离子交换器设计手册.docx

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1、石油化工炼油乙烯工程除盐水处理系统计算书石油化工炼油乙烯工程除盐水处理系统计算书设计原则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，本工程推举选用传统的成熟工艺离子交换器作为系统的主脱盐设备；系统初期投资本钱低、易于实现自动化。离子交换器承受双床浮动床工艺，它具有处理水量大、占地面积小、交换容量高等优点。依据计算，一级阳阴离子脱盐后的产水尚未到达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选购方出水要求。为保证关键设备离子交换器的长期牢靠稳定运行，则必需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

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。原水由全厂颖水管网送入除盐水站后，局部去分散水换热后进生水罐，生水 经颖水泵加压后，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，为削减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， 最终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。为了削减设备的台数、削减再生次数和酸 碱耗量，10增加运行时间。工艺如下

3、：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给的牢靠性，选择了五个系列；正常状况下，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及其它关心设备等组成。2.3 本套水处理设备的原水水质按供给的水质报告设计，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

4、性本工程的原水来自于菱溪水库，其水质(供参考)为：分析工程单位分析结果PH 值SO42-mg/L6.987.581.83.51CL-mg/L2.8714.85NO3-mg/L0.421.28CO32-mg/L0HCO3-mg/L2042.1游离 CO2mg/L1.013.02分析工程单位分析结果硅酸根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/L0.130.25溶解氧mg/L6.3713浑浊度度0.44.0电导率s/cm824总悬浮固体mg/L578总溶解固体mg/L44432

5、经净化水场后的水质指标分析工程单位分析结果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 )硬度mol/L6 70电导率s/cm (25C)0.2铁g/L20铜g/L3SiO 2-2g/L202 处理水量处理水量为：900m3

6、/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%，混床处理力量为 990 m3/h，承受多孔强碱 I 型 2017阴树脂和 0017阳树脂，混合树脂的单位周期制水量取6000m3/m3,1. 混床总面积FQ/U=990/48=18.75(U 取 48m/h)2. 混床计算台数n=F/0.785d2=18.75/0.7852.82=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 930/3330m3/h UQ/F=4330/(3.142.82)=53.62m/h4.树脂高度计算阳树脂体积 V /4D2hc阳阴树脂体积 V /4D2h

7、a阴混床运行周期选取为 5 天合 120 小时T=6000(V + V阳) /Q=6000/4D2(h阴+h ) /330=120阳阴H :h 取 1：2caH 353mm h 706mmca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B =V b /30%=2.2275/30%=523.6Kg/次c1c c6. 阳树脂再生一次耗用 30%盐酸体积V =B /r =524.6/1.149=455.7L/次c1c1c17. 盐酸计量槽的容积V =1.2V =1.2455.7=546.8Lc2c18. 稀释至 5%盐酸溶液的体积V =V *b /5%*r =

8、3070.5L/次c3ccc29. 阳树脂再生一次释用除水用量V =V -V =3070.5-455.7=2614.8L/次c4c3c110.30%盐酸的平均月耗量B =3024*B /T=3024523.6/120=3141.7Kg/月c2c111.30%盐酸的平均年耗用量B =12*B =37699/年=37.7 吨/年c3c112. 阴树脂再生一次耗用 30%NaOH 量B = V *b /30%=4.43*70/30%=916Kg/次a1aa13. 阴树脂再生一次耗用 30%NaOH 体积V = B /r =916/1.328=735.9La1a1a114. NaOH 计量槽的容积V

9、= V 1.2=735.91.2=885La2a115. 稀释至 4%NaOH 溶液的体积V = V b /4%r =3.92670/4%*1.043=6587.2La3aaa216. 阴树脂再生一次稀释用除盐水量V = V - V =6587.2-735.9=5851.3La4a3a117.30%NaOH 的平均月耗量B =3024B /T=3024916/120=5496Kg/月a2a118. 30%NaOH 的平均年耗量B =B 1265952Kg/年=65.95 吨/年a3a219. 离子交换器酸废水排放量G =V*E(N-N )*10-3=2.154550(150-36.5)10-3

10、=134.5Kg/周期1120. 离子交换器碱废水排放量G =V*E(N-N )*10-3=4.038250(250-40)10-3=212Kg/周期2121. 废碱液中能被废酸液中和的局部的酸量GG = 140134.540=147.4Kg/周期3N36.5122. 剩余碱量G = G - G =212-147.4=64.6Kg/周期42323. 中和后碱性废水排放量Q=V +V +V +V =23.08+3.16+3.16+92.32=121.7m3123423. 碱性废水浓度A1=G64.64 =0.518g/lQ124.724. 排放碱性废水 PH 值PH14-lg A1 =14- l

11、g 0.518 =12.11404025. 体外管系接口标准 进、出水口管径计算Qu*/4D2=236003.14D2/4=330D=242mm取 250mm 反洗进水、排水管管径计算Q10/42.82=u*/4D2=1.536003.14/4D2D=121mm取 150mm 进碱管管径计算Q5/42.82=u*/4D2=1.536003.14/4D2D=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，

12、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3000，承受 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S1 Q T0.199 330 120V =k =1.20=11.138m3a1E11850V /4D2h3.14/4*32* h=11.138m3a1弱碱弱碱h =1.

