脱盐水站设计

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1、天津工业大学环境工程课程设计题目:脱盐水站设计 姓 名 甘愿 胡继旋 顾亚然 韩冰 学 院 环化学院 专 业 环境工程 指导教师 赵学辉 职 称 副教授 2013 年 10 月 23 日目 录第一章 脱盐水站设计任务和要求概述1 1.1编制依据1 1.2技术规范和要求1 1.3案例介绍2 1.4深井水水质指标2 1.5水质分析3第2章 脱盐技术工艺比选及分析4 2.1脱盐概述4 2.2蒸馏法4 2.3离子交换法4 2.4反渗透法5 2.5简单工艺流程图5 2.6工艺介绍 6第3章 设计计算8 3.1取水设备有关计算8 3.2预处理设备有关计算8 3.3结垢倾向计算8 3.4反渗透装置设计有关计

2、算8 3.5反渗透清洗装置有关计算9第四章 设计图纸11 4.1脱盐水站水量平衡设计图11参考文献12附件1脱盐水站工艺管道仪表流程图12附件2脱盐水站平面设置图12附件3脱盐水站设备清单12谢辞14天津工业大学环境工程课程设计第一章 脱盐水站设计任务和要求1.1编制依据表1-1序号项目内容规定1工程名称脱盐水站设计2建设规模500m2 3质量标准合格 1.2技术规范和要求1.2.1设计原则 根据脱盐水站的产水水量和产水水质的要求，本着工艺设备先进、可靠、最大限度地提高系统的性能价格比的原则进行设计。1.2.2标准和规范 表1-2国家法律法规 序号名称备注1中华人民共和国合同法2中华人民共和国

3、建筑法3其他相关法律表1-3工程规范及标准序号名称备注1给排水手册2海德能膜产品技术手册1.3案例介绍某国际花卉养殖基地主要养殖国际名贵花卉，其市场主要分布在东南亚，日本以及韩国，所养花卉比较娇贵，每天需要用超纯水配置营养液进行浇灌，要求超纯水中的TDS不大于10s/cm，硼不得大于1mg/l，该养殖场每天需要超纯水150m3/h，原水为地下井水，其水质指标见下表：1.4深井水水质指标表1-4 深井水水质指标分析项目指标分析项目指标阳离子K+0.6 mg/lPH8.21Na+221.3 mg/lSiO215.9 mg/lCa2+13.5 mg/l总矿化度830.7 mg/lMg2+5.5 mg

4、/l固形物605 mg/lNH4+0.05 mg/l总硬度56.1 mg/l总计240.9mg/l永久硬度0阴离子Cl-86.9mg/l暂时硬度56.1 mg/lSO42-35.5 mg/l负硬度314.2 mg/lHCO3-451.5 mg/l总碱度370.3 mg/lCO32-0.0 mg/l总酸度2.5 mg/lNO-30.74 mg/l游离CO22.2 mg/l总计573.9 mg/lCODMn1.19 mg/lFe2+色度5度Fe3+浊度1NTUAl0.01 mg/l肉眼可见物无Zn0.02mg/l嗅、味无Cu0.02 mg/lHg0.0001 mg/lMn0.07 mg/lTCr0

5、.002 mg/lTFe0.03 mg/lCr6+0.004 mg/lLi0.01 mg/lAs0.008 mg/lSr0.17 mg/lPb0.005 mg/lBa0.061 mg/lCd0.001 mg/lNi0.01 mg/lCN-0.001 mg/lNO-20.002 mg/l酚0.002 mg/lF-5.58 mg/lI-0.05 mg/lBr-0.1 mg/lPO43-0.47mg/lH3BO32.01 mg/lAg0.005 mg/lCoMoSe0.001 mg/lH2SiO320.7 mg/l1.5水质分析 由表1-1可知原水COD较低，总硬度较低，总碱度较低，浊度色度较低，总

6、矿化度高，水质较为良好。第2章 脱盐技术工艺比选及分析2.1脱盐概述 脱盐简单地说就是去除水中的阴阳离子。脱盐的方法有电渗析、蒸馏、离子交换、反渗透等。下面将介绍对比几种方法，以确定我们所要选的工艺。2.2蒸馏法2.2.1简单介绍 将盐水在一定压力下加热到某一温度(此温度低于该压力下水的饱和温度，因此盐水尚未沸腾)，然后引入一个压力较低的容器(称之为第一级蒸发器)中，这时由于盐水温度明显高于此压力下水的饱和温度，故在该容器中盐水剧烈沸腾，急速汽化变成蒸汽，这就是闪蒸。2.2.2工艺特点 蒸馏除盐法具有以下特点：(1)水与盐分离的推动力为热能。(2)适合于利用工业余热制水，例如利用化工厂中需要冷

