b) Nhược điểm của đồ án (thuyết minh, bản vẽ,…):
4.3.5. Hệ thống thu nước và phân phối nước
Ống dẫn nước vào bồn lọc: D = √4 × Q Л × V = √ 4 × 50 Л × 1.2 × 3600 = 0.12m Trong đó
Q-Lưu lượng nước đầu vào, Q = 50m3/h
V-Vận tốc nước chảy trong ống, V = 0.8 – 1.2 m/s( Theo điều 6.120 ) [6]
Chọn V = 1.2m/s
- Chọn ống dẫn nước đầu vào là ống thép CT3 có D =125 mm
- Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước
V = 4 × Q
Л × D2 = 4 × 50
Л × 3600 × 0.1252 =1.2m
s
Phễu phân phối nước vào
- Sử dụng phễu phân phối nước và thu nước rửa lọc
- Vật liệu: Thép không gỉ
- Hình dạng: Hình nón cụt
Hệ thống sàn chụp lọc
- Chụp lọc: số lượng ≥ 35 – 50 cái cho 1m2 diện tích công tác ( điều 6.112 ) [6]→ chọn số lượng chụp lọc trên 1m2 là 37 cái
- Số chụp lọc cần là 37 x 1.77 = 65 cái Sàn gắn chụp lọc có các thông số - Vật liệu : thép không gỉ - Đường kính 1.5m ( bằng đường kính bồn lọc) - Độ dày 6mm - Trên sàn có đục 65 lỗ để gắn chụp lọc 4.3.6. Hệ thống phân phối nước rửa
Rửa ngược
- Lượng nước rửa ngược: 3 x BV resin = 3x1.68 = 5.04m3 (1.5 – 4BV)
- Vận tốc rửa ngược: 12m/h ( vận tốc rửa ngược từ 7 – 12m/h ) [6]
- Thời gian rửa ngược:
t = 5.04 m
2
12m
h × 1.68
= 0.25h = 15 phút
- Chọn thời gian rửa ngược là 15 phút
- Lưu lượng rửa ngược:
- Ống dẫn nước rửa ngược D = √4 × Q Л × V = √ 4 × 20.16 Л × 2 × 3600 = 0.059m Trong đó:
Q-Lưu lượng nước đầu vào, Q = 50m3/h
V-Vận tốc nước chảy trong ống, V = 1.5-2 m/s( Theo điều 6.120 ) [6]
-> Chọn V = 2m/s
- Chọn ống dẫn nước đầu vào là ống thép CT3 có D =60 mm
- Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước
V = 4 × Q
Л × D2 = 4 × 20.16
Л × 3600 × 0.062 = 1.98m/s
Rửa chậm
- Lượng nước dùng rửa chậm
Vrc = 4 × BV = 4 × 1.68 = 6.72m3
- Thời gian rửa chậm:t = 30 phút =0.5 h
- Lưu lượng rửa chậm:
Rửa nhanh
- Lượng nước dùng rửa nhanh
Vrc = 6 × BV = 6 × 1.68 = 10.08m3
- Thời gian rửa nhanh: t = 30 phút =0.5 h
- Lưu lượng rửa nhanh:
Qrnh =Vrnh t = 10.08 0.5 = 20.16( m3 h ) 4.3.7. Tổn thất áp lực Tổn thất áp lực rửa ngược
- Tổn thất áp lực qua lớp nhựa : 0.14 (Fig. 1 Catalogue)
- Tổn thất áp lực qua lớp sởi đỡ:
hd = 0.22 × H × v = 0.22 × 0.2 × 12 = 0.528 (m)
Trong đó:
H: là chiều cao lớp sỏi đỡ (m)
v: là vận tốc rửa ngược (m/h)
Tổn thất áp lực qua chụp lọc:
- Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối rửa lọc bằng sàn chụp lọc theo điều 6.112 [6] h = v 2 = 1.98 2 = 0.4m
Trong đó:
V: Vận tốc chuyển động của nước qua khe hở của chụp lọc, v > 1.5m/s.
