|
Программа ROSA разработана компанией DOW CHEMICAL для расчета обратноосмотических и нанофильтрационных установок с применением мембранных элементов FILMTEC . Программу можно получить, обратившись в российское представительство ДАУ ЮРОП ГмбХ, или скачать с сайта DOW по адресу http :// www . dow . com / liquidseps /
design / rosa . htm. Там же можно найти инструкции по установке, руководство по работе с программой, а также ответы на часто задаваемые вопросы. Программа постоянно совершенствуется, и ее новые версии могут существенно отличаться от описанной ниже.
НПК "Медиана-фильтр" представляет современные системы очистки воды и водоподготовки:
Программа позволяет быстро и легко выполнить предварительные расчеты показателей работы элементов FILMTEC в конкретных условиях. Обычно для оценки работы обратноосмотических установок необходимо сделать несколько вариантов расчетов с разными параметрами.
Для ознакомления с программой проследим за расчетом обратноосмотической установки производительностью 9 м 3 /ч.
После запуска программы появляется диалоговое окно с вкладками:
- Project Info – информация о проекте;
- Feed – исходная вода;
- Scaling – образование отложений;
- Configurations – архитектура установки.
Вкладка Project Info содержит несколько полей. Необходимо заполнить поле Project name (названия проекта), иначе программа не будет выполнять расчет. Кириллицу программа не поддерживает.
Проект ROSA может включать до десяти вариантов расчета. Номер варианта, с которым ведется работа, показан в поле Case Number . Чтобы добавить еще вариант в проект, щелкните мышкой кнопку Add , убрать ненужный расчет – щелкните кнопку Remove . Далее располагаются поля, в которые вносят информацию по проекту и заметки по данному расчету.
Состав исходной (питательной) воды должен быть электронейтральным. При отклонении от электронейтральности программа предложит сбалансировать ионный состав по катионам и анионам. В поле Balance Analysis with необходимо выбрать вещество для выравнивания сумм: NaCl , CaCl2 или CaSO4 . Ниже выбираем единицы измерения: производительность Flow может быть выражена в м 3/ч, м 3/сут, гал/мин, гал/сут; давление Pressure может быть выражено в бар и в фунт/дюйм2 . Последняя группа элементов в данном окне Temperature Unit (единицы измерения температуры): градусы Цельсия или Фаренгейта.
Следующая вкладка, Feed , показана на рис. П.6.1. Можно задать или солесодержание исходной воды в мг/л в поле TDS или ее ионный состав. Если указать солесодержание, то при проведении расчетов предполагается, что в воде содержится только NaCl . Предпочтительнее вводить ионный состав, без информации о котором невозможно выполнить оценки риска образования отложений. Чтобы сделать доступными поля ввода состава воды, нужно отметить галочкой эле мент Specify individual solutes . Содержание каждого предлагаемого конкретного вещества вводится в любых единицах концентрации: mg / l (мг/л), ppm CaCO 3 ( мг/л в пересчете на CaCO 3 , 1 мг/л CaCO 3 = 0,02 мг-экв /л), meq / l (мг-экв/л). Кремниевая кислота (в пересчете на SiO 2 ) и бор вводятся только в мг/л. Программа рассчитывает и показывает численное значение концентрации, выраженное в других единицах, солесодержание, суммы катионов Cations и анионов Anions и разность сумм Balance . Эту разность можно компенсировать с помощью группы элементов:
- Add Chloride – добавить Cl – ;
- Add Sodium – добавить Na + ;
- Add Sulfate – добавить SO4 2 – ;
- Adjust Cations – выровнять концентрацию катионов;
- Adjust Anions – выровнять концентрацию анионов;
- Adjust All Ions – выровнять концентрации ионов.
Для расчета мембранной установки необходимо знать коллоидный индекс SDI . Этим показателем определяется значение величины допустимого удельного съема пермеата с единицы площади поверхности мембранного элемента.
Рис. П.6.1. Ввод состава исходной воды в программе ROSA
Источник воды и значение коллоидного индекса выбирают из списка Water , в котором содержатся пункты:
- RO Permeate – пермеат обратноосмотической установки;
- Well Water – артезианская вода;
- Surface Supply – поверхностная вода;
- Tertiary Effluent – сточные воды после предочистки;
- Sea Water – морская вода.
Для расчета отложений и равновесного содержания анионов угольной кислоты необходимо задать рН исходной воды, Feed pH . По умолчанию, программа принимает рН = 7,6. Температура воды вводится в поле Feed Temp . Максимальная температура питательной воды для большинства элементов FILMTEC составляет 45 ° C .
В программу можно вводить данные по нескольким источникам. Для этого после ввода состава первого источника щелкаем мышкой по кнопке Total Number of Feed Streams (количество источников питательной воды). Появится окошко с вопросом «Do you want to add another feed to the system?» (Добавить источник питательной воды?). После подтверждения вводится относительный расход воды из второго источника в процентах Enter feed percentage . Затем необходимо отметить: переносить ли данные по составу первого источника в состав второго « Carry ion concentration over ?» и ввести необходимые показатели в новой вкладке Feed . Если есть третий источник, повторяем для него ту же процедуру. Значение величины, полученное при суммировании долей всех источников, должно быть равным 100%.
