Содержание
TOC «Заголовок 1;2; Заголовок2;3; Заголовок 3;4; Для содержания 1;1» Введение______________________________________________________________________ PAGEREF _Toc404581609 h 3
1 Аналитический обзор_____________________________________________________ PAGEREF _Toc404581610 h 4
1.1 Характеристикавыбранного технологического процесса_____________________ PAGEREF _Toc404581611 h 4
1.2 Анализлитературных источников по выбранной проблеме___________________ PAGEREF _Toc404581612 h 4
2 Технологическая часть____________________________________________________ PAGEREF _Toc404581613 h 7
2.1 Характеристикахимического цеха________________________________________ PAGEREF _Toc404581614 h 7
2.2 Исходныеи вспомогательные материалы производства______________________ PAGEREF _Toc404581615 h 8
2.3 Обоснованиевыбранного способа производства____________________________ PAGEREF _Toc404581616 h 8
2.4 Физико-химическиеосновы процесса водоподготовки_______________________ PAGEREF _Toc404581617 h 9
2.5 Описаниетехнологической схемы ВПУ__________________________________ PAGEREF _Toc404581618 h 12
2.5.1 Составсистемы ВПУ______________________________________________ PAGEREF _Toc404581619 h 12
2.5.2 Эксплуатационныеограничения_____________________________________ PAGEREF _Toc404581620 h 12
2.5.3 Характеристикаоборудования_______________________________________ PAGEREF _Toc404581621 h 13
2.5.4 Третьяступень ВПУ_______________________________________________ PAGEREF _Toc404581622 h 15
2.5.5 Описаниеработы ВПУ_____________________________________________ PAGEREF _Toc404581623 h 16
2.6 Эффективностьработы химводоочистки НВ АЭС__________________________ PAGEREF _Toc404581624 h 17
2.7 Характеристикаи принцип действия ионитного параллельноточного фильтра I ступени ФИПаI – 2,6 –0,6__________________________________________________________________ PAGEREF _Toc404581625 h 17
2.8 Технологическийрасчет Н-катионитного фильтра I ступени_________________ PAGEREF _Toc404581626 h 19
3 Экологическая часть_____________________________________________________ PAGEREF _Toc404581627 h 23
3.1 Краткаяхарактеристика веществ, поступающих в окружающую среду на данном производствеPAGEREF _Toc404581628 h 23
3.2 Экологическийконтроль производства___________________________________ PAGEREF _Toc404581629 h 23
3.3 Мероприятияпо снижению уровня сброса загрязняющих веществ в окружающую среду и влияниевыбросов на здоровье человека______________________________________________ PAGEREF _Toc404581630 h 24
4 Охрана труда и техника безопасности______________________________________ PAGEREF _Toc404581631 h 25
5 Аналитический контроль производства_____________________________________ PAGEREF _Toc404581632 h 27
Заключение___________________________________________________________________ PAGEREF _Toc404581633 h 29
Списокиспользованных источников_____________________________________________ PAGEREF _Toc404581634 h 30
Технологический прогресс внауке и технике привел к развитию такой специфической отрасли химическойтехнологии, как обработка воды на тепловых и атомных электростанциях (ТЭС и АЭС).Большинство технологическихпроцессов обработки вод различных типов, в том числе и сточных, не относятся кразряду новой техники, а известны и используются сравнительно давно, постоянновидоизменяясь и совершенствуясь.
Для настоящего периодахарактерно постепенное превращение данной отрасли технологии в науку,опирающуюся не только на эмпирическое описание тех или иных процессов и аппаратов, но и на их теоретический расчет. В первуюочередь следует назвать такие, наиболее важные с точки зрения получения водывысокой степени чистоты процессы, как сорбция, ионный обмен и очистка воды отвзвешенных примесей методом фильтрования.
Новым технологическимпроцессом является удаление взвешенных и растворенных примесей воды на такназываемых намывных фильтрах.