7、却的高温工艺介质、地热水、汽轮的低压抽汽加热盐水，往往可以获得较好的经济效益(3)容易制造成简易的小型蒸馏设备，只要有电即可生产除盐水，因此，该技术常用于实验室。 (4)设备的操作弹性小，是设计值的80%110%，不适应于造水量要求可变的场合；当其传热管腐蚀穿孔将污染水质。(5)除盐的彻底性不如离子交换法，不适合除盐水的精制。(6)对于含盐量高的水源(如海水、苦咸水)，经济性不如反渗透法;对于含盐量低的水源(如江河水、大多数水库水)，经济性不如离子交换法。因此，在许多情况下蒸发除盐法不是人们的首选方法。(7)用蒸馏法淡化海水的水利用率为25%。40%。2.3离子交换法2.3.1简单介绍 离子交

8、换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。2.3.2工艺特点 离子交换法技术成熟，使用经验多，出水水质好；但工艺系统和运行管理较复杂，不能连续出水，再生废液会造成二次污染。此法用于原水含盐量小于500mg/L时比较经济。2.4反渗透法2.4.1简单介绍 反渗透

9、法可同时有效的去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌，与电渗析法相比，其优点是产品水的回收率、脱盐率以及产品水的纯度均较高；缺点是操作压力高，对进水预处理要求高，浓水若不能适当处理将会造成二次污染。反渗透适用的原水含盐量范围为300035000mg/L，是目前应用较多的一种除盐技术。2.4.2工艺特点 反渗透较其他除盐方法：1、是在室温条件下，采用无相变的物理方法使水淡化，纯化；2、依靠水的压力作为动力，能耗在众多的方法中最低；3、化学药剂少，无需酸、碱再生处理；4、无化学废液及废酸碱排放，无酸碱中和处理过程，无环境污染；5、系统简单，处理方便，产水水质稳定，两级反渗透可取得高质量的纯水；

10、6、使用于较大范围的原水水质，既适用于苦咸水、海水及污水的处理，也适用于低盐度的淡水处理；7、设备占地面积少，需要的空间小；8、运行维护和设备维修工作量小。2.5简单工艺流程图 根据以上分析设定初步流程为：原水预处理+反渗透工艺 图2-1为简易的脱盐水站工艺流程图2.6工艺介绍2.6.1取水系统 由于原水为深井水，采用低压泵抽取。2.6.2预处理系统预处理部分由预过滤器，超滤装置，水箱，反洗泵，自动投药设备以及保安过滤器组成。1) 预过滤器：在超滤组件前安装150m的预处理，以防中空丝堵塞。使用Hayward Fluid Engineering制造的可自动反洗的筛网。设置压降达到设定值(约5p

11、si)时，其进行自动反洗，2) 超滤装置：使用3套24支60组装的HYDRABLOC3) 反洗系统：反洗压力35psi，反洗频率30min一次，反洗时间30s每次；加药反洗(CEB)频率每天3次；加药反洗(CEB)时间每次5分钟，加药反洗所用药剂：使用15ppm的次氯酸钠或30ppm的过氧化氢除菌杀毒；化学清洗每一个半月一次，使用柠檬酸。4) 水箱：暂时的储水容器，进水箱前投加杀菌剂DBNPA（2,2-二溴-3-氰基丙酰胺），除去水箱及在进入反渗透装置前滋生的细菌、微生物，减小对膜的污染。5) 保安过滤器：精密过滤器又称保安过滤器，一般设置在压力容器之前，其作用为阻挡大于5m颗粒杂质进入反渗透

12、系统，来满足后续工序对进水的要求；有时也设置在整个水处理系统的末端，防止细小微粒进入成品水。6) 自动投药设备：浓水在进入保安过滤器之前加入阻垢剂与还原剂NaHSO3，调节透系统进水为酸性,从而保护高压泵和反渗透膜。2.6.3反渗透系统：反渗透系统由低压泵、高压泵、二级反渗透装置、纯水箱及反冲洗装置组成。RO清洗装置包括清洗箱、保安过滤器和清洗泵等，阀门的开启状态可反馈到监控计算机。监控计算机根据累计的运行流量决定反洗时间，一台反洗时另一台工作，保证连续供水。图2-1简易的脱盐水站工艺流程图 第3章 设计计算3.1取水设备有关计算： 给水压力由水温、HYDRABLOC膜堆高度及其它参数决定，一

13、般小于35psi。下面的公式可以计算所需给水泵最大输出压力： P feed=202.72-0.019(T-20)+ P filter+P filtrate+H memb /2.30 P feed :进水需要压力(psi) T :进水最低温度() P filter:预过滤的最大压力损失(psi) P filtrate :过滤所需压力(psi) H memb :平均膜组件高度(ft)取进水压力30psi，即为0.21Mpa，则扬程H=0.21102+7=11m3.2预处理设备计算：超滤反洗水流量：324600.22711/60=16.35m3/h超滤产水流量：379=237m3/h反洗泵扬程：10

14、2350.006895=24.6m 取25m3.3结垢倾向计算：表3-2 常见难溶盐在一定温度下的溶度积物质分子式温度/C溶度积物质分子式温度/C溶度积碳酸钙CaCO4258.710-9硫酸锶SrSO417.42.8110-7硫酸钙CaSO4254.910-5氟化钙CaF2253.44510-11硫酸钡BaSO4 251.0810-10CaSO4 =Ca2+SO42-=（13.54/40000）（35.54/98000）=1.9410-6BaSO4 =Ba2+SO42-=2.610-9SrSO4 =Sr2+SO42-=1.0910-83.4反渗透装置计算：一级高压泵：操作压力为1.07MPa，

