Подготовка и конденсация воды

Курсовая работа

“Подготовка и конденсация воды”

Одесса 2010

Введение

В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя и рабочего тела, чему способствует широкое распространение воды в природе и ее особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул. Полярность молекул воды, характеризуемая дипольным моментом, определяет большую энергию взаимного притяжения молекул воды (ориентационное взаимодействие) при температуре 10…30 С и соответственно большую теплоту фазового перехода при парообразовании, высокую теплоемкость и теплопроводность. Значение диэлектрической постоянной воды, также зависящей от дипольного момента, определяет своеобразие свойств воды как растворителя.

При нагреве воды на поверхностях нагрева образуются твердые отложения накипеобразующих солей. При испарении воды в пар переходят коррозионно-активные газы, которые способствуют разрушению поверхности охлаждения и генерируют новые вещества, образующие отложения из продуктов коррозии.

Надежность работы энергетического оборудования на станции непосредственно связана с качеством подпиточной воды котлов. Правильно рассчитанный, смонтированный и эксплуатируемый комплекс водоподготовки, дополненный химической программой коррекции котловой воды, является необходимым условием долговечной и экономичной работы любого котлоагрегата.

В условиях эксплуатации энергетического оборудования на ТЭС или АЭС при организации водного режима необходимо создавать условия, при которых обеспечиваются минимальные значения скорости коррозии и снижение накипных отложений. Отложения могут образовываться из примесей, поступающих в воду теплоэнергетических установок от внешних и от внутренних источников.

Исходные данные

Исходной водой является вода Бассейны Ингула со следующим химическим составом:

-биогенные компоненты:

=1,66 мг/л;;

NO2+=0,030 мг/л;

NO3+=0,11 мг/л;

Fe=0,11 мг/л;

P=0,060мг/л;

Si=5,9 мг/л;

-окисляемость:

БО=28,4 мгО2/л;

ПО=7,8мгО2/л;

-главные ионы:

HCO3-=294,7 мг/л;

SO42-=67,8 мг/л;

Cl-=55,7 мг/л;

Ca2+=92,3 мг/л;

Mg2+=15,9 мг/л;

Na++K+=38,5мг/л;

-Жо=5,9 мг-экв/л;

Блоки: 210МВт 6шт.

Таблица 1

			Общая концентрация						Электро провод ность, χ=Сλf мкСм/см
Молекуля рная масса "М"	Эквива лентная масса "Э"	Обозначения	Исх. концентрация		Скорректированная концентрация
			[H] мг/кг	[C]мг-экв/кг	[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%
40,08	20,04	Ca2+	51,8	2,585	51,8	2,585	0,0013	0,005	110,67
24,03	12,01	Mg2+	10,8	0,899	10,8	0,899	0,0004	0,001	40,8
23	23	Na+	6,4	0,278	11,884	0,517	0,0005	0,001	23,84
1	1	H+
		Сумма Kt		3,762		4,001
17	17	OH-
61	61	HCO3-	199,7	3,274	199,7	3,274	0,0033	0,020	134,18
60	30	CO32-
96	48	SO42-	17,3	0,360	17,3	0,360	0,0002	0,002	20,75
35,46	35,46	Cl-	13,0	0,367	13,0	0,367	0,0004	0,001	25,78
		Сумма An		4,001		4,001
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы							Значения
NH4-,мг/л	0,60	моль/л							0,006
NO2-, мг/л	0,02	f’							0,921
NO3-, мг/л	0,11	f“							0,720
Fe, мг/л	0,10	CО2ф,моль/л							0,00002
P, мг/л	0,04	СО2р,моль/л							0,00016
Si, мг/л	0,00	рНф							8,59
БО, мгО2/л	10,7	рНр							7,75
ПО, мгО2/л	4,00	Ис							0,84
Жо, мг-экв/л	3,7	Жо-расчетное значение, мг-экв/л							3,48
СС,мг/л		СС, расчетное значение мг/л							304,48
		Электропроводность,Сf,мкСм/см							356,02

Расчёт и корректировка исходного состава воды

Для начала найдём эквивалентные массы ионов:

Э = М/Z,

где М- молярная масса иона;

Z- заряд иона.

