钠离子交换器软化水设备设计计算

1、系统设计

①根据用户日用水量确定设计流量：

确定设计流量时，以满足最高峰用水量为原则，考虑两个因素，一是系统有无水箱，二是用水点是否需要不间断供水。本案以每小时连续供水70吨，进水硬度6mmol/l为例说明，则设计流量以70吨/小时为准。

②跟据设计工作流速选择交换罐体直径：

有了设计流量以后，需要确定一个工作流速来选择交换罐体直径。

工作流速的选择要考虑工艺，当系统为固定床工艺（不管是顺流还是逆流）时，流速一般选择20-30m/h；当系统为浮动床工艺时，流速一般选择20-40m/h（选择原因及浮动床的详细介绍和设计要点会在以后单独一章介绍）。

本文选择固定床逆流再生

流速为20m/h时，产70m³/h的水量，需工作截面积为70/20=3.5㎡；

流速为30m/h时，产70m³/h的水量，需工作截面积为70/30=2.3㎡；

我们选直径1800mm的罐体作为交换罐，其截面积为2.5㎡，工作流速为27.5m/h。

③树脂层填充量以保证不穿透同时考虑周期产水量：树脂填充高度过低会导致周期产水量下降，同时容易发生穿透以产生水质超标。填充高度过高时会导致设备压损增加。

当我们自己定制交换罐体（碳钢/不锈钢）时，一般保证树脂填充高度不小于1200mm，罐体较大时适当增加填充高度。填料上面留30%膨胀空间。

当我们选择制成品（玻璃钢/不锈钢）时，尽量选择型号中高度较高的，树脂填充罐体容积的70-80%。

本案选择玻璃钢罐体制成品，型号1800*2400，罐体容积3500L，树脂装填2.3吨，填充高度约1100mm。

④进出水管道直径选择以使工作流速处于经济流速范围为准：

管道选择过小会导致出水量不足，口径选择过大又会造成无法保持系统压力。本案设备本体及进出水口管道采用UPVC管道，经济流速范围为1.5-2.5m/s。管径的计算与罐体直径计算一样，用流量除以流速得截面积，以截面积选择合适的直径（单位不同时换算单位）。

按以上原则，本案选用进出水口径为DN100,其工作流速为2.5m/s，处于经济流速范围。

⑤控制系统的选择与设计

控制系统首先分手动与自动，本案采用自动控制。

目前，自动控制分两大类，与罐体选型时一样，分为制成品（多路阀或简称为阀头，还可再分为顶装式和侧装式，均为制成品）和定制品（阀组类，还可再分为隔膜阀阀组、气动蝶阀阀组、电动蝶阀阀组三种，均为定制品）。

制成品成本较低，安装较方便，选型时，根据需要的工艺、设备处理水量和进出水口径选择合适的型号。

定制品的阀组类，根据现场水质情况，选择合适的工艺，确定都需要哪些工序，然后设计每个工序的工艺流速，根据工艺流速选择阀门大小，根据选择的工艺设计管道走向。阀组类控制的优点是可以根据用户水质实际情况进行单独的设计，在调试过程中或者之后的使用中修改工艺或者添加工序也都可行且成本较低，由于阀门和射流器等都外置所以以后的维护维修较方便。但阀组类需要合适的设计，安装要复杂一点。

本案选用阀组类，阀选择隔膜阀，工序选择反洗、吸盐、正洗三步，各过程工艺流速与阀门口径如下：

反洗  12m/h  DN65(反洗进/上排)

吸盐   3m/h  DN40(进盐)

正洗  10m/h  DN65(下排)

运行  27m/h  DN100(进水/出水)

特别说明：由于反洗的作用在于清除树脂层污物同时松层，在进水浊度较低时，可以将反洗调整为3-5个周期进行一次，以此降低水耗。

⑥再生系统的选配

再生水一般用射流器抽取并混合后加入交换系统，但再生来水用两种选择，一种用原水，一种用软水。逆流再生用软水作为再生水来源会使其高效再生的特点得到更多的体现，如下图所示，盐槽中的盐液为经过过滤的饱和盐溶液效果更佳。

2、运行参数

系统进水硬度为6mmol/l（300mg/l），以此计算系统运行参数如下：

周期产水量=（树脂填充量×树脂交换容量）÷进水硬度=（2.3×1000）÷6=383m³

以上，再生完毕的交换罐从开始产水到产水水质硬度超标为一个周期，该周期内大概合计产水383吨，以每小时每罐产水70m³/h计算，一个连续的产水周期约为5.5小时。

单次再生用盐量=（树脂填充量×树脂再生工作交换容量×再生盐耗）÷1000=（2.3×800×80）÷1000=147 Kg

以上，用再生用盐量除以饱和盐溶液质量浓度，得到每次再生需要饱和盐溶液约750L。系统采用单体盐箱时，盐箱尺寸约为2-3次再生液量为宜；系统采用盐池集中供盐时，一般以满足一至两周的用盐量设计。

软化树脂罐阻力△h = 5×ν×（υ×H_R）÷d₀²(水柱) = 5×0.008×（27.5×1.1）÷0.6²=3.36m=0.0336mpa

υ— 运行流速

H_R—交换剂层高

d₀—交换剂的平均直径（采用0.3-1.2）

ν—水的运动粘滞系数

3.运行成本

盐耗

每产一吨合格水用盐量=单次再生用盐量÷周期产水量=147/383=0.38kg。

以工业盐每吨约500元的价格计算，每产一吨合格水的的用盐成本为0.19元。

再生水耗

反洗过程 设置每再生三次反洗10分钟，则反洗耗水率=（反洗流速×工作面积×反洗时间）/（3×周期产水量）=0.4%

吸盐过程 排水约为树脂填充量一倍，2.88m³，吸盐耗水率为0.75%。

正洗过程 排水约为树脂填充量1-3倍，视具体情况调整，计算时以1倍估算，则正洗耗水率为0.75%。

将上面三个数字相加，得到，再生水耗为1.9%。

以水每吨4元计，则每产一吨合格水，耗水0.07元。

电耗

所有用电负载为 多路阀一般电机30W左右且仅在再生时得电若干秒；液晶屏或者触摸屏功率不大于10W；再生泵功率1.5KW，每产383吨水，工作30分钟。

以上，每产383吨水，用电不到一度以一度计，按每度电一元，则每吨水电耗为0.0026元。

综上，每产一吨合格水，总计运行成本为0.19+0.07+0.0026=0.2626元。

当然，如果您不需要详细的计算来增光添色，只需要知道相关参数，那您可以使用我们的快速计算表格。如下图：

在绿色框中填入数字，可自动生成系统参数和阀门/盐箱/盐池的尺寸。

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