Двухступенчатая технология химического обессоливания воды на Чебоксарской ТЭЦ-2

МИНЕСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»
(ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н.Ульянова»)
Химико-фармацевтический факультет
Кафедра химической технологии и защиты окружающей среды
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
на тему: Двухступенчатая технология химического обессоливания воды на Чебоксарской ТЭЦ-2
Направление подготовки – 18.03.01 - «Химическая технология»
Студент группы ЗХ-32-15 Владимирова И.Г.
Руководитель ВКР, к.х.н., доцент Эндюськин В.П.
Заведующий кафедрой, к.х.н., доцент Константинова Т.Г.
Рецензент Плеханова Т.В.









Чебоксары 2018
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»
(ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н.Ульянова»)
Химико-фармацевтический факультет
Кафедра химической технологии и защиты окружающей среды

ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы
студенту группы ЗХ-32-15 Владимирова Ирина Георгиевна 
Направление подготовки – 18.03.01 «Химическая технология»
1 Тема дипломного проекта «Двухступенчатая технология химического обессоливания воды на Чебоксарской ТЭЦ-2»
Утверждена приказом по университету №_____ от «___»__________2017 г.
2 Срок сдачи ВКР: 29.05.2017
3 Исходные данные к проекту: «Типовая инструкция по обслуживанию водоподготовительных установок, работающих по схеме химического обессоливания» и технический отчет по работе « Наладка технологических режимов обработки воды на обессоливающей установке Чебоксарской ТЭЦ-2 с целью обеспечения правильной эксплуатации оборудования обессоливающей установки и обучения персонала».
4 Содержание пояснительной записки к работе (перечень подлежащих разработке вопросов):
4.1 Литературный обзор
4.2 Материальный баланс
4.3 Технологический расчет аппаратов
4.4 Экономическая оценка проектных решений
5 Тема углубленной проработки:
5.1 Расчёт фильтра
5.3 Расчёт декарбонизатора
6 Перечень графического материала:
6.1 Технологическая схема производства
6.2 Чертеж фильтра
7 Календарный график выполнения работы:
7.1 Литературный обзор к «15» марта 2017 г.
7.2 Описание технологической схемы и контроль производства «10» апреля 2017 г.
7.3 Технологические расчеты к «06» мая 2017 г.
7.4 Охрана окружающей среды, техника безопасности, экономическое обоснование проекта к «19» мая 2017 г.
7.5 Графическая часть к «26» мая 2017 г.
8. Рекомендуемая литература:
8.1 Водоподготовка. Процессы и аппараты. Под ред. О.И. Мартыновой. М.: Атомиздат, 1977. –352 с.
8.2 Кострикин, Ю.М. Водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: справочник / Ю.М. Кострикин, И.А. Мещер- ский, О.В. Коровина. – Москва: Энергоатомиздат, 1990. – 254 с.
Дата выдачи задания: «17» января 2017 год
Руководитель к.х.н., доцент Сазанова А.А.
Задание приняла к исполнению Максимова Т.С.
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой, Константинова Т.Г.
К.х.н, доцент
    РЕФЕРАТ
    Расчётно-пояснительная записка к дипломному проекту 69 с., 2 рис., 8 табл., 39 источников.
    ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ НА ЧЕБОКСАРСКОЙ ТЭЦ-2.
    КОАГУЛЯЦИЯ, ФИЛЬТРАЦИЯ, ДЕКАРБОНИЗАТОР, ТЕХНОЛОГИЯ, СЕРНАЯ КИСЛОТА, БЕЗОПАСНОСТЬ
    Целью выпускной квалификационной работе является проектирование двухступенчатой технологии химического обессоливания воды на Чебоксарской ТЭЦ-2.
    В процессе проектирования разработана технологическая схема обессоливания воды с предварительной очисткой. Приведены расчёты основного и вспомогательного оборудования, схема размещения оборудования и упрощённая автоматизация технологическим процессом. Разработаны мероприятия по техники безопасности и автоматическому контролю на производстве.
     Условные обозначения и сокращения
     ТЭЦ - теплоэпектроцентраль
     ХВО – химводоочистка
     ВПУ – водоподготовительная установка
     БРВ – бак регенеративных вод
     БКОВ – бак кислых отмывочных вод
     БЩОВ - бак щелочных отмывочных вод
     БЩРВ – бак щелочных регенеративных вод