Э(Са2+) = 40,08/2 = 20,04 г-экв;

Эквиваленты остальных ионов считаются аналогично.

Расчет начинаем с анионного состава воды:

[С] = [Н]/Э,

где [Н]- концентрация иона, выраженная в мг/л,

Э- эквивалент иона.

С(HCO3-) =3,274мг-экв/кг;

С(SO42-) = 0,360мг-экв/кг;

C(Cl-) = 0,367 мг-экв/кг.

Σ An = 4,001мг-экв/кг.

Рассчитаем катионный состав воды:

С(Са2+) = 2,585мг-экв/кг;

С(Mg2+) = 0,899мг-экв/кг;

С(Na+) = 0,278мг-экв/кг;

Σ Kt = 3,762мг-экв/кг.

Правильность определения концентраций катионов и анионов, т.е. солей, образованных эквивалентным количеством ионов, проверяют на основании закона электронейтральности по уравнению:

Σ Kt=ΣAn.

При несоблюдении этого условия, следует скорректировать состав воды. Это достигается путём добавления натрия Na+.

Т.о. закон электронейтральности соблюдается.

Пересчитаем значения концентраций примесей в другие виды концентраций: [N]= [Н]/(М.1000), моль/л;

Пересчёт остальных концентраций осуществляется аналогично.

[С]= [Н]/104,%

Ионная сила раствора равна полусумме произведений молярных концентраций на квадраты их зарядов.

μ = 0,5

Коэффициент активности – функция ионной силы раствора:

lg f' = -0.5Zi2 ,

f = 10,

Концентрация в природных водах недиссоциированных молекул Н2СО3 составляет обычно лишь доли процента от общего количества свободной углекислоты, под которым понимают сумму Н2СО3+ СО2.

Равновесное значение суммы Н2СО3+ СО2, моль/кг

Н2СО3+ СО2 = ,

и рН – равновесное

Таблица 2

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации после коагуляции				Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%	ность, мкСм/см
40.08	20.04	Ca2+	51.800	2.585	0.0013	0.005	109.97
24.03	12.01	Mg2+	10.800	0.899	0.0004	0.001	40.54
23	23	Na+	11.884	0.517	0.0005	0.001	
1	1	H+
		Сумма Kt		4.001
17	17	OH-
61	61	HCO3-	169.200	2.774	0.003	0.017	113.50
60	30	CO32-
96	48	SO42-	41.300	0.860	0.000	0.000	49.23
35.46	35.46	Cl-	13.000	0.367	0.000	0.001	25.74
		Сумма An		4.001
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы					Значения
NH4+, мг/л	0.300	моль/л					0.006
NO2-, мг/л	0.011	f'					0.920
NO3-, мг/л	0.055	f''					0.715
Fe, мг/л	0.030	СО2 моль/л					0.0005
P, мг/л	0.022	pH					7.153
Si, мг/л	0.000	Жо - расчетное значение, мг-экв/л					3.484
БО, мгО2/л	5.350	CC, расчетное значение мг/л					297.984
ПО, мгО2/л	2.000	Электропроводность, СfмкСм/см					362.783
Dk,мг-экв/л	0.500

Вывод: Величина pH имеет оптимальное значение, т.к. входит в интервал 5,5-7,5. Бикарбонатная щелочность увеличилась на дозу коагулянта, а содержание сульфатов увеличилось.

Коагуляция исходной воды

В данном случае, в качестве коагулянта использовался сернокислый алюминий Al2(SO4)3.

Доза добавляемого коагулянта:

Dk = 0,07.ПО = 0,12.8,1 = 0,972мг-экв/л.

Т.к. Dk>0,5 принимаем это значение равное 0,5 мг-экв/л.

Оптимальное значение рН при коагуляции с сернокислым алюминием находится в интервале 5,5 – 7,5. Значение величины рН среды при коагуляции оказывает влияние на скорость и полноту гидролиза.