µ : Hệ số lưu lượng của chụp lọc, chọn µ =0.5
Độ chênh mực nước:
- Là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép của phểu thu nước rửa lọc:
hhh= 4.5 + 3m = 7.5m
Trong đó:
4.5: độ sâu mực nước bể chứa
3m : độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa
Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước rửa ngược từ trạm bơm nước rửa đến bồn lọc( hô)
Giả sử chiều dài đường ống dẫn là 100m, các thông số có trước như sau: đường kính ống dẫn 0.125mm, lưu lượng nước rửa của bể là
Qrn = 20.16 m3/h = 5.6l/s
hô = i × l = 0.0719 × 1000 = 7.19 (m)
- Trên đường ống nước rửa lọc có 5 cút 90o, 5 nối T, 3 khóa. hcb = ∑ εv 2 2g = (5 × 0.98 + 5 × 0.26 + 2 × 0.92) 1.982 2 × 9.81 = 1.61 m Trong đó : ε : tổng hệ số sức kháng cục bộ V : vận tốc nước trong ống dẫn, V = 1.6 m/s
- Tổn thất áp lực khi rửa ngược:
Hr = hn + hđ + hchụp + hhh+ hô+ hcb = 0.14 + 0.53 + 0.4 + 5 + 7.19 + 1.61 = 14.87m Trong đó: Hn: Tổn thất áp lực qua lớp nhựa,m Hđ : Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ. Hchụp : tổn thất áp lực qua chụp lọc. Hcb: tổn thất áp lực cục bộ
Công suất của bơm:
N = Q × H × ƍ × g
1000 × ŋ =
20.16 × 14.78 × 1000 × 9.81
3600 × 1000 × 0.8 = 1Kw
Chọn máy bơm nước rửa lọc:
- Dựa vào lưu lượng bơm nước rửa lọc và áp lực công tác cần thiết của máy bơm nước rửa lọc, ta chọn máy bơm nước rửa lọc phù hợp
- Loại bơm: Bơm li tâm. So với bơm roto hay bơm piston thì bơm ly tâm có ưu thế hơn về điểm: phạm vi sử dụng rộng, năng suất cao, kết cấu gọn nhẹ chắc chắn.
Chọn Máy bơm công nghiệp Ebara 2hp 3D 32-160/1.5
- Công suất 1.5kW(2HP)
- Cột áp: 18-6m
- Lưu lượng 12-42 m3/h
- Số lượng 2 máy ( 1 máy bơm chính, 1 máy dự phòng)
4.3.8. Tính toán cơ khí cho cột trao đổi cation: - Chọn vật liệu làm cột trao đổi là thép CT3 - Chọn vật liệu làm cột trao đổi là thép CT3
- Áp suất tính toán trong cột trao đổi cation:
Ptt = Plv+ Pl = 0.6 + 0.024 = 0.624 (N/𝑚𝑚2) Trong đó: Plv: áp suất làm việc (N/mm2), Plv=0.5N/mm2 Pl: áp suất thủy tĩnh Pl = ρ × g × h = 1000 × 9.81 × 2.45 × 10 − 6 = 0.024 ( N mm2) Trong đó:
- Xét:
σk
P × φh=
146
0.524× 0.95 = 264.7 > 25
- Chiều dày thân thiết bị được xác định theo công thức sau:
St′ = Dt × P
2 × [σ] × φ h =
1500 × 0.624
2 × 146 × 0.95= 3.37 (mm)
Trong đó:
Dt: đường kính trong cột trao đổi cation: Dt= 1500mm [𝜎]:Ứng suất cho phép không gỉ: [𝜎]= 146 N/mm2
𝜑h: hệ số bền mối hàn, 𝜑h = 0.95
- Chiều dày thực thân thiết bị:
St = St′ + C = 3.37 + 0 + 0.8 + 1 = 5.2 mm
Trong đó:
C: hệ số bổ xung chiều dày thiết bị: C = Ca + Cb + Cc
Ca: hệ số chịu sự ăn mòn của môi trường: Ca = 1mm
Cb: hệ số kể đến bào mòn cơ học, Cb = 0
Cc: hệ số dung sai: Cc = 0.8
Vậy chọn S1 = 6mm.