13、568m取 1600mm弱酸2. 强碱阴树脂量计算S2 Q T0.086 330 120V =k =1.10=9.372m3a2E22400V /4D2h3.14/4*32* h=9.372m3a2弱碱弱碱h =1.309m取 1300mm弱酸3. 阴床再生用碱量G =(V *E +V *E )*q*10-32a11a22=(11.138850+9.372400)6010-3=793Kg30%NaOH 一次投加体积G2793V =1.99m3 21000 * C2 * r21000 30% 1.3284%NaOH 一次投加体积G2793V =19.25m3 21000 * C2 * r2100

14、0 4% 1.0434. 每周期碱排放量计算G =V*E(N-N )*10-3=(10.125850+8.52400)(65-40)10-3=300.4Kg215. 碱性废水排放体积Q = V +V +V =17.5+38.86+37.28=93.6m312346. 体外管系接口标准Qu*/4D2=236003.14D2/4=330D=242mm取 250mm 反洗进水、排水管管径计算Q10/432=u*/4D2=1.536003.14/4D2D=129mm取 150mm 进碱管管径计算Q5/432=u*/4D2=1.536003.14/4D2D=91mm取 100mm进水管：DN250，PN

15、1.0MPa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3

16、000，承受 D113-弱酸离子交换树脂和 0017 强酸阳离子交换树脂,运行周期取 120h。1. 弱酸阳树脂量计算(Hz - a)Q T(0.34 - 0.15) 330 120V =K =1.15=4.81m3c1E111800V /4D2h3.14/432h=4.81m3c1弱酸弱酸h =0.68m取 700mm弱酸2. 强酸阳树脂量计算S2 Q T(0.31 - 0.19) 330 120V =k =1.20=5.71m3c2E111000V /4D2h3.14/4*32* h=5.71m3c2强酸弱酸H =0.81m取 850mm强酸3. 阳床再生用酸量(HCl)G1=(V*E +

17、V *E )*q*10-3c11c22=(4.811800+5.711000)5010-3=718.4Kg30%HCl 一次投加体积G2718.4V =2.09m3 21000 * C2 * r21000 30% 1.1494%NaOH 一次投加体积G2718.4V =17.56m3 21000 * C2 * r21000 4% 1.0234. 离子交换器酸废水排放量G =V*E(N-N )*10-3=(4.931800+5.611000)(50-36.5)10-321=195Kg/周期5. 酸性废水排放体积Q =V +V +V +V=11.8+17.7+42.39+19.12=91.1m32

18、12346. 剩余碱量G = 300- 195 40 =300-213.7=86.3Kg/周期436.57. 中和后碱性废水排放量Q=Q +Q =93.6+91.1=184.7m3128. 碱性废水浓度G86.3A = 4 =0.467g/l2Q184.79. 排放碱性废水 PH 值A0.467PH14-lg1 =14-lg=12.07404010. 体外管系接口标准Qu*/4D2=236003.14D2/4=330D=242mm取 250mm 反洗进水、排水管管径计算Q10/432=u*/4D2=1.536003.14/4D2D=129mm取 150mm 进碱管管径计算Q5/432=u*/4

19、D2=1.536003.14/4D2D=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

20、+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处理力量：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：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：150 m3/m2.h滤后水质：SS：10mg/L粒径：0.2mm滤料：纤维球 30mm电机功率：22KW桨叶直径：900mm数量：10 台反洗水泵流量计算反洗强度为 36m3/

21、 m3h Q363.141.42=221m3/h反洗水泵扬程：35m体外管系接口标准进、出水口管径计算Qu*/4D2=236003.14D2/4=165D=185mm取 200mm 反洗进水、排水管管径计算Q=u*/4D2=1.536003.14/4D2=363.14/43.22D=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Q330

22、f= =6.6m2q506.62.脱气塔的直径fD=1.13=1.13=1.132.45=2.77m取脱气塔直径 2.8m 3.脱气塔填料外表积F= GK DcG= Q(C1 - C2) = 330(0.342 - 0.08) =0.110001000C1 - C20.342 - 0.08D C=2.44 lg C1*10-3=*10-3=0.18510-32.44 lg 0.342C20.081.02PK=1 Re0.86 Pr 0.33 = 1.02 6.37 10-8 Re0.86 Pr 0.33ddPr=0.3610-2u =0.3610-2P11.79 10-46.37 10-8=1

23、0.1102g d10260 0.01525Re=5.51050.36u0.362.79 10-40.1F=0.79 0.185 10-3=1684m24.脱气塔填料高度V= F = 1684 =7.14S236VH= =7.14=1.46mE3.14 / 4 2.82取 1500mm5.鼓风机选择计算L1.1*g*Q*K*K *K121.1203301 273 + 5 1.627311968m3/h 6.风机的风压P1.2*A*H D h*K* K 11.2(2941.8+392) 1 273 + 52731125Pa7. 体外管系接口标准进、出水口管径计算Qu*/4D2=236003.14