Характерной особенностьюсуществующего в большинстве промышленно развитых стран уровня техническогоразвития является непрерывный рост дефицита пресной воды как источникаводоснабжения. В связи с этим применяемые методы обработки воды должны бытьпригодными также для обработки высокоминерализованных, в том числе морских вод.Характерным для этой отрасли технологии опреснения воды является использованиенаряду со старым методом применения испарителей некоторых новых методов. Из нихследует отметить мембранные методы обработки высокоминерализованных вод, кчислу которых относится метод гиперфильтрации (обратный осмос) иэлектродиализа.
Немаловажную роль в технологииочистки воды на ТЭС и АЭС играют процессы удаления растворенных газов какметодом десорбции (термическая деаэрация), так и с использованиемокислительно-восстановительных процессов (химическое обескислороживание воды,обескислороживание на редокситах).
Природная вода, разделяемаяусловно на атмосферную (дождь, туман, снег), поверхностную (реки, озера,пруды), подземную (артезианские скважины, шахтные колодцы) и соленую (моря,океаны), всегда содержит различные примеси. Характер и количество содержащихсяв воде примесей определяют качество воды, то есть характеризуют возможностьиспользования ее для различных целей в промышленности и в быту. Примесипоступают в воду, находящуюся в природном круговороте, из окружающей ее среды.
Таким образом, разработкатехнологии водоподготовки является актуальной задачей проектирования.
1
1.1
Выбираем цех водоподготовки. Основой этого цехаявляется водоподготовительная установка (ВПУ).
Водоподготовительнаяустановка НВ АЭС предназначена для глубокого обессоливания исходной воды рекиДон, с целью получения химобессоленной воды в соответствии с показателямикачества, предусмотренными соответствующей нормативно-техническойдокументацией.
Химобессоленная водаиспользуется при заполнении первых и вторых контуров после остановов (если приостанове требовалось дренирование оборудования), для восполнения потерьтеплоносителя второго контура, регенерации и отмывок систем очистки станционныхвод, приготовлении растворов реагентов, а также при протекании технологическихциклов вспомогательных систем АЭС.
1.2
Обессоливание природной водывключает в себя два основных процесса: предварительную обработку с цельюудаления механических примесей и последующую очистку ее методом ионного обмена.
При предварительной очистке(предочистке) воды осуществляется первый этап приготовления добавочной воды дляпитания паровых котлов, испарителей и других генераторов пара – удаляются изводы содержащиеся в ней грубодисперсные (взвешенные), коллоидные примеси, атакже некоторая часть растворенных (ионных) примесей. Оставшиеся в воде послепредочистки вредные примеси – преимущественно ионного характера – удаляются впроцессе второго этапа обработки (обычно умягчения) и ионитного либотермического обессоливания воды.
Удаление примесей в процессепредочистки осуществляется: добавлением осадительных реагентов с окончательнымосветлением воды в механических фильтрах или простым отстаиванием.
Продукты обработки воды(отходы) представляют собой твердые вещества, практически нерастворимые в воде,получаемые в виде водных суспензий (шламов).
Реагенты, используемые припредварительной очистке: сода, известь, едкий натр, коагулянты, флокулянты.
Известкование воды применяетсядля снижения щелочности, жесткости, сухого остатка воды, ее осветления,снижения концентрации соединений железа, органических соединений. Известкованиезаключается в дозировании в обрабатываемую воду суспензии извести, при гашениикоторой происходит гидратация CaO:
CaO + H2O = Ca(OH)2
Следующая стадия реакции –диссоциация Ca(OH)2:
Ca(OH)2 ® Ca2+ + 2OH-
и связывание растворенного в воде углекислого газа с образованием бикарбонатных и карбонатных ионов:
CO2 + OH- ® HCO3-,
HCO3 — +OH-®CO32-+ H2O
Карбонатные ионы взаимодействуют сприсутствующими в растворе Ca2+,и при повышении произведения растворимостиCaCO3, образующийся карбонат кальция выпадает в осадок:
CO32-+ Ca2+ ®CaCO3¯
Еслиизвести дозируется больше, чем расходуется на связывание CO2 и взаимодействие с HCO3-, повышаетсяпроизведение растворимости Mg(OH)2с выпадением его в осадок и снижением магниевой жесткости воды:
Mg2+ + 2OH-®Mg(OH)2¯
Для скорейшего осаждения выпадающихв осадок CaCO3 и Mg(OH)2 в известкованную воду дозируют коагулянт (чащесернокислое закисное железо FeSO4).При коагуляции в условиях известкования воды:
4FeSO4 + 4Ca(OH)2+ 2H2O + O2 ®4Fe(OH)3 + 4CaSO4
Доза вводимого коагулянта определяетсяэкспериментально и составляет 0,25 – 0,75
мг-экв/л.