При коагуляции в обрабатываемой воде увеличивается содержание сульфатов, но уменьшается бикарбонатная щелочность на дозу коагулянта. Катионный состав воды не меняется.

Таблица 3

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)									После гидратного известкования								Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг		[C] мг-экв/кг		[N] моль/кг		%			[H] мг/кг		[C] мг-экв/кг		[N] моль/кг			%	ность,мкСм/см
40,08	20,04	Ca2+	65,606		3,274		0,0016		0,0066			31,088		1,551		0,0008			0,0031	69,44
24,03	12,01	Mg2+	10,8		0,899		0,0004		0,0011			7,782		0,648		0,0003			0,0008	30,74
23	23	Na+	11,884		0,517		0,0005		0,0012			11,884		0,517		0,0005			0,0012	24,11
1	1	H+
		Сумма Kt			4,69									2,716
17	17	OH-										5,100		0,300		0,0003			0,0005	55,4
61	61	HCO3-	199,7		3,274		0,0033		0,02			19,215		0,315		0,0003			0,0019	13,05
60	30	CO32-										5,550		0,185		0,0001			0,0006	9,65
96	48	SO42-	17,3		0,360		0,0002		0,0017			41,3		0,860		0,0004			0,0041	51,8
35,46	35,46	Cl-	37,43		21,056		0,0011		0,0037			37,43		1,056		0,0011			0,0037	75,06
		Сумма An			4,69									2,716
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы									Значения
NH4+, мг/л	0,3	моль/л									0,004
NO2-, мг/л	0,011	f'									0,931
NO3-, мг/л	0,055	f''									0,752
Fe, мг/л	0,33	СО2 моль/л									0,0005
P, мг/л	0,022	pH									10,446
Si, мг/л	0	Жо - расчетное значение, мг-экв/л									2,199
БО, мгО2/л	5,35	CC, расчетное значение мг/л									154,249
ПО, мгО2/л	2	Электропроводность, СfмкСм/см									329,249
Dk,мг-экв/л	0,5
Dи,мг-экв/л	3,78
Иизв,мг-экв/л	0,300
DCaCl2,мг-экв/л	-0,689
		Mg2+max		0,596

Коагуляция с известкованием исходной воды (гидратный режим)

Гидратный режим известкования благоприятен для удаления магния, соединений железа, кремния и для осветления воды.

Для расчёта данной таблицы использовали коагулянт – сернокислое железо FeSO4 и гашёную известь Са(ОН)2. Оптимальное значение рН находится в интервале 9 – 10,5. Доза коагулянта Dk = 0,5 мг-экв/л.

Т.к. воды относятся к III группе и являются щелочными, т.е содержание ионов НСО3- находится в избытке по сравнению с остаточной жесткостью, то известкование в этом случае является нецелесообразным. Воду из III группы переводят в I путем добавления CaCl2 эквивалентно содержанию HCO3-.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Приняв значение ОН, определяем остаточную концентрацию иона Mg2+.

Mg2+ост =  мг-экв/л.

Используя закон электронейтральности, находим остаточную концентрацию ионов Са2+:

Концентрация сульфатов увеличивается на дозу коагулянта.

Таблица 4

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)				После бикарбонатного известкования					Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%	[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг		[N] моль/кг	%	ность, мкСм/см
40,08	20,04	Ca2+	51,8	2,585	0,0013	0,0052	21,443	1,07		0,0005	0,0021	48,48
24,03	12,01	Mg2+	10,8	0,899	0,0004	0,0011	10,8	0,899		0,0004	0,0011	43,17
23	23	Na+	11,884	0,517	0,0005	0,0012	11,884	0,517		0,0005	0,0012	24,18
1	1	H+
		Сумма Kt		4,001				2,486
17	17	OH-					1,190	0,070		0,0001	0,0001	12,97
61	61	HCO3-	199,7	3,274	0,0033	0,02	23,485	0,385		0,0004	0,0023	16,0
60	30	CO32-					3,450	0,115		0,0001	0,0003	6,07
96	48	SO42-	17,3	0,36	0,0002	0,0017	41,3	0,86		0,0004	0,0041	52,42
35,46	35,46	Cl-	37,43	1,056	0,0011	0,0037	37,43	1,056		0,0011	0,0037	75,28
		Сумма An		4,69				2,486
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы					Значения
NH4+,мг/л	0,3	моль/л					0,004
NO2-, мг/л	0,011	f'					0,934
NO3-, мг/л	0,055	f''					0,761
Fe, мг/л	0,03	СО2 моль/л					0,0005
P, мг/л	0,022	pH					9,816
Si, мг/л	0	Жо - расчетное значение, мг-экв/л					1,969
БО, мгО2/л	5,35	CC, расчетное значение мг/л					149,792
ПО, мгО2/л	2,0	Электропроводность, СfмкСм/см					278,574
Dk,мг-экв/л	0,5
Dи,мг-экв/л	3,481
Иизв,мг-экв/л	0,07
DCaCl2,мг-экв/л	0

