Приложение 1. Расчет УППВ-12

1. Полезная производительность УППВ равна 12 тыс. ^м3/_сут или 500 ^м3/_ч. Расход на собственные нужды принимаем 1%, или 120 ^м3/_сут.
2. Показатели качества дистиллята:
   • температура,°С ...........................45
   • солесодержание, ^мг/_л .....................25
   • щелочность, ^мг*экв/_л .....................0,4
   • концентрация, ^мг/_л:
     • кальция .......................................0,3
     • хлоридов ......................................4,0
     • сульфатов .....................................6,0
     • углекислоты ...................................2,0
     • фтора (^мкг/_л) .................................100
     • органических соединений (^мкг/_л) ...............100
     • взвешенных веществ ............................0,2
   • хлоропоглощаемость ............................0,5
   • индекс насыщения ..............................2,0
3. Основные требования к качеству питьевой опресненной воды:
   • температура,°С ..........................25
   • солесодержание, ^мг/_л ..........................200
   • концентрация, ^мг/_л:
     • кальция ........................................40
     • фтора ..........................................0,7
     • активного хлора ................................0,5
4. Добавка местной минерализованной воды не предполагается. В качестве хладагента для охлаждения дистиллята до заданного уровня питьевой воды можно использовать морскую воду с температурой менее 15°С.
5. Расчетный расход дистиллята Q = 1,01*500 = 505 ^м3/_ч. Принимаем для охлаждения дистиллята стандартные трубчатые теплообменники в две ступени с коэффициентом теплопередачи на первой ступени 2910 ^Вт/_(м²*К) и на второй - 2325 ^Вт/_(м²*К).
6. Расчет узла теплообменников. Тепловая нагрузка
   
   
   Чтобы иметь одинаковое число теплообменников на каждой ступени, распределяем тепловую нагрузку пропорционально расчетным значениям коэффициента теплопередачи. Тогда тепловая нагрузка составит: на первую ступень;
   
   
   на вторую ступень:
   
   
   Необходимая площадь теплообмена на каждой ступени равна:
   
   
   Принимаем на каждой ступени по 10 трубчатых многоходовых теплообменников с полезной площадью теплообмена 225 м² и индивидуальным съемом теплоты в количестве 0,65*10^{6 Вт}/_ч на первой ступени и 0,52*10^{4 Вт}/_ч на второй. При выборе конструкционного материала для теплообменных трубок предпочтение следует отдать легированной углеродистой стали с профилированным сечением, технология изготовления которой уже освоена в производственных условиях. Из известных конструкционных материалов, выпускаемых промышленностью, следует отметить ЛО70-1, Бр5, ЛАМш 77-2-0,06 и нержавеющую сталь 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т.
7. Расчет узла фильтров обогащения. Расход охлажденного дистиллята O = 505 ^м3/_ч. Принимаем двухступенчатую схему фильтров обогащения в однотипных аппаратах, загруженных ракушечником крупностью 0,8-2,2 мм (в среднем 1,5 мм). Высота фильтрующего слоя загрузки равна h₁ = 3,0 м. Фильтрование воды со скоростью 30 ^м/_ч на первой ступени осуществляется в направлении снизу вверх, а на второй - сверху вниз. Общая продолжительность контакта диоксида углерода с карбонатом кальция в водной среде составляет τ₁ = 2*3,0*60/30 = 12 мин, что близко в оптимальному значению. Пренебрегая незначительным содержанием кальция в дистилляте, удельный расход карбоната кальция принимаем равным
   
   
   а загрузки в виде зернистого ракушечника (потери 10%) -
   
   
   Удельный расход диоксида углерода
   
   
   Месячный расход ракушечника
   
   
   диоксида углерода
   
   
   Необходимая площадь фильтров каждой ступени
   
   
   Принимаем четыре фильтра, в том числе три рабочих и один резервный площадью
   
   
   Внутренний диаметр фильтра
   
   
   Принимаем напорный фильтр диаметром 3,0 м и площадью сечения 7,07 м². Расчетная площадь рабочих фильтров
   