S1− Ca
Dt =
5 − 1
1500 = 0.0027 < 0.1 (thõa điều kiện)
- Kiểm tra điều kiện áp suất:
P = 2 × σ × φ h × ( S1− Ca ) Dt + ( S1 – Ca) = 2 × 146 × 0.95 × (6 − 1) 1500 + (6 − 1) = 0.89 ( N mm2) Trong đó:
[𝜎]:Ứng suất cho phép không gỉ: [𝜎]= 146 N/mm2
𝜑h: hệ số bền mối hàn, 𝜑h = 0.95
St:chiều dày thân, St = 6mm
Ca: hệ số chịu sự ăn mòn của môi trường: Ca = 1mm
Dt: đường kính trong của cột trao đổi : Dt = 1500mm
Vậy chiều dày thân St= 6mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Xác định chiều dày đáy và nắp của cột trao đổi :
Chọn đáy và nắp cột trao đổi hình elip tiêu chuẩn được hàn liền với thân, có đường kính bằng Dt= 1500 (mm)
- Xét
S n−đ′ = Dt × P 3.8 × σ × k × ƍh × Dt 2 × ht = 1500 × 0.624 3.8 × 146 × 0.95 × 1500 2 × 375 = 3.8 [mm] Trong đó:
Dt: đường kính trong của bồn lọc: Dt= 1500mm [𝜎]:Ứng suất cho phép không gỉ: [𝜎]= 146N/mm2
𝜑h: hệ số bền mối hàn, 𝜑h =0.95
ht: chiều cao đáy và nắp [8] ứng với Dt = 1500mm ta có ht = 375mm
k:hệ số không thứ nguyên, k=1
- Chiều dày đáy và nắp thiết bị:
S n−đ = S n−đ′+ C = 3.8 + 0 + 0.8 + 1 = 5.6 mm
Trong đó:
C: hệ số bổ xung chiều dày thiết bị: C = Ca + Cb + Cc
Ca: hệ số chịu sự ăn mòn của môi trường: Cc = 1mm
Cb: hệ số kể đến bào mòn cơ học, Cc = 0
Cc: hệ số dung sai: Cc = 0.8
Vậy chọn Sn-đ = 6 mm.
S1− Ca
Dt =
5 − 1
1500 = 0.0027 < 0.1 (thõa điều kiện)
- Kiểm tra điều kiện áp suất:
P = 2 × σ × φ h × ( S1− Ca ) Dt + ( S1 − Ca) = 2 × 146 × 0.95 × (6 − 1) 1500 + (6 − 1) ) = 0.74(N/mm 2) Trong đó:
𝜎]:Ứng suất cho phép không gỉ: [𝜎] = 146N/mm2
𝜑h: hệ số bền mối hàn, 𝜑h = 0.95
Sn-đ:chiều dày đáy, Sn-đ = 6mm
Ca: hệ số chịu sự ăn mòn của môi trường: Ca=1mm.
Dt: đường kính trong của cột trao đổi: Dt= 1500mm.
➢ Vậy chiều đáy và nắp thiết bị S2 = 5mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
4.3.9. Tính chân đỡ
- Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3 có ƍ = 7.85 × 103kg/m3
Dn: Đường kính ngoài cột trao đổi, Dn = 1512mm Dt: Đường kính trong cột trao đổi, Dt = 1500mm H: Chiều cao cột trao đổi, H = 2.5m
ƍ: Khối lượng riêng của thép CT3, ƍ = 7.85 x 103kg/m3
- Khối lượng đáy và nắp:
Ta có: Mđ-n = 123kg ( theo Bảng XIII.11) [8]
- Khối lượng lớp nước trong bồn lọc:
Mnước = Vnước × ƍnước = Л × 1.5
2
4 × 2.5 × 1000 = 4411.73kg
- Khối lượng lớp nhựa:
Mnhựa = Vnhựa × ƍnhựa = Л × 1.5
2
4 × 1 × 1.29 = 2.28kg
- Khối lượng lớp sỏi đỡ:
M sỏi = V sỏi x ƍ sỏi = Л × 1.5
2
4 x 0.2 x 2600 = 920.4kg
- Tổng khối lượng của toàn cột:
M = Mt + Mđ+ Mn + Mnước + Mnhựa + Msỏi
= 454.67 + 123 + 123 + 4329.5 + 5.59 + 918.9
= 6203,78kg
P = M x g = 6203,78 x 9.81 = 60859.11N
- Xác định chân đỡ:
Chọn cột trao đổi cation có 3 chân đỡ: Tải trọng lên 1 chân đỡ
P 3 = 60859.11 3 = 20286N = 2 × 10 4N L B B1 B2 H h s l d 250 180 215 290 350 185 16 90 27 Bảng 4.3. 2: Lấy chân đỡ 4.3.10.Cửa thăm
Bố trí mỗi bồn lọc 2 cửa thăm như sau:
- Cửa thăm đặt tại thân bồn lọc
• Đường kính 400mm
• Tâm cửa thăm đặt cách đáy bồn lọc 1500mm
• Đường kính vành ngoài 560mm - Cửa thăm đặt tại đỉnh bồn
• Đường kính 400mm
Thông số Giá trị Đường kính cột lọc 1500mm Bề dày nắp và đáy lọc 6mm Bề dày thân bể lọc 6mm Chiều cao lớp sỏi đỡ 0.2mm Sàn chụp lọc 65 cái Đường kính đáy nhỏ của phễu 125mm Đường kính đáy lớn của phễu 400mm Chiều cao của phễu 150mm Chiều cao cột lọc 2.5m
Chân đỡ 3 chân
4.4. Cột lọc tinh 5µ
4.4.1. Số lượng lõi lọc
Chọn lõi lọc ROGARD TM của hãng US.FILTER
Thông số Đơn vị Giá trị
Vật liệu Polypropylen
Kích thước lỗ rỗng µm 5
Đường kính cm ( inches ) 6.5 ( 2.5 ) Chiều dài cm ( inches ) 25.4 ( 10 ) Nhiệt độ vận hành tối đa oC (oF) 70 (160 ) Áp suất tối đa (ở 25⁰C) psi (bar) 50 ( 3.4 ) Lưu lượng dòng vào lpm (gpm)/10” chiều dài 18.9(5)
Hiệu quả lọc % 90
Bảng 4.4. 1: Thông số hoạt động ( Nguồn: www.appliedmembranes.com)
- Lưu lượng nước vào:
Q = 31.25m3/h = 520.83l/p
- Lưu lượng qua 1 lõi lọc: q = 18.9 l/p - Số lượng lõi lọc cần thiết:
n =Q
q =
520.83
Trong đó:
h ống: Tổn thất áp lực trên đường ống, lấy h ống = 1m
h lõi : Tổn thất áp lực qua lõi lọc
q = 520.83
28 = 18.6 l /p
Tra Flow Rate vs initial Clean Pressure Drop
- Tổn thất áp lực qua 1 lõi lọc = 0.027 bar=0.27m
hlõi = 0.27 × 28 = 2.16m
4.5. Lọc tinh 0.5µm
Chọn lõi lọc CBC – BB của hãng PENTAIR
4.5.1. Số lượng lõi lọc
Thông số Đơn vị Giá trị
Vật liệu Polyethylene
Bọc bên trong/ngoài Polyolefin Kích thước lỗ rỗng µm 0.5
Đường kính cm ( inches ) 1.18 (4.625) Chiều dài cm ( inches ) 328 (10)
Nhiệt độ vận hành tối đa oC (oF) 4.4 – 88.2 ( 40 – 180) Áp suất tối đa (ở 25⁰C) psi (bar) 4.6 ( 0.32 )
Lưu lượng dòng vào lpm (gpm)/10” chiều dài 2 (7.6)
Hiệu quả lọc % 99.95
Bảng 4.5. 1: Thông số hoạt động
- Lưu lượng nước vào: Q= 31.25m3/h=520.83l/p - Lưu lượng qua 1 lõi lọc: q = 7.6 l/p
- Số lượng lõi lọc cần thiết:
n =Q q = 520.83 7.6 = 68.5 lõi Chọn 70 lõi 4.5.2. Tổn thất áp lực ban đầu
Trong đó:
h ống: Tổn thất áp lực trên đường ống, lấy h ống = 1m
h lõi : Tổn thất áp lực qua lõi lọc
q = 520.83
70 = 7.44 l /p
Tra Flow Rate vs initial Clean Pressure Drop
Tổn thất áp lực qua 1 lõi lọc = 0.1 bar=1m
hlõi = 1 × 70 = 70𝑚
4.6. Lọc màng RO.
4.6.1. Tính toán nồng độ ion trong nước đầu vào RO
- Na+ = 200 × 1.2 + 8.4 × 23 = 433.2 ppm - Cl− = 300 × 1.2 = 360 ppm - SO42− = 250 × 1.2 = 300 ppm - F− = 1.5 × 1.2 = 1.8 ppm - NO3− = (2 × 1.2)/14 × 62 = 10.6 ppm 4.6.2. Lựa chọn loại màng phù hợp - Chọn màng RO LG BW 440R của hãng LG Cheme
- Màng RO LG BW 440R khử muối nước lợ được nhập khẩu với chất lượng cao, thiết kế với những màng mỏng nano composite ( TFN) đặc trưng vật liệu nano lành tính tích hợp với các lớp màng mỏng polyamide của màng composite, công nghệ hiện đại giúp tăng tính thấm của màng và cung cấp khả năng loại bỏ muối cao.