СОДЕРЖАНИЕ
Введение
4
1. Литературный обзор
6
1.1. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика.
6

2 Технико-экономическое обоснование выбранного метода
19
3 Инженерные решения, предлагаемые в проекте
20
4 Характеристика производимой продукции, исходного сырья, материалов и полупродуктов
21

5 Химизм процесса по стадиям, физико-химические основы процесса
22
6 Описание технологического процесса и схемы
27
7 Материальный баланс
36
8 Выбор основного и вспомогательного оборудования
37
9 Технологический расчет аппаратов
40
9.1 Расчет Н-катионитого фильтра I ступени
41
9.2 Расчет Н-катионитого фильтра II ступени
45
9.3 Расчет декарбонизатора с насадкой колец Рашига
50
10 Автоматизация процесса
54
11 Аналитический контроль
55
12 Охрана окружающей среды
57
13 Техника безопасности
58
14 Экономическая оценка проектных решений
62
Заключение 
63
Список используемой литературы
65
   





     Введение
       
     Согласно Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) режим эксплуатации водоподготовительных установок и водно- химический режим должны обеспечить работу электростанций и предприятий тепловых сетей  без повреждений и снижения экономичности, вызываемых коррозией внутренних поверхностей водоподготовительного, теплоэнергетического и сетевого оборудования, а также без образования накипи и отложений на теплопередающих поверхностях, отложений в проточной части турбин, шлама в оборудовании и трубопроводах электростанций и тепловых сетей.
     Оборудование современных ТЭЦ эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует жесткого ограничения толщины отложений на поверхностях нагрева   по условиям температурного режима их металла в течение рабочей кампании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанций. Поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей ТЭЦ является важнейшей задачей.
     Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико - химической обработки ее. Эта вода является исходным сырьем, которое после надлежащей обработки (очистки) используется для следующих целей:
     а) в качестве исходного вещества для получения пара в котлах, парогенераторах, испарителях, паропреобразователях;
     б) для конденсации отработавшего в паровых турбинах пара;
     в) для охлаждения различных аппаратов и агрегатов ТЭЦ;
     Выбор метода обработки воды, составление общей схемы технологического процесса при применении различных методов, определение требований, предъявляемых к качеству ее, существенно зависят от состава исходных вод, типа электростанций, параметров ее, применяемого основного оборудования (паровых котлов, турбин), системы теплофикации и горячего водоснабжения. При применении термических методов обработки воды экономичность их зависит также от того, как включена обессоливающая установка в схему станции, и от характеристик и параметров оборудования.
     Целью данной работы является разработка двухступенчатой установки обессоливания воды для восполнения потерь пароводяного тракта оборудования ЧТЭЦ-2. 
    
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     


     1. Литературный обзор
     1.1. Существующие методы производства готового продукта и их краткая характеристика.
     Ужесточение требований к сбросным водам ВПУ определило развитие безреагентных методов очистки воды, среди которых наиболее разработаны для практического использования мембранные методы, такие как обратный осмос (гиперфильтрация), ультрафильтрация и электродиализ. В основе всех мембранных технологий лежит перенос примесей или растворителя (воды) через мембраны. Природа сил, вызывающих такой перенос, и строение мембран в названных процессах различны. При использовании сил давления при гипер- и ультрафильтрации мембраны должны пропускать молекулы воды, задерживая в максимальной степени ионы и молекулы примесей. При использовании электрических сил в электродиализном методе мембраны должны быть пронициаемы для ионов и не должны пропускать молекулы воды.
     Обессоливание воды означает уменьшение содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминерализацией. Для морских и засоленных (солоноватых) вод такой процесс называют опреснением.
     Для многих процессов в теплоэнергетике, химии, электронике требуется вода, содержащая минимальные количества солей, вплоть до сверхчистой (дистиллята), которая практически их не содержит.
     Классификация способов обессоливания:
     · термический;
     · ионообменный;
     · мембранные;
     · обратный осмос;
     · электродиализ;
     · комбинированные.
     