24、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标准及数量：3000mm1台设备直径(外径、壁厚)：3024 mm、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1600

25、 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)。阴树脂清洗罐设备标准及数量：3000mm1台设备直径(外径、壁厚)：3024 mm、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 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. 原水箱型式：圆形数量：2台容积：500m3直径：8000mm高度：H=10700mm2. 脱盐水箱型式

26、：圆形数量：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） 体外管系接口标准进水管：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碱液贮存罐1数量：2台2容积：50m3（3） 直径和壁厚直径：30247805mm直筒壁

27、厚：12 mm。封头厚度：14 mm。（4） 体外管系接口标准进水管：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计量装置酸计量箱1数量：1 台2容积：4.0m3（3） 尺寸尺寸：16122340mm壁厚：8 mm（4） 体外管系接口标准进水管：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, PN1.0M

28、Pa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） 体外管系接口标准进水管：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酸雾吸取器（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：（2） 再生液出口压力：（3

29、） 材质：（4） 数量： 阴床喷射器（1） 流量：（2） 再生液出口压力：40m3/h 0.2MPa PTFE1台40m3/h 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：（4） 数量： 混床碱喷射器（1） 流量：（2） 再生液出口压力：（3） 材质：（4） 数量： 卸酸泵（1） 数量：（2） 流量：（3） 压力：（4） 功率：（5） 材质： 虹吸酸罐PTFE1台35m3/h 0.2MPa Q235A1台1台15m3/h 0.15Mpa1.5KW HDPE1数量：1台2容积：10.0m33尺寸4.中和水

30、池20233200mm型式：方形数量 ：2台容积：250m3/350m3外形尺寸：1202380004000mm5. 原水泵型式： 数量：离心泵4台1202380002800mm规格： 材质：电机功率： 电机转速： 电源：制商及产地： 6.中间水泵型号： 数量： 规格： 材料(1) 泵壳：(2) 叶轮： 电机(1) 功率：Q= 330 m3/h， P= 0.4Mpa， 泵壳：铸铁 叶轮：碳钢75 kW1450r/min 380V，50Hz上泵集团离心泵10台Q=330m3/h，P=0.50MPaCS 30475 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

31、规格： 材料(1) 泵壳：(2) 叶轮： 电机(1) 功率：(2) 厂家： 制造商及产地：8. 再生水泵（1） 型式：（2） 数量：（3） 规格：（4） 材质：（5） 电机功率：（6） 电机转速：（7） 电源：（8） 制商及产地：Q=330m3/h，P=0.50MPaCS 30475 kW原装 上泵集团离心泵3台Q= 20m3/h，P=0.30 Mpa泵壳：铸铁叶轮：3043.0 kW 2950r/min 380V，50Hz上泵集团纤维球过滤器消耗一览表反洗强度36m3/36m3h反洗水量110m3搅拌机功率22KW反洗时间20-30min反洗水泵功率30Kw公用工程消耗一览表序号名称数量单台

32、功率KW备注1原水泵3+175三用一备2纤维球过滤器搅拌1022机3纤维球过滤器反洗1+130一用一备水泵4脱碳塔鼓风机5155中间提升水泵5756除盐水泵3+175三用一备7再生水泵2+24.0+7.5二用二备8卸酸泵24.09再生液提升泵4+45.5每个单位一用一备10合计1405酸碱消耗一览表单台每运行周期碱消耗量阴双室双层793Kg(30%NaOH)浮动床单台每年碱消耗量(30%NaOH)57.1 吨单台每运行周期酸消耗量阳双室双层718Kg(30%HCl)浮动床单台每年酸消耗量(30%HCl)51.7 吨混合离子交换器单台每运行周期碱消耗量(30%NaOH)单台每年碱消耗量(30%N

33、aOH) 单台每运行周期酸消耗量(30%HCl)单台每年酸消耗量(30%HCl)916Kg65.95 吨523.6Kg37.7 吨综合排放一览表阳、阴双室双层单台废水排放量1.04m3/h浮动床PH12.11混合离子交换器单台废水排放量PH1.54m3/h12.07纤维球过滤器单台废水排放量4.58m3/h首次填料装填量表单台填装量(m3)4.95弱酸树脂阳双室双层5 台填装量(m3)24.75浮动床单台填装量(m3)6.01强酸树脂5 台填装量(m3)30.05单台填装量(m3)11.31弱碱树脂阴双室双层5 台填装量(m3)56.55浮动床单台填装量(m3)9.37强碱树脂5 台填装量(m3)46.75单台填装量(m3)2.22强酸树脂5 台填装量(m3)11.10混床单台填装量(m3)4.43强碱树脂5 台填装量(m3)22.15石油化工炼油乙烯工程除盐水处理系统计算书25