- Màng RO LG BW 440R khử muối nước lợ là một loại màng RO tiết kiệm chi phí khử muối bằng cách cải thiện hiệu quả năng lượng và năng suất.
- Kích thước, thông lượng theo tiêu chuẩn công nghiệp. - Dễ dàng trang bị thêm cho hệ thống hiện có.
Màng polymer Màng mỏng nanocomposite ( TFN ) polyamide
Lưu lượng m3/d (gpd) 43.7(11550) Loại nỏ NaCl tối thiểu 99.5% Loại bỏ NaCl thông thường 99.6%
Diện tích bề mặt lọc 41 m2(440 ft2) Chiều dài 1016 mm(40 inch) Đường kính ngoài 200 mm(7.9 inch) Đường kính trong 28.6 mm (1.125 inch) Khối lượng 16 kg (35 lbs)
Bảng 4.6. 1: Thông số kỹ thuật
Chú ý: Các giá trị bên trên là bình thường với điều kiện sau: NaCl 2000ppm, 15.5 bar( 225 psi), 25oC(77oF), pH 8, recovery 15%, độ thấm dòng chảy có thể thay đổi +/- 15%.
Áp suất hoạt động tối đa 41 bar ( 600 psig ) Nồng độ Clo tối đa < 0.1 ppm
Nhiệt độ hoạt động tối đa 45oC ( 113oF) pH, liên tục( làm sạch) 2 – 11 ( 2-12) Độ đục nuóc cấp tối đa 1.0 NTU SDI nước cấp tối đa( 15 phút ) 5.0
Tốc độ dòng chảy 19 m3/h ( 85 GPM ) Áp suất thấp tối đa 1.0 bar ( 15 psig )
4.6.3. Tính toán bằng phần mềm
Sử dụng phần mềm Q+ Project Software của hãng LG chem để thiết kế hệ thống màng lọc RO sao cho phù hợp với lưu lượng cần thiết và mang tính kinh tế nhất.
Thiết kế hệ thống RO gồm 2 stage. Stage 1 gồm 2 vỏ màng mỗi vỏ 6 màng. Stage 2 gồm 1 vỏ màng có 6 màng
- Số màng cần sử dụng: 2 × 6 + 1x6 = 24 màng
Quy trình lựa chọn, thiết kế hệ thống RO với lưu lượng đầu ra:
4.6.4. Hóa chất rửa màng:
Solution Concentrations Recomended Ph range Recomended temperature range (oC ) NaOH/ RO permeat 1% 10 – 12 25 – 30 NaOH, EDTA/ RO permeat NaOH : 0.1% EDTA : 1% 10 – 12 25 – 30 Citric acid / RO permeat 2% 2 - 4 25 – 30 Bảng 4.6. 3: Hóa chất rửa màng
- Trong trường hợp nhiệt độ của dung dịch làm sạch vượt quá 45oC do sự tích tụ nhiệt ( ma sát lỏng ) tuè bơm tuần hoàn, hãy xem xét lắp đặt một thiết bị làm mát. - Thời gian lưu thông: 0.5 – 1 giờ (lặp lại 2-3 lần) được khuyến cáo
- Thời gian ngâm:2-24 giờ bao gồm thời gian lưu thông - Phương pháp làm sạch: Lưu thông và ngâm
- Thông lượng xả nước lần cuối: tối thiểu 1 – 2 giờ tùy theo ứng dụng 4.6.5. Tính toán bồn trộn hóa chất rửa màng:
- Thể tích hữu ích: Vn = A – B – C Trong đó
A: Số lượng hóa chất dùng để rửa trên một màng 40 – 60l đối với màng 8 inch.
Chọn 40l
B: Thể tích hệ thống