 

Коагуляция и известкование исходной воды (карбонатный режим)

В качестве коагулянта используется сернокислое железо, доза которого Dk = 0,5 мг-экв/л.

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Приняв значение ОН, определяем остаточную концентрацию иона Mg2+.

Mg2+ост =  мг-экв/л.

Концентрацию магния не изменяется.

Остаточная концентрация кальция рассчитывается из закона электронейтральности (концентрация ионов магния и натрия не изменяется):

Карбонатный режим применяют: 1) когда вынужденно приходится использовать в качестве коагулянта сернокислый алюминий; 2) при необходимости исключить выделение магниевых соединений, чтобы в случае соблюдения определённых гидравлических условий получать при известковании крупнокристаллический осадок. При карбонатном режиме несколько уменьшается расход извести (по сравнению с гидратным режимом).

Таблица 5

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)									После известкования и содирования					Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг		[C] мг-экв/кг		[N] моль/кг		%			[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг	[N] моль/кг	%		ность,мкСм/см
40,08	20,04	Ca2+	65,606		3,274		0,0016		0,0066			1,922	0,096	0,00005	0,0002		4,54
24,03	12,01	Mg2+	10,8		0,899		0,0004		0,0011			5,185	0,432	0,0002	0,0005		21,64
23	23	Na+	11,884		0,517		0,0005		0,0012			11,884	2,238	0,0005	0,0012		105,89
1	1	H+
		Сумма Kt			4,69								8,199
17	17	OH-										5,950	0,350	0,0004	0,0006		65,54
61	61	HCO3-	199,7		3,274		0,0033		0,02			12,200	0,200	0,0002	0,0012		8,4
60	30	CO32-										9,000	0,300	0,0002	0,0009		16,53
96	48	SO42-	17,3		0,36		0,0002		0,0017			41,3	0,86	0,0004	0,0041		54,74
35,46	35,46	Cl-	37,43		1,056		0,0011		0,0037			37,43	1,056	0,0011	0,0037		76,1
		Сумма An			4,69								2,766
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы									Значения
NH4+, мг/л	0,3	моль/л									0,003
NO2-, мг/л	0,011	f'									0,944
NO3-, мг/л	0,055	f''									0,795
Fe, мг/л	0,030	СО2 моль/л									0,0005
P, мг/л	0,022	pH									10,519
Si, мг/л	0	Жо - расчетное значение, мг-экв/л									0,528
БО, мгО2/л	5,35	CC, расчетное значение мг/л									158,519
ПО, мгО2/л	42,0	Электропроводность, СfмкСм/см									353,369
Dk,мг-экв/л	0,5
Dи,мг-экв/л	3,948
Иизв,мг-экв/л	0,350
Dс,мг-экв/л	1,722
DCaCl2,мг-экв/л	-0,689
		Mg2+max		0,403
		Са2+мах		0,088

Коагуляция с известкованием и содированием исходной воды

Доза извести считается следующим образом:

Dи = СО2исх + ΔНСО3- + Dk+Ии, мг-экв/л;

Происходящие при известково-содовом умягчении основные химические процессы описываются следующими уравнениями:

а2СО3 → 2 Nа+ + СО32-;

Са(ОН)2 → Са2+ +2ОН-;

СО2 + 2ОН- → СО32- + Н2О;

Н+ + ОН- → Н2О

НСО3- → Н+ + СО32-

НСО3- + ОН- = СО32- + Н2О;

Са2+ + СО32- → СаСО3↓;

Мg2+ + 2ОН- → Мg(ОН)2↓.