Итак, предварительную очисткуосуществляют коагуляцией воды или очисткой ее в механических фильтрах.
Очистка воды от растворенныхпримесей осуществляется ионообменными методами с помощью фильтрующих материалов– ионитов и мембранными методами: обратноосмотическим и электродиализным.
Обессоливание воды методом обратногоосмоса основано на прохождении молекул воды через полупроницаемую мембрану,полностью или частично задерживающую молекулы или ионы растворенных веществ поддействием давления, превышающего осмотическое.
Движущая сила обратного осмоса– градиент давления DР:
DР = Р – (П1 – П2),
где Р – рабочее давлениеобрабатываемой воды;
П1 – осмотическое давлениеобрабатываемой воды;
П2 – осмотическое давлениеобработанной воды.
Осмотическое давление зависитот концентрации растворенного вещества и его природы.
Применяют мембраны наполимерной (полиамидной) основе. Мембранная пленка – это активный поверхностныйслой толщиной 0,25 – 0,5 мкм, нанесенный на инертную подложку толщиной 100 –200 мкм.
Эффективность обессоливанияводы обратным осмосом составляет 90 – 99 %.
Электродиализноеобессоливание воды основано на удалении из воды ионов растворенных солей спомощью электрического поля. Под действием постоянного электрического тока врастворе возникает движение катионов – к катоду, а анионов – к аноду. На путидвижения ионов устанавливают мембраны ионообменные, катионитовые и анионитовые,пропускающие только один вид ионов. В результате компоненты растворараспределяются по трем камерам, в камерах, прилегающих к электродам,концентрация увеличивается, а в центральной – уменьшается.
Эффективность обессоливанияпресных вод этим методом составляет 30 – 50 %.
2
2.1
Химический цех являетсясамостоятельным структурным подразделением Нововоронежской атомнойэлектростанции (НВ АЭС). По своим задачам и функциям относится к основным цехамстанции.
Химический цех подчинендиректору и главному инженеру НВ АЭС.
Свою работу химцех строит всоответствии с перспективными и текущими производственными планами НВ АЭС;графиками ремонтов оборудования энергоблоков и химического цеха.
Основные задачи химическогоцеха:
·
·
·
·
Функции химического цеха:
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
2.2
В качестве исходного сырья вданном производстве используется вода реки Дон.
Таблица2.1
Химическийсостав источника водоснабжения
Содержание ионов и окислов, мг/кг
Взвешен-ные в-ва, мг/кг
Сухой остаток, мг/кг
Окисля-емость,
мг/кг
Жесткость
Ca2+
Mg2+
Na++K+
HCO3-
SO42-
Cl-
NO3-
SiO32-
Fe2O3 + Al2O3
Жо
Жк
53.9
29.4
19.6
293.5
48.2
5.0
-
-
-
-
-
5.8
5.1
4.81
Водоподготовительная установкаНВ АЭС предназначена для глубокого обессоливания исходной воды реки Дон, сцелью получения химобессоленной воды с электропроводностью не более 0,3 мкСм/смв соответствии с показателями качества, предусмотренными соответствующейнормативно-технической документацией.
Основным материалом дляосветления воды является Al2(SO4)3,с помощью которого осуществляется коагуляция. В качестве фильтрующего материалав механических фильтрах используют сульфоуголь.
Н – катионитовые фильтры (КФ) I и II ступени загруженыкатионитом КУ-2-8 (катионит универсальный второй модификации, 8 – степеньсшивки: стирол и дивинилбензол).
Анионитовые фильтры (АФ) I ступени загруженыслабоосновным макропористым анионитом АН-31.