15、则扬程H=1.07102m=110m，流量Q=240 m3/h保安过滤器：精度5m滤芯中间水箱：按20min停留时间，V=176.5（20/60）m3=58.9 m360 m3加药泵（调PH=10、HY-710）：药剂浓度按标液稀释后111g/L计，投加量按10mg/L Q=（176.510）/111 L/h=15.9 L/h二级高压泵：操作压力为0.7MPa，则扬程H=0.7102m=72m，流量Q=180 m3/h纯水箱：按30min停留时间，V=2000.5 m3=75m3第一级反渗透装置：1) 选用海德能ESPA2-8040低压膜元件2) 查找设计导则，膜设计通量30L/(m2h),膜

16、面积37m2 单支膜元件产水量为3037=1110 L/(m2h)=1.11 m3/h3) 进水流量237m3/h 需膜元件数量Ne=237/1.11214， 则用6芯膜壳时，共需压力容器数为Nv=214/6=36，采用6/2+6/1（二段）排列，即24：12。此时，实际平均膜通量为237/216=1.1 L/(m2h)4) 回收率为80%，产水产量为Q2=23780%=189.6m3/h第二级反渗透装置：1) 选用 海德能ESPAB-8040高脱硼极超低压膜元件2) 膜设计通量39L/(m2h)，膜面积37m33) 单支膜元件产水量为3937=1443 L/(m2h)=1.443 m3/h4

17、) 系统需膜元件数量为Ne=189.6/1.443131，采用5芯压力容器，共需压力容器数为Nv=131/5=26.326，采用3:1，即21:7。此时，实际平均膜通量为189.6/（285）=1.35L/(m2h)5) 系统回收率为90%，则出水流量为189.690%=170m3/h，满足出水150m3/h以及超滤反洗用水16.35m3/h综上，一级RO按脱盐率96%计算：产水TDS=605（1-0.96）/L=24.2/L二级RO按脱盐率85%计算：产水TDS=24.2（1-0.85）/L=3.63/L，符合要求。脱硼率按96%计算，二级RO产水量：Q=2（1-0.96）/L=0.08/L

18、，符合要求。 3.5反渗透清洗装置计算：当跨膜压差达到增加到初始值1.5倍时，反洗，反洗时间30min。清洗水箱：由每支8 in.膜元件50L知，V=36650+28550 L= 17.8m3加药泵（HY-410清洗剂）：药剂浓度按标液稀释后20g/L计，投加量按10mg/L Q=（38410）/20 L/h=0.192m3/h高压泵：由每支8 in.压力容器6 m3/h得， Q= (36+28)6m3/h= 384m3/h 由跨膜压差约0.2MPa，管道和压力容器压力下降约0.05MPa，清洗保安过滤器约0.05MPa，则扬程H=102（0.2+0.05+0.05）m=30.6m取32m。则

19、低压泵扬程H=0.05102m=5.1m。第4章 设计图纸 4.1水量平衡设计图 根据计算得出水量平衡图，如图4-13图4-1 脱盐水站水平衡设计图参考文献1 周正立反渗透水处理应用技术及膜水处理剂北京：化学工业出版,2005.2 靖大为. 反渗透系统优化设计. 北京：化学工业出版社, 2006.3 冯逸仙. 反渗透水处理系统工程. 北京：中国电力出本社, 2005.4 邵刚. 膜法水处理技术. 北京：冶金工业出版社, 2000.设备名称性能及规格数量备注取水设备深井潜水泵直径500mm 深6m 1Q60t/h H20m 13KW 5一台备用预处理设备预过滤器超滤设备附属设备150m Hayw

20、ard Fluid Engineering制造的可自动反洗的筛网美国海德能公司制造24支60组装的HYDRABLDC3水箱20m3 高速离心泵（用于反洗）200m3/h H=25m反渗透设备保安过滤器流量30m3/h 精度5um8一级高压泵Q=60m3/h H=110m5一台备用二级高压泵Q=60m3/h H=50m4反渗透装置膜组件ESPAZ-8040 膜组件ESPAB-8040 6芯压力容器 5芯压力容器216 140 36 28 电源及控制设备变压器总配电柜高压泵柜整流柜变压器 220V60A/100V16中央监控设备计算机显示器打印机监控软件包255 林庆峰, 俞威, 狄小伟, 王炜. 工业水处理, 2008,28(3):7477附件1 设备清单 感谢大家阅读此说明书，请批评指正。团队分工：任务书总编辑：甘愿 设计计算：甘愿设计计算电子稿：甘愿设备清单：韩冰、顾亚然工程平面设计图：甘愿工程工艺管道仪表流程图：甘愿Ppt制作：韩冰、顾亚然材料收集及总结：胡继旋工艺流程设计：胡继旋12