После ввода данных по питательной воде переходим к вкладке Scaling , показанной на рис. П.6.2. К вкладке также можно получить доступ, используя команду Project Data Entry меню Options или щелкнув кнопку Project Data Icon в панели инструментов ; появится диалоговое окно, где выбираем вкладку Scaling .
Вкладка содержит таблицу, где собраны данные по отложениям солей для трех потоков: исходная вода Feed , обработанная исходная вода Adj . Feed и концентрат Concentrate .
Ниже приведены некоторые обозначения, содержащиеся в таблице:
- LSI – индекс Ланжелье, служит для оценки возможности образования отложений CaCO 3 в воде с солесодержанием менее 10 г/л.
- Stiff & Davis Index – индекс Стиффа - Дэвиса . Этот показатель используют для оценки возможности образования отложений CaCO 3 для морской воды (и вод с высоким солесодержанием, более 10 г/л).
- TDS – солесодержание, мг/л;
- Ionic Strength – ионная сила раствора, моль/л;
- % Saturation – степень насыщения, %. Отношение концентрации труднорастворимого соединения в соответствующем потоке к концентрации его насыщенного раствора при данной температуре, выраженное в процентах.
Необходимо задать гидравлический КПД установки в процентах – Recovery , и температуру питательной воды.
Если концентрат пересыщен по одной или нескольким солям, то над таблицей появляется предупреждающее сообщение.
Рис. П.6.2. Контроль отложения примесей
Верхняя группа элементов Scaling Calculation Options (опции расчета отложений) включает три режима расчета:
- No Chemicals Added – без применения реагентов.
- User Adjusted pH Values – с корректировкой рН.
- Ion Exchange Softening – умягчение питательной воды методом ионного обмена.
В режиме корректировки рН программа предусматривает возможности дозирования в питательную воду H 2 SO 4 , HCl , или NaOH . В программе доза реагента приводится в расчете на 100% основное вещество.
В этом режиме задаем либо рН исходной воды, либо индекс Ланжелье (индекс Стиффа-Дэвиса) для концентрата. Для стабильной работы мембранных установок необходимо, чтобы индекс Ланжелье (а в соответствующих случаях – индекс Стиффа-Дэвиса) был отрицательным.
В режиме умягчения необходимо задать остаточное содержание катионов Ca 2+ и Mg 2+ в обработанной воде.
Переходим к вкладке Configuration , в которой определяем архитектуру установки обратного осмоса или нанофильтрации (рис. П.6.3).
Рис. П.6.3. Ввод характеристик обратноосмотической установки и ее принципиальной технологической схемы
Сначала необходимо задать количество ступеней установки по пермеату – # of Passes . В программе ROSA можно рассчитывать как одноступенчатые, так и многоступенчатые мембранные установки, в которых пермеат с предшествующей ступени является питательной водой для последующей. Характеристики каждой ступени необходимо вводить отдельно при этом общие показатели установки остаются неизменными: System Perm Flow (расход пермеата), System Feed Flow (расход исходной воды), System Recovery (гидравлический КПД установки). Чтобы переключаться между ступенями, нужно щелкнуть мышкой необходимый блок на схеме, или выбрать ступень в списке Current Pass .
Для каждой ступени необходимо определить характеристики включенных в нее стадий (каскадов) во вкладке Configuration for Pass … . Программа позволяет рассчитывать как однокаскадные, так и многокаскадные схемы, в которых концентрат с предшествующего каскада является питательной водой для последующего. Количество стадий в составе ступени задается в списке Number of Stages in Pass ..
Для каждого каскада заполняются поля ввода Fouling Factor (коэффициент загрязнения) и Operating Temp (рабочая температура).
Следующая группа элементов, которая характеризует стадию, это: Perm Flow (расход пермеата), Recovery (гидравлический КПД), Feed Flow (расход исходной воды) и Perm Flux (удельный съем пермеата). Программа позволяет варьировать набор исходных данных. Параметры, указанные в серых полях можно изменять. Если задать, например, расход и давление исходной воды, то остальные характеристики будут получены в ходе расчета. Задаемся расходом пермеата и гидравлическим КПД установки.
Характеристики конкретной стадии задаем в группе Configuration for Stage … in Pass … . Если необходимо, вводим давление исходной воды, Feed Pressure и давление в линии пермеата Back Pressure . Если пермеат со всех каскадов ступени поступает в общий коллектор, то отмечаем галочкой окошко Same Back Pressure for all stages .