В АФ II ступени загружают сильноосновныманионитом АВ-17-8.
Фильтры смешанного действия(ФСД) загружены сильноосновным катионитом КУ-2-8 и сильноосновным анионитомАВ-17-8 в объемном соотношении 1:1.
2.3
На выбор способа производствавлияют следующие факторы: качество природной воды и то, какие нужно получитьпоказатели обессоленной воды.
Из-за качеств и свойствприродной воды экономически обоснована коагуляция.
Таблица2.2
Предварительнаяочистка воды
Качество исходной воды
Метод обработки
Основное оборудование
Взвешенные вещества более 100 мг/л, окисляемость более 15 мг/л О2, Жк>2 мг-экв/л
Коагуляция в осветлителе, фильтрация
Осветлители для коагуляции с последующим фильтро- ванием на осветлительных фильтрах
2.4
Обессоливание природной водыосуществляется путем предварительной обработки воды с целью удалениямеханических примесей и очистки ее методом ионного обмена.
Коагуляция воды:
Для интенсификации процессовосаждения грубодисперсных и коллоидных примесей к воде добавляют коагулянт –реагент, который подвергается в воде гидролизу с образованиемтруднорастворимого соединения, выпадающего в виде хлопьев в осадок. Приукрупнении хлопьев под действием сил молекулярного притяжения захватываютсягрубодисперсные частицы содержащейся в обрабатываемой воде взвеси и коллоиды.Хлопья коагулянта вместе с задержанной взвесью и коллоидами осаждаются; приэтом происходит осветление воды.
Для коллоидных примесейприродных вод характерен “-” потенциал, поэтому для их коагуляции применяюткоагулянты, продукты гидролиза которых имеют “+” потенциал: Al(SO4)3, FeSO4,FeCl3, Fe2(SO4)3. Придобавлении сернокислого алюминия в воду, он диссоциирует:
Al2(SO4)3 ®2Al 3+ + 3SO42-
В результате гидролиза образуетсямалорастворимый Al(OH)3:
Al 3+ + 3H2O ®Al(OH)3 + 3H+
Образующиеся ионы H+ снижаютпоказатель pH обрабатываемойводы. Нейтрализация кислотности происходит в результате реакции ионов H+ сионами HCO3-,содержащимисяв обрабатываемой воде (карбонатная жесткость):
H+ + HCO3-®CO2 + H2O
Процессы коагуляцииосуществляются в осветлителях, принцип работы которых основывается наорганизации контакта обрабатываемой воды с ранее выпавшим из воды осадком(шлаком) для интенсификации кристаллизации и выделения из воды взвеси ипродуктов реакций между содержащимися в воде ионами и введенными в неереагентами.
Для осуществления контактаобрабатываемой воды и ранее выпавшего осадка, служащего катализатором процессавыделения взвеси, в осветлителях организуется восходящее движение воды черезслой осадка.
Осветлитель вводится в работу,когда температура воды достигнет 33±1°С.
Очистка воды в механическихфильтрах:
Более глубокое удалениевзвешенных веществ из воды достигается фильтрованием ее через зернистуюзагрузку из инертных частиц небольшого размера.
Фильтрование воды через слойзернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе воды взернистый слой и на выходе из него, которая называется перепадом давлений наслое DР:
DP = f (V, m, dэкв, Hполн),
где V –скорость фильтрования;
m — вязкость воды;
dэкв– эквивалентный диаметр фильтрующей загрузки;
Hполн– высота фильтрующего слоя.
При включении механическихфильтров в работу первые порции фильтрата сбрасываются в дренаж в течение 2 – 3минут с расходом 50 – 70 м3/час.
Окончание фильтрацииопределяется по снижению прозрачности осветленной воды менее 90 % или подостижению перепада давления более 0,1 МПа (1,0 кгс/см2). Придостижении параметров вывода механического фильтра из работы, фильтр ставитсяна взрыхляющую отмывку. Отмывку заканчивают, когда две пробы, отобранные синтервалом 3-5 минут, не будут содержать видимой взвеси. При выносе фильтрующейзагрузки фильтр отключается и вводится в ремонт.