Приняв значение ОН- определяем остаточную концентрацию ионов кальция и магния. Концентрация сульфатов увеличивается на дозу коагулянта.

Т.о. остаточную концентрацию натрия определяем из закона электронейтральности.

Таблица 6

Молекуляр-	Эквивалент-	Обозначения	Концентрации(С СаСl2,Ca=HCO3)							После известкования с обескремниванием							Электропровод-
ная масса "М"	ная масса "Э"		[H] мг/кг	[C] мг-экв/кг		[N] моль/кг		%		[H] мг/кг		[C] мг-экв/кг			[N] моль/кг	%	ность, мкСм/см
40,08	20,04	Ca2+	65,606	3,274		0,0016		0,0066		33,328		1,663			0,00108	0,0033	74,53
24,03	12,01	Mg2+	108	0,899		0,0004		0,0011		6,440		0,536			0,0003	0,0006	25,46
23	23	Na+	11,884	0,517		0,0005		0,0012		11,884		0,517			0,0005	0,0012	24,12
1	1	H+
		Сумма Kt		4,69								0,276
17	17	OH-								5,100		0,300			0,0003	0,0005	55,42
61	61	HCO3-	1997	3,274		0,0033		0,02		23,485		0,385			0,0004	0,0023	15,96
60	30	CO32-								3,450		0,115			0,0001	0,0003	6,00
96	48	SO42-	17,3	0,36		0,00202		0,0017		41,3		0,86			0,0004	0,0041	51,85
35,46	35,46	Cl-	37,43	1,056		0,0011		0,0037		37,43		1,056			0,0011	0,0037	75,08
		Сумма An		4,69								2,716
Обозначения	Значения	Обозначения и расчетные формулы								Значения
NH4+, мг/л	0,3	моль/л								0,004
NO2-, мг/л	0,011	f'								0,932
NO3-, мг/л	0,055	f''								0,753
Fe, мг/л	0,03	СО2 моль/л								0,00052
P, мг/л	0,022	pH								10,446
Si, мг/л	0	Жо - расчетное значение, мг-экв/л								2,199
БО, мгО2/л	5,35	CC, расчетное значение мг/л								157,317
ПО, мгО2/л	2,0	Электропроводность, СfмкСм/см								328,418
Dk,мг-экв/л	0,5
Dи,мг-экв/л	3,711
Иизв,мг-экв/л	0,300
DCaCl2,мг-экв/л	0,689
		Mg2+max			0,493

Вывод: Для данных вод с содержанием ГДП>2 мг/л, Ок>4 мгО2/л, Жк>2 мг-экв/л, Жнк<10 мг-экв/л, концентрацией Si<3 мг/л оптимальной схемой предочистки является К+Иг+Ф и К+Иб+Ф.

Коагуляция с известкованием и магнезиальным обескремниванием исходной воды

Основным из числа методов магнезиального обескремнивания воды является метод обескремнивания каустическим магнезитом. Одновременно с обескремниванием воды проводят её известкование и коагуляцию.

Известкование при магнезиальном обескремнивании производится для того, чтобы снизить щёлочность воды и создать должную величину рН. При рН<10удаление кремнекислых соединений будет затруднено из-за недостаточной диссоциации Н2SiО3. Кроме того, вследствие низкой концентрации в воде ионов ОН- обескремнивающий реагент будет взаимодействовать с бикарбонат-ионами исходной воды, свободной угольной кислотой, а также введённым в воду коагулянтом:

МgО + Н2О → Мg(ОН)2 → Мg2+ + 2ОН-;

ОН- + Н+ → Н2О;

НСО3- → СО32- + Н+;

СО2 + Н2О → Н2СО3 → Н+ + НСО3- → 2 Н+ + СО32-;

СО32- + Са2+ → СаСО3↓;