Lò hơi thiết kế trong đồ án là lò hơi loại nhỏ D = 380kg/h và có áp suất hơi bé 6 bar nên có những yêu cầu về cáu cặn và nước cấp như sau :
_ Chiều dày lớp cáu cặn không quá 1mm.
_ Độ cứng Ho ≤ 0,5 mgdl/l.
_ Lượng oxy trong nước không vượt quá 0,03 mg/l.
4.2.1 Các biện pháp chống cáu cặn
Sử dụng đồng thời phương pháp lắng lọc và phương pháp trao đổi cation.
4.2.1.1. Xử lý cơ học
Đầu tiên xử lý nước bằng phương pháp lắng lọc để xử lý các tạp chất có d > 1mm.
4.2.1.2. Xử lý độ cứng
Sau đó tiếp tục xử lý nước bằng phương pháp trao đổi cation để làm mềm nước.
Cột lọc HR
Nước cấp có độ cứng khoảng 16 ÷ 30oH. Ở đây cụ thể khoảng 23oH.
Vì 1oH = 0,35663 mgđl/lít, vậy 23oH = 23×0,35663 =8,20249 mgđl/lít. ( mi li gam định lượng trên lit )
Mà 1 mgđl/lít = 20,04 mgCa2+/lít hoặc 1 mgđl/lít = 12,16 mgMg2+/lít Giả sử nước có 50 % Ca2+, 50 % Mg2+ thì ta có:
mMg2+ = 8,20249× (12.162 ) = 49,87 mg/lít (4.2) mCa2+ = 8,20249× (20,042 ) = 82,19 mg/lít (4.3)
Với lưu lượng bơm 4 m3/h = 4000 l/h thì ta có hàm lượng Ca2+ có trong nước vào hệ thống xử lý trong 1 giờ là:
(4.2)→mCa2+ = 4000×82,19×10-6 = 0,32876 kg/h Hàm lượng Mg2+có trong nước vào hệ thống xử lý trong 1 giờ là:
(4.3)→mMg2+ = 4000×49,87×10-6 = 0,19948kg/h Các phương trình phản ứng khử:
Ca(HCO3)2 + 2HR => CaR2 + 2CO2 + 2H20 (4.4)
0,1643 kg 0,32876 kg 0,1643kg
Mg(HCO3)2 + 2HR => MgR2 + 2CO2 + 2H20 (4.5)
0,09974 kg 0,19948 kg 0,09974 kg
CaCl2 + 2HR => CaR2 + 2HCl
(4.6)
0,1643 kg 0,32876 kg 0,1643 kg 0,32876 kg
MgSO4 + 2HR => MgR2 + H2SO4 (4.7) 0,09974 kg 0,19948 kg 0,09974kg 0,09974 kg
Từ các phương trình trên ta có:
Hàm lượng cationit HR cần thiết trong 1 giờ là:
mHR = 0,32867×2 + 0,19948×2 = 1,06 kg Hàm lượng CaR2 và MgR2 tạo ra sau phản ứng là:
m1 = 0,32867 + 0,19948 = 0,528 kg Hàm lượng axit tạo thành sau phản ứng là:
maxit = 0,32867 + 0,09974 = 0,42841 kg
Mỗi ngày hệ thống hoạt động 1 lần, mỗi lần 1 giờ, vì thế hệ thống hoạt động ít, công suất nhỏ nên 1 tuần ta tiến hành hoàn nguyên và xúc rửa 1 lần. Vậy hàn lượng HR cần thiết là:
mHR1 = 7×1,06= 7,42 kg
Với khối lượng riêng của cationit HR trong khoảng 250 kg/m3nên ta có thể tích của các cationit:
V1 = 7,42250= 0,02968 m3 V1 = π×r2× h = 0,02968 m3 (4.8)
Chọn: h = 0,5 m r = √π ×hV1 = √0,02968π ×0.5 = 0,14m d = 0,28 m (4.9) Vậy ta chọn chiều cao của bình là 500 mm với đường kính của bình là 280 mm.