Ионитное обессоливание воды:
Иониты – практическинерастворимые высокомолекулярные вещества, способные к реакциям ионного обмена.
Ионитное обессоливание воды– процесс последовательного фильтрования обрабатываемой воды через слоикатионита и анионита, во время которого содержащиеся в обрабатываемой водекатионы обмениваются на катион Н+, содержащийся в катионите, асодержащиеся в обрабатываемой воде анионы обмениваются на анионы OH-, CO3-2, HCO3-,содержащиеся в анионите и образующие с катионом H+ воду илисвободную углекислоту. Глубокое обессоливание воды предусматривает двеступени H-OH-ионирования воды (двухступенчатое катионирование и двухступенчатое анионированиеводы с промежуточной декарбонизацией).
Первая ступень Н –катионирования служит для замены большинства катионов, содержащихся в исходнойводе, на катион Н+.
2[Кат]H + Ca, Mg, Na2 и др. /SO4, Cl2, (HCO3)2 идр. ®
® Ca, Mg, Na2 и др. [Кат]2 + H2SO4, Cl2,(HCO3)2 и др.
Окончание фильтрования определяется при снижении кислотности фильтрата на 1,0мг-экв/кг по отношению к кислотности фильтрата в первые 2-3 часа работы. Придостижении параметров вывода из работы, фильтр ставится на взрыхлениеосветленной водой, расход взрыхляющей воды должен быть в интервале 45-55 м3/час.
Вынос рабочих фракций смолыдолжен отсутствовать. Время взрыхления 30-50 минут.
Регенерация Н – катионитовыхфильтров I ступениосуществляется ступенчато:
Первые 200 литров H2SO4 пропускаютс концентрацией 1,5 %. Остальные 100 литров – с концентрацией 3 %.
Ca, Mg, Na2 и др. /[Кат]2+ H2SO4 ® Ca, Mg, Na2 и др./SO4 + 2H[Кат]
После пропуска кислоты фильтрв течение 10-15 минут отмывают. Расход на отмывку фильтра 60 м3/час. Катионит отмывается до следующих показателей: жесткость 0,1-0,2 мг-экв/кг; pH>3,5.
Анионитные фильтры I ступени загружаютслабоосновными анионитами, которые сорбируют из H – катионированной воды только анионысильных кислот:
2[Ан]OH + H2SO4, Cl, (NO3)2 идр. ®[Ан]2SO4, Cl2,(NO3)2 и др. + H2O
Критерием отключения фильтрана регенерацию служит увеличение остаточного содержания хлоридов в пробе,отобранной после фильтра, до 3 мг/кг (проскок Cl – иона).
При достижении параметроввывода анионитного фильтра из работы, фильтр ставится на взрыхление. Расходводы на взрыхление 40-45 м3/час. Общее время взрыхления 30-50 минут.Регенерация истощенного анионита осуществляется 4 % — ным раствором NaOH и отмывкой щелочнойводой от анионитных фильтров IIступени:
[Ан]2/SO4, Cl2, (NO3)2и др.+ NaOH ®АнOH + Na2/SO4, Cl2, (NO3)2и др.
По окончании регенерациипродолжить промывку декарбонизированной водой в течение 30 минут. Критерий окончательной отмывки – снижение концентрации хлоридов менее 3 мг/кг.
На второй ступени Н –катионирования из обработанной воды удаляется остаточное количество катионов,прошедших Н – фильтр I ступени,в первую очередь наименее сорбируемый катион Na.
Критерием отключения фильтраслужит повышение значения концентрации Na в фильтре более 100 мкг/кг. После чего он ставится навзрыхление водой после анионитных фильтров I ступени, при расходе 45-50 м3/час. При этомконтролируют вынос рабочих фракций смолы.
Регенерация Н – катионитовыхфильтров II ступенипроводится в 2-х вариантах:
· II ступени 2-4 %-ным раствором H2SO4.Затем фильтр в течение 10–15 минут промывают частично обессоленной водой. Поистечении данного времени фильтр ставят на отмывку с расходом 60 м3/час.