   
   При плотности ракушечника 1,5 ^т/_м³ высота слоя догрузки в квартал составит
   
   
   Для поддержания высоты фильтрующего слоя загрузки в среднем за междогрузочный период следует начальную высоту слоя принять равной 3,08 м и производить догрузку при снижении высоты слоя загрузки до 2,92 м. Годовой расход-ракушечника и диоксида углерода соответственно составит 20,4 и 7,7 т. Промывку загрузки в рабочих фильтрах производим комбинированным способом: сначала взрыхление диспергированным воздухом с интенсивностью 20 ^л/_(м²*с) в течение 5 мин, а затем отмывка водой с интенсивностью 15 ^л/_(м²*c) примерно в течение 3-4 мин до появления промывной прозрачной воды в общем потоке. При частоте промывок рабочих фильтров 1 раз в неделю расход промывной воды на одну промывку составит
   
   
   а в среднем за сутки
   
   
   Для промывки фильтров обогащения можно использовать местную более дешевую минерализованную воду при условии сброса первого фильтрата в приемный бак промывной воды.
8. Расчет узла адсорбционных фильтров. Расход обогащенного дистиллята Q = 506 ^м3/_ч. Принимаем одноступенчатую схему адсорбционных фильтров, загруженных активным углем марки АГ-3. Высота фильтрующего слоя загрузки равна 1,5 м. Скорость фильтрования воды v₂ = 15 ^м/_ч. Число рабочих фильтров диаметром 3,0 м и площадью 7,07 м каждый составит
   
   
   Принимаем пять рабочих фильтров плюс один резервный, т. е. всего шесть фильтров, расположенных в одну ступень адсорбционной очистки. Пои очистке дистиллята продолжительность фильтроцикла адсорбционных фильтров обусловливается не динамической адсорбционной емкостью слоя активного угля, а его устойчивостью против биологического загрязнения. По натурным наблюдениям она может быть принята равной 170 ч, что соответствует частоте регенерации адсорбента, равной 1 разу в неделю. Режим регенерации: взрыхление водой (снизу вверх) с интенсивностью 7 ^л/_(м²*с) в течение 4 мин, обработка хлорной водой с содержанием активного хлора 5 мг Сl₂/л в течение 1 ч с заполнением снизу через дренажную систему и отмывка дистиллятом в режиме фильтрования в течение 5 мин. Расход воды на регенерацию одного фильтра составит:
   
   
   Расход активного хлора на одну регенерацию
   
   
   Годовой расход активного хлора
   
   
   Расход реагентов при кондиционировании воды составит: активного хлора:
   1,0*500*24*365/(1000*1000) = 4, 4 т,
   извести (СаО = 0,25 ^мг*экв/_л):
   0,25*28*500*24*365/(1000*1000) = 30,7 т;
   фтористого натрия:
   (0,7-0,1)*48*500*24*365/(19*1000*1000) = 6,6 т.
   Установка УППВ-12 позволяет получить питьевую физиологически полноценную опресненную воду кальций-карбонатного класса с минимальным содержанием натрия, калия, хлоридов и сульфатов. Такая вода стабильна и может транспортироваться по стальным трубопроводам большой протяженности. Общее солесодержание питьевой опресненной воды легко проверить следующим образом: дистиллят имеет солесодержание 25 ^мг/_л; при обогащении гидрокарбонатом кальция в дистиллят дополнительно поступило 2*(20 - 61) = 162 ^мг/_л; при кондиционировании воды 0,6*48/19 + 0,25*0,28 + 1,5 = 10 ^мг/_л. Таким образом, общее солесодержание питьевой воды будет 25 + 162 + 10 - 197 ^мг/_л, что практически соответствует заданному уровню 200 ^мг/_л. При разработке проекта УППВ-12 в схему должны быть включены как основные элементы, так и вспомогательные устройства для приготовления и дозировки реагентов, промывки, регенерации и догрузки фильтров обогащения и адсорбционной очистки, а также отбора проб воды, физико-химического и санитарного контроля за качеством воды на всех этапах ее обработки и состоянием очистных сооружений, аппаратов, баков и других устройств.