     
     Технология обратного осмоса и ультрафильтрации.
     Понятие «обратный осмос» показывает обратимость естественного (прямого) осмоса. Последний характеризуется самопризвольным переходом растворителя через  полупронициаемую мембрану в раствор.
     Если чистую воду и водный раствор какого-либо неорганического вещества поместить в два отсека по обе стороны полупроницаемой мембраны. Способной пропускать только молекулы Н2О, то в такой системе будет наблюдаться следующее. Из-за разности давлений( концентраций)  молекул Н2О в разных отсеках происходит переход молекул воды в объем с их меньшей концентрацией, т.е. в отсек солевого раствора, объем которого постепенно увеличивается, раствор разбавляется , разность давлений уменьшается, тормозя дальнейший перенос молекул Н2О. В состоянии равновесия уровни в обоих частях ячейки не будут изменяться, а установившееся гидростатическое давление определяется как осмотическое давление раствора. [1].
     Осмотическое давление раствора ? определяется согласно закону Вант-Гоффа:
     ? = 
     где, i- коэффициент Вант-Гоффа;
     R – универсальная постоянная=8,31Дж/(моль*К);
     T – температура раствора, К;
     C- концентрация растворенного вещества. г/
     М- масса 1 моль растворенного вещества.
     Осмотическое давление зависит от химической природы растворенного вещества и его концентрации.
     Обратный осмос и ультрафильтрация принципиально отлично от процессов фильтрования, т.к. при их реализации образуется не осадок. Как при фильтровании, а лишь два раствора с различными концентрациями примесей. Однако для достижения длительного срока службы полупроницаемых мембран необходима предварительная достаточно полная очистка воды от коллоидных и грубодисперсных примесей.
     Эффективность технологии обратного осмоса определяется свойствами полупроницаемых мембран. Которые должны характеризоваться высокими разделяющей способностью (солезадержанием) и удельной проницаемостью. Быть химически стойкими и механически прочными, иметь низкую стоимость и достаточный (до 5 лет) срок службы без ухудшения технологических показателей.
     Этим требованиям удовлетворяют полимерные мембраны, изготовляемые из ацетилцеллюлозы или из ароматических полиамидов.
     Обратноосмотические мембраны имеют асимметрическую структуру и состоят из двух слоев: верхнего активного толщиной до 0,3 мкм, который является подложкой и обеспечивает механическую прочность мембраны. Среди важнейших технологических показателей полупроницаемых мембран используются следующие: проницаемость (удельная производительность) и селективность.
     Установки обратного осмоса используются как в схемах ВПУ, так и для очистки сточных вод. Для работы таких аппаратов требуется тщательная очистка воды от коллоидных и грубодисперсных примесей,  для чего в системе предочистки используются механические фильтры.
     
     Технология электродиализа.
     Электродиализ-процесс удаления из растворов( проводников второго рода) ионов растворенных веществ путем переноса их через мембраны в поле постоянного электрического тока. При наложении постоянного электрического поля на раствор в растворе  возникает движение катионов  (включая ион водорода) к отрицательно заряженному катоду, а анионов - к аноду. При контакте ионов с соответствующими электродами протекают катодные реакции восстановления:
     2Н + 2е  2Н;  2Н
     Na Na;   2Na + 2H2O?
     И анодные реакции окисления:
     4ОН 2О?О2 ?
     2Cl
     2Cl+ Н.
     Серьезными препятствиями для глубокого обессоливания воды в процессе электродиализа являются:
     1) перенос воды через мембраны в процессе осмоса;
     2) повышение электрического сопротивления в камерах с ростом степени обессоливания;
     3) разложение воды при высоких плотностях тока;
     4) возможность образования осадков на мембранах в камерах концентрирования.
        Необходимость предварительной очистки воды и относительно низкая (до 50% при одной ступени) степень обессоливания на выходе из электродиализных аппаратов определили возможность комбинирования мембранной технологии с ионитным обессоливанием при обработке вод с повышенным исходным солесодержанием (более 500 мг/). В этом случае электродиализные аппараты включаются в схему после предочистки и перед ионообменными фильтрами, что позволяет сократить расход реагентов на ионообменную часть и, следовательно, резко уменьшить количество сбросов ВПУ.
     