· I и II ступеней тоже производится 2-4 %-ным раствором H2SO4.
Отмывка КФ I и II ступеней производится раздельно. Критерий окончания отмывки –снижение значения концентрации катионов Na менее 100 мкг/кг.
Так как в воде накапливаетсяуглекислота, то ее удаляют. Этот процесс удаления CO2 называют декарбонизацией.Аппараты, в которых снижение концентрации CO2 в воде достигается продувкой воды воздухом в результатераспределения CO2 между жидкой (вода) и газообразной (воздух)фазами, называют декарбонизаторами.
При работе аппарата контролируется содержаниесвободной углекислоты в обрабатываемой воде. Содержание углекислоты на выходене должно превышать 8 мг/кг.
После декарбонизатора вода направляется на OH –фильтры II ступени, загруженные сильноосновным анионитом, где происходитсорбция анионов HSiO3- иостатков анионов угольной и минеральных кислот. Основные реакции происходят всоответствии с уравнением:
[Ан]OH + H/HSiO3, H/HCO3 и др. ® Ан/HSiO3, HCO3 идр. + H2O
Критерием отключения фильтровслужит повышение значений удельной электропроводности свыше 1 МкСм/см или содержания кремниевой кислоты свыше 500 мкг/кг. Производится взрыхление частично обессоленной водой с расходом 40-45 м3/час.
Регенерация анионитныхфильтров II ступенипроизводится совместно с регенерацией анионитных фильтров I ступени 4 %-ным раствором NaOH.
Ан/HSiO3, HCO3 и др.+ NaOH ®Ан/OH + Na2/SiO3, CO3 и др.
По окончании регенерации линиюпромывают в течение 30 минут, после чего отмывку I и II ступеней анионитных фильтров ведутраздельно.
Критерий окончания отмывки –снижение электропроводности на выходе из фильтра менее 1,2 МкСм/см.
Таблица 2.3
Химический контроль обессоленнойводы после ВПУ
Показатели
Ед.измерения
Норма
Периодичность
c
МкСм/см
Не более 1,0
Постоянно
Na
Мкг/кг
>100,0
Постоянно
Fe
Мкг/кг
>20,0
Раз в неделю
Cu
Мкг/кг
>10,0
Раз в неделю
Cl
Мкг/кг
>50,0
Раз в неделю
pH
Ед.
не нормируется
Раз в неделю
2.5
2.5.1
ВПУ является системойтрехступенчатого глубокого обессоливания и работает по схеме: осветлители –механические фильтры (МФ) – Н-катионитовые фильтры (КФ) I ступени – ОН-анионитовые фильтры (АФ) I ступени – Н-КФ II ступени –декарбонизатор – ОН-АФ IIступени – III ступеньВПУ.
В состав ВПУ входят следующиефункциональные узлы и системы:
·
·
·
·
·
Максимальная проектнаяпроизводительность установки 210 м3/ч.
2.5.2
·
·
· I ступени, во избежание загипсовываниякатионита, запрещается перекрывать пропуск кислоты или воды через фильтр.
· H2SO4 и NaOHдля КФ II ступени и АФ Iи II ступени: 2 – 4 % соответственно.
· Припроведении регенерации запрещается: создавать на фильтре давление более 3кгс/см2.
· Температурасырой воды, подаваемой на коагуляцию, должна быть 33 ±1°С.
· Величинаокисляемости по KMnO4 осветленной воды не должна превышать 60% от величины окисляемости исходной воды.
·
·
· I ступени при работе должна быть менее 3мг/кг. Концентрация Na навыходе КФ II ступенипри работе должна быть менее 100 мкг/кг. Величина удельной электропроводимости(c)после АФ II ступенидолжна быть менее 1мкСм/см. Величина содержания H2SiO3 в фильтратедолжна быть менее 500 мкг/кг. При достижении указанных величин соответствующийфильтр выводится на регенерацию.
·
2.5.3
1. Система предочистки состоитиз четырех осветлителей и шести механических фильтров, имеющих следующиетехнические данные:
Таблица2.4
№п/п
Наименование