 / h
   Thông lượng 60 · 12 = 720 m 3
6. Tải ion
   • Tải cation [ eq ] = 4,8 · 720 = 3456 eq
   • Tải anion [ eq ] = 2,15 · 720 = 1548 eq
7. Năng lực quản lý
   • Tái sinh cation bằng HCl : cap c = 1.0 eq / L
   • Tái sinh anion bằng NaOH : cap a = 0,5 eq / L
8. Khối lượng nhựa
   • SAC : V c = 3456 / 1.0 = 3456 L
   • SBA : V a = 1548 / 0,5 = 3096 L
9. Tốc độ dòng chảy đơn cử
   • SAC : 60 / 3.456 = 16.9 h Đê1
   • SBA : 60 / 3.096 = 19,4 h Đê1

Các giá trị vận tốc dòng chảy đơn cử là OK, nhưng người ta hoàn toàn có thể giảm thời hạn chạy xuống còn 8 giờ để làm cho xí nghiệp sản xuất nhỏ hơn. Dữ liệu mới sau đó sẽ là :

1. • Thông lượng 60 · 8 = 480 m 3
   • Tải cation [ eq ] = 4,8 · 480 = 2304
   • Tải anion [ eq ] = 2,15 · 480 = 1032 eq
   • Thể tích SAC : V c = 2304 / 1.0 = 2304 L
   • Thể tích SBA : V a = 1032 / 0,5 = 2064 L
   • Tốc độ dòng SAC : 60 / 2.304 = 26.0 h
   • Tốc độ dòng SBA : 60 / 2.064 = 29.1 h .

Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống khử khoáng sẽ bao gồm ít nhất 2 cột hoạt động luân phiên, với khả năng tự động phục hồi, vì vậy thời gian chạy ngắn hơn là một lợi thế.

Chúng tôi đã giả sử trong ví dụ của chúng tôi ( xem hình trên ) rằng những colums được tái sinh ở chính sách Amberpack, điều này sẽ bảo vệ chất lượng nước được giải quyết và xử lý rất tốt, với độ dẫn điện nhỏ hơn 1 1S / cm và ít hơn 10 silicag / L dư .

Các bài viết hay về trao đổi ion

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Mua Bán Đồ Cũ