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离子交换设计计算书

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：

SS<3mg/L。

2工艺流程总述

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，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（Ø2600mm），5套300吨/小时阳离子交换器（Ø3000mm），5套300吨/小时阴离子交换器（Ø3000mm），5套300吨/小时混合离子交换器（Ø2800mm）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。

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

6.98~7.58

SO42-

mg/L

1.8~3.51

CL-

mg/L

2.87~14.85

NO3-

mg/L

0.42~1.28

CO32-

mg/L

0

HCO3-

mg/L

20~42.1

游离CO2

mg/L

1.01~3.02

硅酸根（SiO2计）

mg/L

12.48~14.48

Ca2+

mgN/L

0.06~0.09

Mg2+

mgN/L

0.09~0.17

总铁

mgN/L

0.015~0.14

总硬度

mgN/L

0.13~0.25

溶解氧

mg/L

6.37~13

浑浊度

度

0.4~4.0

电导率

μs/cm

8~24

总悬浮固体

mg/L

5~78

总溶解固体

mg/L

44~432

经净化水场后的水质指标

分析项目

单  位

分析结果

PH值

7.99

SO42-

mg/L

3.44

CL-

mg/L

3.88

NO3-

mg/L

1.25

CO32-

mg/L

0

HCO3-

Mmol/L

0.342

游离CO2

mg/L

-

硅酸根（SiO2计）

mg/L

0.37

1/2Ca2+

mmol/L

0.206

1/2Mg2+

mmol/L

0.104

总铁

mg/L

-

总硬度

Mmol/L

0.31

溶解氧

mg/L

-

浑浊度

度

-

电导率

μs/cm

-

总悬浮固体

mg/L

-

总溶解固体

mg/L

-

1.2出水水质

PH（25℃）

6～7

硬度

μmol/L

≈0

电导率

μs/cm（25°C）

≤0.2

铁

μg/L

≤20

铜

μg/L

≤3

SiO22-

μg/L

≤20

2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990m3/h，采用多孔强碱I型201×7＃阴树脂和001×7＃阳树脂，混合树脂的单位周期制水量取6000m3/m3,

1.混床总面积

F＝Q/U=990/48=18.75（U取48m/h）

2.混床计算台数

n=F/0.785d2=18.75/0.785×2.82=3台（ф2800mm）

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/h

U＝Q/F=4×330/（3.14×2.82）=53.62m/h

4.树脂高度计算

阳树脂体积Vc＝Π/4×D2×h阳

阴树脂体积Va＝Π/4×D2×h阴

混床运行周期选取为5天合120小时

T=6000（V阳+V阴）/Q=[6000Π/4×D2×（h阳+h阴）]/330=120

Hc:

ha取1：

2

Hc＝353mmha＝706mm

阳树脂高取360mm,阴树脂高取720mm

5.阳树脂再生一次耗用30%盐酸量

Bc1=Vcbc/30%=2.22×75/30%=523.6Kg/次

6.阳树脂再生一次耗用30%盐酸体积

Vc1=Bc1/rc1==524.6/1.149=455.7L/次

7.盐酸计量槽的容积

Vc2=1.2Vc1=1.2×455.7=546.8L

8.稀释至5%盐酸溶液的体积

Vc3=Vc*bc/5%*rc2=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=30×24*Bc1/T=30×24×523.6/120=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*ba/30%=4.43*70/30%=916Kg/次

13.阴树脂再生一次耗用30%NaOH体积

Va1=Ba1/ra1=916/1.328=735.9L

14.NaOH计量槽的容积

Va2=Va1×1.2=735.9×1.2=885L

15.稀释至4%NaOH溶液的体积

Va3=Va×ba/4%ra2=3.926×70/4%*1.043=6587.2L

16.阴树脂再生一次稀释用除盐水量

Va4=Va3-Va1=6587.2-735.9=5851.3L

17.30%NaOH的平均月耗量

Ba2=30×24×Ba1/T=30×24×916/120=5496Kg/月

18.30%NaOH的平均年耗量

　Ba3=Ba2×12＝65952Kg/年=65.95吨/年

19.离子交换器酸废水排放量

　　　G1`=V*E（N-N1）*10-3=2.154×550×（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=4.038×250×（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=