Cột lọc RaOH
Phương pháp khử Cl−¿¿, SO42−¿¿:
2RaOH + H2SO4 => Ra2SO4 + H20 (4.10)
0,19948 kg 0,09974 kg 0,09974 kg
RaOH + HCl => RaCl + H20 (4.11)
0,32867 kg 0,32867 kg 0,32867 kg
Từ các phương trình phản ứng trên ta có:
Hàm lượng RaOH cần trong 1 giờ là:
mRaOH = 0,32867 + 0,19948 = 0,52815 kg Hàm lượng RaOH cần dùng trong 1 tuần là:
mRaOH1 = 0,52815×7 = 3.697kg Vậy thể tích cột lọc RaOH là:
V2 = 3,697250 = 0,01479m3 V1 = π×r2× h = 0,01479 m3 (4.12)
Chọn: h = 0,5 m r = √π ×hV1 = √0,01479π ×0.5 = 0,097 m d = 0,194 m (4.13) Vậy chọn chiều cao của cột lọc RaOH là 500 mm với đường kính là 194 mm 4.2.1.3. Quá trình hoàn nguyên
Phương trình phản ứng hoàn nguyên:
CaR2 + 2HCl => 2HR + CaCl2 (4.14) 0,32867 kg 0,,65734 kg 0,65734kg
MgR2 + 2HCl => 2HR + MgCl2 (4.15)
0,19948 kg 0,39896 kg 0,39896 kg
RaCl + NaOH => RaOH + NaCl (4.16)
0,32867 kg 0,32867 kg 0,32867 kg 0,32867kg
RaSO4 + 2NaOH => 2RaOH + Na2SO4 (4.17)
0,09974 kg 0,19948 kg 0,19948 kg
Từ các phương trình phản ứng trên ta có:
Hàm lượng HCl cần thiết trong 1 giờ là:
mHCl = (0,32867 + 0,19948)×2 = 1,056 kg Hàm lượng NaOH cần thiết trong 1 giờ là:
MNaOH = 0,32867 + 0,19948 = 0,52815 kg Hàm lượng HCl cần thiết trong 1 tuần là:
mHCl = 7×1,056= 7,392 kg Hàm lượng NaOH cần thiết trong 1 tuần là:
MNaOH = 7×0,52815= 3,697kg
Dung dịch HCl và NaOH có nồng độ thấp trong nước nên khối lượn riêng của dung dịch gần bằng với nước, vậy ta có:
Thể tích của bình chứa dung dịch HCl là:
VHCl =7,3921000= 7,392×10-3 m3 Thể tích bình chứa dung dịch NaOH là:
VNaOH = 3,6971000= 3,697×10-3 m3
4.2.2. Tính chọn bơm nước cho lò hơi Lưu lượng nước cấp trong 1 giờ :
Trong 1 giờ lò hơi cần cung cấp 0,5m3, giả sử lò hơi hoạt động liên tục 8 giờ mổi ngày, mà hệ thống sử lý nước cấp chỉ hoạt động 1 giờ/ ngày vì vậy ta cần lưu lượng bơm
Q = 0,5 ×8 = 4 m3/h (4.18) Trong đó:
ηb– hiêu suất bơm, ηb= 0,6 ηt– hiệu suất truyền đơn, ηt= 1
P – áp lực bơm, P = 6bar = 6.105 N/m2 Vậy :
N= 1,1.P .Q
3600.ηbηt = 1,1×36006.10×0,65××14 = 1222,22 w = 1,2 kw (4.19) (3600 do Q lưu lượng mét khói trên giờ chia 3600 ra ky lô giun trên giân được vát )
4.2.3.Chọn loại bơm
Modem: Máy bơm nước Sealand JB 200 (1500W) - Thông số kỹ thuật:
Máy bơm nước Sealand JB150 Hãng sản xuất: Sealand Công suất: 1500 (W)
Lưu Lượng: 120 (lít /phút) Độ cao đẩy: 61 (m)
Độ sâu hút: 9 (m)
Đường kính ống hút: 40 (mm) Đường kính ống đẩy: 25 (mm) Nguồn điện: 220V - 50 Hz Xuất xứ: ITALIA
Áp lực của bơm phải lớn hơn trở lực của hệ thống. Trở lực của hệ thống bao gồm:
Trở lực ma sát, trở lực cục bộ và trở lực bình trao đổi.
Để tính chính xác trở lực của hệ thống thì rất phức tạp. Do đó, ta chọn theo kinh nghiệm. Chọn áp suất bơm là 6 bar. ( 1.1 hệ số dự phòng)