     Термические методы обработки воды
     
     Старейшим методом получения обессоленной воды (дистиллята) является термический метод — перегонка, дистилляция, выпарка.
     Основой процесса является перевод воды в паровую фазу с последующей ее конденсацией. Для испарения воды требуется подвести, а при конденсации пара — отвести тепло фазового перехода. При образовании пара в него наряду с молекулами воды переходят и молекулы растворенных веществ в соответствии их летучестью. Важнейшим преимуществом данного метода являются минимальные количества используемых реагентов и объем отходов, которые могут быть получены в виде твердых солей. Тепловая и экономическая эффективность метода определяется режимом испарения и степенью рекуперации тепла фазового перехода при конденсации пара. По характеру использования дистилляционные установки подразделяются на одноступенчатые, многоступенчатые и термокомпрессионные. Наибольший интерес представляет использование выпарных установок в сочетании с ионообменными и реагентными схемами. В этих условиях, возможно, оптимизировать расход реагентов, тепла и решить как экономические, так и экологические проблемы. Термический метод позволяет обессолить воду с любым солесодержанием. [3].
     
     Опреснение вымораживанием
     Этот метод основан на том, что образование кристаллов льда при снижении температуры ниже 0 градусов происходит только из молекул воды (явление криоскопии). Вследствие этого пресная вода выделяется в виде льда из раствора. Раствор становится все более и более концентрированным. Если затем слить образовавшийся рассол и растопить лед, то получится обессоленная вода.
     Этот метод является крайне трудоемким, тем более что автоматизировать его очень сложно. Степень очистки таким методом сложно спрогнозировать и возможно потребуется несколько циклов замораживания-размораживания, чтобы получить действительно обессоленную воду. Кроме того, нельзя гарантировать полной дезинфекции этой воды. Есть и еще одна особенность, связанная с данным методом. Это накопление концентрации так называемой тяжелой воды, химически такой же, как и обычная, но имеющей в своем составе более тяжелый изотоп водорода, который является радиоактивным. Тяжелая вода замерзает первой и сразу включается в состав образующегося льда. Избежать этого можно, только если убирать первую корочку льда, образующуюся в самом начале вымораживания. Это еще больше усложняет и без того не простую методику.
     
     Химическое осаждение
     Этот метод основан на переводе растворенных солей в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок и удаляются. Применяемые реактивы меняются в зависимости от солевого состава опресняемой воды. К примеру, избыток солей магния осаждается содой, а сульфаты могут быть удалены обработкой гидратом окиси бария.
     Метод химического осаждения требует использования дорогостоящих реактивов, каждый из которых направлен на строго определенную примесь воды, реагенты не подвергаются регенерации. По этой причине данный метод имеет очень ограниченное применение.
     
     Ионный обмен
     Метод основан на свойстве некоторых веществ обратимо обмениваться ионами с растворами солей. Эти вещества называют ионообменными смолами. Это своего рода твердые электролиты, которые делятся на катиониты и аниониты.
     1. Катиониты — вещества типа твердых кислот, у которых анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров.
     2. Аниониты — по своей сути твердые основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно это гидроксильная группа) подвижны и могут обмениваться с анионами растворов.
     Химический механизм работы ионообменных смол заключается в последовательном прохождении воды через катионит и анионит. В итоге из воды удаляются катионы и анионы и она тем самым обессоливается. Обменная способность ионообменных смол (ионитов) не бесконечна, постепенно она снижается, и, в конце концов, исчерпывается вовсе. В этом случае требуется регенерация раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит), что полностью восстанавливает исходные химические свойства смол. Эта ценная особенность позволяет использовать их в течение длительного времени.
     Сложная процедура использования ионообменных смол и их последующей регенерации требует автоматизации, сложной системы управления и необходимое оборудование является довольно громоздким, что ограничивает его применение в быту. В настоящее время данный метод часто включается как один из элементов процесса водоподготовки в частных домах с автономной системой водоснабжения.
     По сравнению с другими мембранные методы имеют следующие преимущества:
     1)  отсутствие фазовых переходов при отделении примесей от раствора позволяет сводить к минимуму расход энергии на осуществление процессов;
     2)  если исключить технологию очистки мембран, то процессы носят непрерывный характер;
     3)  их можно использовать без добавок химических реагентов, а  если   последние и вводятся, то в минимальных количествах;
     4)  не требуется специальный подогрев воды;
     5)  аппараты для реализации мембранных процессов относительно просты в конструктивном исполнении и не имеют движущихся частей;
     6)  расход электроэнергии, необходимой для осуществления мембранных процессов, обычно не превышает 4-6,5 кВт 1 обрабатываемой воды;
     7)  отечественная промышленность накопила значительный опыт при реализации мембранных технологий с использованием как зарубежных, так и отечественных установок.  
     