=

=147.4Kg/周期

22.剩余碱量

　　　G4=G2`-G3=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=121.7m3

23.碱性废水浓度

A1=

=

=0.518g/l

24.排放碱性废水PH值

　　PH＝14-lg

=14-lg

=12.11

25.体外管系接口规范

进、出水口管径计算

Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330

D=242mm取250mm

反洗进水、排水管管径计算

Q＝10Π/4×2.82=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=121mm取150mm

进碱管管径计算

Q＝5Π/4×2.82=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=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，PN1.0MPa

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，PN1.0MPa

26.筒体高度计算

反洗膨胀率50%，直筒高度h=（0.36+0.72）×（1+50%）/80%=2.05m

二、阴双室双层浮动床

阴双室双层浮动床直径取ф3000，采用D301弱碱阳离子交换树脂和201×7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=

×k1=

×1.20=11.138m3

Va1＝Π/4×D2×h弱碱＝3.14/4*32*h弱碱=11.138m3

h弱酸=1.568m取1600mm

2.强碱阴树脂量计算

Va2=

×k2=

×1.10=9.372m3

Va2＝Π/4×D2×h弱碱＝3.14/4*32*h弱碱=9.372m3

h弱酸=1.309m取1300mm

3.阴床再生用碱量

G2=（Va1*E1+Va2*E2）*q*10-3

=（11.138×850+9.372×400）×60×10-3

=793Kg

30%NaOH一次投加体积

V2=

=

=1.99m3

4%NaOH一次投加体积

V2=

=

=19.25m3

4.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=300.4Kg

5.碱性废水排放体积

Q1=V2+V3+V4=17.5+38.86+37.28=93.6m3

6.体外管系接口规范

Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330

D=242mm取250mm

反洗进水、排水管管径计算

Q＝10Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=129mm取150mm

进碱管管径计算

Q＝5Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=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

7.筒体高度计算

反洗膨胀率50%，直筒高度h=（1.3+1.6）×（1+50%）/90%=4.83m

三、阳双室双层浮动床

阳双室双层浮动床直径取ф3000，采用D113-Ⅲ弱酸离子交换树脂和001×7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=

×K1=

×1.15=4.81m3

Vc1＝Π/4×D2×h弱酸＝3.14/4×32×h弱酸=4.81m3

h弱酸=0.68m取700mm

2.强酸阳树脂量计算

　Vc2=

×k1=

×1.20=5.71m3

Vc2＝Π/4×D2×h强酸＝3.14/4*32*h弱酸=5.71m3

H强酸=0.81m取850mm

3.阳床再生用酸量（HCl）

G1=（Vc1*E1+Vc2*E2）*q*10-3

=（4.81×1800+5.71×1000）×50×10-3

=718.4Kg

30%HCl一次投加体积

V2=

=

=2.09m3

4%NaOH一次投加体积

V2=

=

=17.56m3

4.离子交换器酸废水排放量

　　　G2`=V*E（N-N1）*10-3=（4.93×1800+5.61×1000）×（50-36.5）×10-3

=195Kg/周期

5.酸性废水排放体积

Q2=V1+V2+V3+V4=11.8+17.7+42.39+19.12=91.1m3

6.剩余碱量

　　　G4=300-

=300-213.7=86.3Kg/周期

7.中和后碱性废水排放量

　　Q=Q1+Q2=93.6+91.1=184.7m3

8.碱性废水浓度

A2=

=

=0.467g/l

9.排放碱性废水PH值

PH＝14-lg

=14-lg

=12.07

10.体外管系接口规范

Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330

D=242mm取250mm

反洗进水、排水管管径计算

Q＝10Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=129mm取150mm

进碱管管径计算

Q＝5Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2

D=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，PN1.0Mpa

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

11.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：

Φ2800mm

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：

36m3/m2.h

反洗水泵

流量：

　　　　　　　　　　　　　　　221m3/.h

扬程:

32m

功率:

30Kw

反洗器阻力损失：

≤0.15Mpa

反洗历时：

20-30min

气洗强度：

150m3/m2.h

滤后水质：

SS：

≤10mg/L

粒径：

≤0.2mm

滤料：

纤维球Φ30mm

电机功率：

22KW

桨叶直径：

φ900mm

数量：

10台

反洗水泵流量计算

　　反洗强度为36m3/m3h

Q＝36×3.14×1.42=221m3/h

反洗水泵扬程：

　　　　　　　　　　　　　　35m

体外管系接口规范

进、出水口管径计算

Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=165

D=185mm取200mm

反洗进水、排水管管径计算

Q＝=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2=36×3.14/4×3.22

D=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

f=

=

=6.6m2

2.脱气塔的直径

D=1.13

=1.13

=1.13×2.45=2.77m

取脱气塔直径2.8m

3.脱气塔填料表面积

F=

G=

=

=0.1

C=

*10-3=

*10-3=0.185×10-3

K=

=

Pr=0.36×10-2

=0.36×10-2

=10.1

Re=

×

=

×

=5.5×105

F=

=1684m2

4.脱气塔填料高度

V=

=

=7.14

H=

=

=1.46m

取1500mm

5.鼓风机选择计算

　L＝1.1*g*Q*K*K1*K2

＝1.1×20×330×1×

×1.6

＝11968m3/h

6.风机的风压

P＝1.2*（A*H＋

h）*K*

＝1.2×（294×1.8+392）×1×

＝1125Pa

7.体外管系接口规范

进、出水口管径计算

Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330

D=242mm进口取250mm　　出口取300mm

8.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：

380V

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：

L4500mm×B4500mm×H5000mm

六、树脂清洗罐

阳树脂清洗罐

设备规范及数量：

Ø3000mm1台

设备直径（外径、壁厚）：

3024mm、12mm.上、下封头厚度14mm。

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1600mm。

（2）膨胀高度1600mm。

（3）器体高度（不包括支腿）5550mm。

（4）总高度6200mm（包括支腿）。

阴树脂清洗罐

设备规范及数量：

Ø3000mm1台

设备直径（外径、壁厚）：

3024mm、12mm.上、下封头厚度14mm。

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1000mm。

（2）膨胀高度1000mm。

（3）器体高度（不包括支腿）4730mm。

（4）总高度5380mm（包括支腿）。

七、其它

1.原水箱

型式：

圆形

数量：

2台

容积：

500m3

直径：

Φ8000mm

高度：

H=10700mm

2.脱盐水箱

型式：

圆形

数量：

2台

容积：

500m3

直径：

φ10000mm

高度：

H=6400mm

3.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：

Φ3024×7805mm

直筒壁厚：

12mm

封头厚度：

14mm

（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Φ500

碱液贮存罐

（1）数量：

2台

（2）容积：

50m3

（3）直径和壁厚

直径：

Φ3024×7805mm

直筒壁厚：

12mm。

封头厚度：

14mm。

（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：

Φ500

计量装置

酸计量箱

（1）数量：

1台

（2）容积：

4.0m3

（3）尺寸

尺寸：

Φ1612×2340mm

壁厚：

8mm

（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：

Φ1612×2340mm

壁厚：

8mm

（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

酸雾吸收器

（1）数量：

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：

0.2MPa

（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　　　　　　　　　　　　　　　　　　Φ2000×3200mm

6.中间水泵

型号：

离心泵

数量：

10台

规格：

Q=330m3/h，P=0.50MPa

材料

（1）泵壳：

CS

（2）叶轮：

304

电机

（1）功率：

75kW

（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，P=0.50MPa

材料

（1）泵壳：

CS

（2）叶轮：

304

电机

（1）功率：

75kW

（2）厂家：

原装

制造商及产地：

上泵集团

8.再生水泵

（1）型式：

离心泵

（2）数量：

3台

（3）规格：

Q=20m3/h，P=0.30Mpa

（4）材质：

泵壳：

铸铁叶轮