     
     
     
     Электроосмос
     Опреснение на принципе электроосмоса производится в специальных аппаратах, представляющих собой электролитическую ванну, разделенную двумя полупроницаемыми мембранами на три отделения. Исходная вода подается в среднюю камеру. Ионы находящихся в воде солей устремляются сквозь мембраны к электроду, имеющему противоположный заряд. Чистая вода остается в средней камере.
     Данный метод требует затрат электроэнергии, хотя и является достаточно эффективным. Эффективность составляет более 90%, достигая в некоторых случаях 96%. Мембраны имеют ограниченный срок службы, который максимально составляет 5 лет, а при неблагоприятных условиях эксплуатации — значительно меньше. Кроме того, этот метод, как и большинство других методов использующих полупроницаемые мембраны, требует предварительной подготовки очищаемой воды.
     Есть и еще одна особенность, которая значительно ограничивает применение данного метода. Это то, что все вещества, которые не превратились при растворении в ионы, не реагируют на электрическое поле. Т. е. большинство органических веществ, бактерий, вирусов и т. п. останется в растворе.
     
     Опреснение воды методом обратного осмоса
     При опреснении воды методом обратного осмоса пресную воду отделяют от растворенных в ней солей при помощи мембраны, проницаемой для воды, но непроницаемой для солей. Для этого необходимо наличие селективной мембраны, пропускающей только воду, но задерживающей растворенные в ней вещества. Если поместить такую мембрану между рассолом и пресной водой, тенденция к выравниванию концентраций по обе стороны мембраны заставит воду проникать через мембрану в рассол. Этому процессу можно воспрепятствовать, прикладывая давление со стороны рассола. При достаточно большом давлении проникновение воды через мембрану в рассол прекратится. Давление, необходимое, чтобы воспрепятствовать просачиванию воды через мембрану в раствор, называется осмотическим. Для морской воды при нормальных условиях осмотическое давление составляет приблизительно 25 атм. [4].
     Если прикладываемое к рассолу давление превысит осмотическое, то вода будет проходить через мембрану в обратном направлении, другими словами, пресная вода будет выдавливаться из рассола через мембрану. Этот процесс, называемый обратным осмосом, схематически показан на рис. 5. Морскую или солоноватую воду накачивают под высоким давлением в камеры, стенки которых изготовлены из полупроницаемых мембран. При прохождении воды через мембраны локальная концентрация солей у стенки мембраны повышается, что приводит к повышению осмотического давления и уменьшению потока пресной воды. Чтобы воспрепятствовать этому, через камеру нужно непрерывно прокачивать морскую воду. Поток пресной воды через мембрану пропорционален прикладываемому давлению. Максимальное давление, которое можно приложить к мембране, определяется ее собственными характеристиками. При слишком высоком давлении мембрана может разорваться, забиться присутствующими в воде примесями или пропускать слишком большое количество растворенных солей.
     Давление, создаваемое насосом высокого давления, превышает осмотическое давление соленой воды относительно пресной. Благодаря этому пресная вода просачивается через полупроницаемую мембрану. Чтобы предотвратить накопление соли вблизи мембраны, насос должен постоянно прокачивать по трубам соленую воду. На практике трубы должны иметь очень малый диаметр, и поэтому установку приходится изготовлять из многих тысяч труб.
     В обычных установках по опреснению воды методом обратного осмоса трубы изготавливают из пористого вещества, выложенного с внутренней стороны тонкой пленкой из ацетата целлюлозы. Ацетат целлюлозы (из которого изготовляют целлофан и основу фотографической пленки) играет роль полупроницаемой мембраны. Установка состоит из множества таких труб, уложенных параллельно друг другу. Скорость проникновения воды через мембрану довольно невелика. Например, при опреснении соленой воды из скважины, содержащей 0,5% растворенных солей, при давлении 50 атм. в течение суток удается получить приблизительно 700 л пресной воды с каждого квадратного метра мембраны. Поскольку для получения большой площади поверхности необходимо очень много тонких труб, процесс обратного осмоса пока еще не используется для получения больших количеств пресной воды. Однако этот процесс представляется многообещающим, если будут разработаны улучшенные мембраны, в особенности для опреснения соленой воды из скважин. Эта вода имеет более низкую концентрацию растворенных солей по сравнению с морской водой, что позволяет проводить ее опреснение при более низких давлениях.
     При обессоливании воды ионным обменом пропорционально солесодержанию питающей воды растут объем ионитов и оборудования, а также расход реагентов, т. е. капитальные и эксплуатационные затраты. Даже при оптимально организованной регенерации (противоток) с минимальным избытком реагентов в сточные воды поступают извлеченные соли и использовавшиеся реагенты в количестве 1,1?2,0 от количества солей. Суммарное количество составляет 2,1?3,0. Следует учитывать, что эти соли находятся в небольшом объеме регенератов, соответственно, в высокой концентрации. Регенераты, как правило, имеют кислую реакцию, и требуют дополнительной нейтрализации. Прямой сброс таких отходов запрещен. Обычно используется метод разбавления другими стоками. Эксплуатационные расходы практически прямо пропорциональны солесодержанию исходной воды.
     Обратный осмос обычно используется в системах получения воды для фармацевтических целей в следующих случаях:
     · перед установками ионного обмена для снижения расхода кислоты и щелочи, необходимой для регенерации;
     · для получения воды очищенной, и как подготовительный шаг перед дистилляцией для получения воды для инъекций;
     · как конечный этап для получения воды для инъекций (двухступенчатый осмос)
     Следует отметить преимущества каждого из методов.
     Ионный обмен:
     · возможность получения сверхчистой воды;
     · отработанность и надежность;
     · способность работать при резко меняющихся параметрах питающей воды;
     · минимальные капитальные и энергозатраты;
     · меньший расход питающей воды;
     · минимальный объем вторичных отходов, обеспечивающий возможность их переработки.
     Обратный осмос:
     · высокое качество воды по взвесям, биологическим и органическим загрязнениям;
     · минимальные количество реагентов и суммарный сброс солей в окружающую среду;
     · возможность сброса концентрата без обработки в канализацию;
     · относительно низкие эксплуатационные затраты;
     · отсутствие агрессивных реагентов и необходимости их обработки.
     Термический метод:
     · минимальные количество реагентов и сброс солей в окружающую среду;
     · высокое качество воды по взвесям;
     · возможность получения отходов минимального объема, вплоть до сухих солей;
     · возможность использования избыточного тепла;
     · удаление из воды растворенных газов.
     Их недостатками являются:
     Ионный обмен:
     · высокий расход агрессивных реагентов;
     · эксплуатационные расходы, растущие пропорционально солесодержанию воды;
     · необходимость обработки регенератов и сложности с их сбросом.
     Обратный осмос:
     · необходимость тщательной предподготовки;
     · желательность непрерывной работы обратноосмотической установки;
     · большие капитальные затраты;
     · большой расход питающей воды и объем сбросных вод;
     · большие энергозатраты.
     Термический метод:
     · необходимость предподготовки;
     · большие энергозатраты;
     · большие капзатраты.
     В следующей таблице приведено оценочное сравнение методов обессоливания воды по трем уровням: минимальный — Мин, максимальный — Макс и средний — Ср.
     Таблица 1. Оценочное сравнение методов обессоливания
Параметр
Ионный обмен
Обратный осмос
Электродиализ
Выпарка
Надежность
Макс
Ср
Мин
Макс
Степень обессоливания
Макс
Ср
Мин
Ср
Удаление органики
Мин
Макс
Мин
Ср
Удавление микрофлоры
Мин
Макс
Ср
Макс
Удаление взвесей
Мин
Макс
Мин
Макс
Удаление растворенных газов
Мин
Мин
Мин
Макс
Требования к предподготовке
Мин
Макс
Макс
Ср
Энергозатраты
Мин
Макс
Макс
Макс
Расход реагентов
Макс
Мин
Мин
Мин
Расход питающей воды
Мин
Макс
Макс
Мин
Объём отходов
Мин
Макс
Ср
Мин
Возможность переработки отходов
Макс
Мин
Мин
Макс
Возможность сброса отходов
Мин
Макс
Ср
Мин
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     











2 Технико-экономическое обоснование выбранного метода
     Обессоливающая установка Чебоксарской ТЭЦ-2 обеспечивает:
     - предотвращение образования накипи и осадков, засорения, биологического обрастания, коррозии теплообменного оборудования;
     - повторное использование конденсата;
     - уменьшение частоты продувок котлов;
     - снижение потребления химических реагентов;
     - обеспечение высокого качества пара;
     - снижение эксплуатационных расходов, повышение КПД работы оборудования, увеличение срока его эксплуатации.
     Водоподготовительная установка Чебоксарской ТЭЦ-2 является  эффективной, экономичной и отвечающей требованиям Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ).
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
    
    3 Инженерные решения, предлагаемые в проекте
    Обессоливающей установке предлагается установить декарбонизатор после Н-катионитовых фильтров. Это продлит фильтроцикл анионитовых фильтров.
    При проектировании технологии химического обессоливания нужно учитывать, что наличие в Н-катионированной воде свободной углекислоты, более сильной, чем кремниевая, уменьшает кремнеёмкость анионита и вызывает более ранний проскок ионов HSiO-3. Поэтому перед поступлением на слой сильноосновного анионита из воды необходимо наиболее полно удалить СО2, для чего в схему включается декарбонизатор. Еще сильнее снижает кремнеёмкость наличие в воде ионов Na+, так как помимо истощения анионита анионами, уравновешивающими эти катионы, увеличивается концентрация в фильтрате противоиона ОН-, что резко ухудшает глубину обескремнивания.При этой схеме в обессоленной воде отсутствуют ионы жесткости и анионы сильных и слабых кислот. Ионы Na+ и HSiOнаходятся в пределах чувствительности химического анализа. Схема применяется для подготовки воды для барабанных котлов высокого давления.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    4 Характеристика производимой продукции, исходного сырья, материалов и полупродуктов.
№
п/п
Наименование сырья, вспомогательных материалов. Эмперическая формула.
Государст. или отрасл.стандарт
Показатели, обязательные для проверок
Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями
Теплоем-кость
Дж/
моль*С
T
плав
°C

T
кип
°C
Н
обр
кДж/
моль
Теплопроводность Вт/(м*К)

Вязкость
мПа*С
Плотность
кг/
1.
Исходная (сырая) вода
Н2О , М=18

Щелочность – 3,8мг-э/
Жесткость – 5,7 мг-э/
Кремниевая кислота – 13,5мг/
Окисляемость -         15мг О2/
Прозрачность по кольцу – 30 см
Цветность                           - 50
Нефтепродукты визуально - отс 
Железо – 1000 мг/
Солесодержание – 300 мг/
Хлориды – 26 мг/

4190
0
100
-285,8
0,58
0,798
1
2. 
Серная кислота
Н2SO4,  М=98

1. Внешний вид: жидкость

137,57
-10,38
279,6
-811,3
0,285
24,2
1840

3.
Гидроксид натрия
NaOH, М=
ГОСТ
2263-79
1. Внешний вид – жидкость

59,66
323
1403
-426,6

46

4.
Коагулянт               
 (сернокислый алюминий) Аl2(SO4)3, М=

1. Внешний вид: порошок или гранула белого цвета.

-3434
1500




2710
5.
Флогулянт
P3-ferrocryl8740

1.Внешний вид:белый сыпучий гранул-ый порошок
рН раствора 7,5






0,8
6.
Химобессоленная вода
Н2О, М=18

1.Внешний вид: жидкость.
Щелочность поф/ф/общ-00/6 мкг*э/
Жесткость? 1 мкг*э/
Кремниевая кислота?100мкг/
рН-среда 6,5-7,5
солесодержание?0,52 мг/
УЭП?1мкСм/см
Na?80 мкг/

4190
0
100
-285,8
0,58
0,798
1
7
Соль NaCl  M= 58 г/моль

Внешний вид: белые кристаллы

45,94
800
1465
-410,9


2165
    
    5 Химизм процесса по стадиям, физико-химические основы процесса.
     
     Технологический процесс производства химобессоленной воды-  непрерывный.
     
     1. Предочистка.
     При введении в воду сернокислого алюминия происходит его гидролиз с образованием трудно растворимой гидроокиси алюминия (Al(OH)3), которая способствуют слипанию коллоидных частиц и появлению в объеме воды крупной хлопьевидной взвеси (шлама):
                  Al2(SO4)3     +     6H2O             2Al(OH)3     +     3H2SO4        (1)
     Образующаяся при этом серная кислота нейтрализуется щелочностью воды, вступая в реакцию с бикарбонатами:
               Ca(HCO3)2    +    H2SO4         CaSO4  + 2Н2О + 2СО2                            (2)
     В общем, виде процесс коагуляции сернокислым алюминием можно записать уравнением:
     Al(SO4)3   +   3Ca(HCO3)2        2Al(ОH)3      +   3CaSO4   +  6CO2       (3)
     
     Факторы, влияющие на процесс коагуляции.
     а) Температура обрабатываемой воды.
     Температура обрабатываемой воды должна быть достаточной для быстрого и полного гидролиза сернокислого алюминия. С повышением температуры степень гидролиза увеличивается вследствие увеличения степени диссоциации воды. Кроме того, с повышением температуры, вследствие уменьшения вязкости воды, более благоприятно происходит отделение обрабатываемой воды от слоя шлама.
     Оптимальная температура воды при коагуляции сернокислым алюминием равна 30±10С. Колебания температуры обрабатываемой воды в процессе коагуляции не должны превышать ±10С, так как большие колебания температуры приводят к возникновению местных тепловых потоков в осветлителе, вследствие чего нарушается режим шламового фильтра и происходит попадание шлама в зону осветления и далее, в бак известкованной воды.
     б) Доза коагулянта.
     Доза коагулянта зависит от качества исходной воды (щелочности, содержания органических и взвешенных веществ, солевого состава) и выбирается опытным путем в лаборатории. Она должна быть такой, чтобы введенный в обрабатываемую воду раствор сернокислого алюминия, в последствии, был максимально выделен из воды и задержан в осветлителе в виде осадка. В противном случае создается опасность загрязнения ионитов ОУ.
     Обычно доза коагулянта составляет 0,6-1,2мг-экв/л.
     Для определения дозы коагулянта проверяют общую щелочность исходной воды и воды после обработки коагулянтом, при этом их разность будет соответствовать дозе коагулянта:
     Дкг = Щисх - Щкв
     в) Значение рН-среды.
     Этот показатель при коагуляции оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза сернокислого алюминия. Точное значение рН устанавливается лабораторными опытами. Оптимальное значение рН при коагуляции находится в пределах 6,5-7,5.
     При рН>7,5 в обрабатываемой воде происходит растворение гидроокиси алюминия, что может привести к образованию алюминатов, которые, минуя все последующие стадии обработки воды, могут проникнуть в энергетические котлы и вызвать накипеобразование.
     Также при увеличении рН больше 7,5, вследствие растворения гидроокиси алюминия, происходит нарушение шламового фильтра, в связи, с чем происходит вынос взвешенных веществ из осветлителя.
     При рН<6,5 происходит не полный гидролиз сернокислого алюминия, а также снижется его скорость, что также неблагоприятно влияет на процесс коагуляции и способствует выносу коллоидных и грубодисперсных веществ из осветлителя.
     
     2. Обессоливающая установка 1 ступени.
     Фильтрация противоточного НI.
     Назначение: поглощение из коагулированной осветленной воды катионов солей жесткости (Ca2+, Mg2+, Na2+ и др.).
     После фильтрации на НI фильтрах Н-катионированная вода поступает на анионитовые фильтры I ступени.
     Химические процессы во время фильтрации.
     В процессе фильтрации в НI протекают следующие химические реакции:
                 Mg(NO3)2 + 2H+Rk       		 Mg+Rk2 + 2HNO3
                 Mg(SO4)2 + 2H+Rk         	 Mg+Rk2 +.......................