Задаем количество фильтродержателей (корпусов) в каскаде Number of Pressure Vessels in Stage и число элементов в корпусе Number of Elements in Each Vessel . Тип мембранного элемента выбираем в выпадающем списке Product Name . Характеристики мембран можно увидеть, щелкнув по кнопке Specs (Спецификации). Если в каскаде используем одинаковые элементы, необходимо отметить галочкой окошко Use the Same Element in the pass .
Показатель Pump Efficiency (кпд насоса) служит для оценки энергопотребления двигателя насоса. При проектировании многоступенчатых или многокаскадных установок может понадобиться установка дополнительного (бустерного) насоса между ступенями или каскадами для повышения рабочего давления. При выборе бустерного насоса Boost необходимо указать его напор и кпд.
Рис. П.6.4. Включение в схему бустерного насоса
В двухступенчатых схемах на второй ступени необходимо определить давление на входе во вторую ступень. Если не устанавливаем насос, то нужно задать давление пермеата с первой ступени. Для этого на второй ступени выбираем None в списке Boost (рис. П.6.4), а на первой ступени задаемся значением давления в линии пермеата. Если устанавливаем бустерный насос, необходимо отметить в списке Calc (тогда напор насоса будет рассчитан программой), или Spec (в этом случае значение давления обеспечиваемого насосом вводит оператор).
Программа позволяет рассчитывать схемы с рециклом и байпассированием – опция Recirculation Loops .
Вариант Blend Permeate предусматривает подмес к пермеату исходной воды. При этом необходимо задать расход исходной воды, подмешиваемой к пермеату
Возможны варианты с рециклом (рециркуляцией) концентрата, когда часть его потока возвращается для подмеса к питательной воде той же ( Pass 1 Conc . To Pass 1 Feed ) или предыдущей ступени ( Pass 2 Conc. To Pass 1 Feed ).
В рассматриваемом примере применяется рециркуляция концентрата – часть его потока подмешивается к исходной воде. Чтобы рассчитать схему с рециркуляцией, надо отметить галочкой поле Pass 1 Conc . to Pass 1 Feed и задать расход воды на рециркуляцию.
Однако, в схемах с рециркуляцией солесодержание пермеата и энергопотребление установок выше вследствие ухудшения качества исходной воды и увеличения ее расхода.
Рис. П.6.5. Регулирование рН питательной воды
на входе во вторую ступень
Программа позволяет корректировать рН питательной воды второй ступени, как показано на рис. П.6.5.
- По умолчанию рассматривается опция No Degasification (без декарбонизации). При этом предлагается выбрать реагент в поле Dosing Chemical из списка: H2 SO4 , HCl или NaOH . Затем ввести требуемое значение рН в поле Adjusted pH .
- Опция с декарбонизацией рассчитывается:
- либо посредством выбора кнопки Pct Carbon Removal и введением количества удаляемого СО2 в процентах в появившемся справа поле;
- либо выбором кнопки СO2 Pressure и введением парциального остаточного давления СO2 в атм.
Характеристики установки заданы. Для проведения расчета щелкаем по клавише Perform Calculation или Report . На рис. П.6.6–П.6.7 показаны результаты расчета выбранной схемы мембранной установки.
Результаты расчетов представлены в двух отдельных окнах. Первое окно, показанное на рис. П.6.6, содержит краткое описание проекта. В верхней таблице помещены показатели исходной воды и гидравлический КПД установки. В нижней таблице слева для каждой стадии каждой ступени установки указаны сведения о типе мембранных элементов, количестве корпусов и элементов в каждом из них, суммарном количестве элементов в каскаде, среднем удельном съеме пермеата по ступени и по стадии, давлении в линии пермеата, напоре бустерного насоса, дозе реагента, энергопотреблении на кубометр пермеата. В нижней таблице справа содержатся данные по расходу, давлению, солесодержанию воды в потоках, соответствующих нумерации на схеме.
Рис. П.6.6. Окно отчета, представляющее принципиальную схему
и основные показатели работы обратноосмотической установки
Подробные результаты технологического расчета установки приводятся в следующем окне, показанном на рис. П.6.7.
Рис. П.6.7. Окно отчета, представляющее результаты технологического расчета обратноосмотической установки
Первая таблица System Details включает:
- Feed Flow to Stage 1 – расход питательной воды на первой стадии, м 3 /ч;
- Raw Water Flow to System – подача исходной (сырой) воды на установку, м 3 /ч;
- Feed Pressure – рабочее давление, бар;
- Fouling Factor – коэффициент загрязнения;
- Chem . Dose – доза 100% реагента, мг/л;
- Total Active Area – общая площадь активной поверхности мембранных элементов, м 2 ;
- Water Classification – тип воды ;
- Pass 1 Permeate Flow – производительность первой ступени по пермеату, м 3 /ч;
- Pass 1 Recovery – гидравлический кпд первой ступени;
- Feed Temperature – температура питательной воды, ° С;
- Feed TDS – солесодержание питательной воды, мг/л
- Number of Elements – количество мембранных элементов;
- Average Pass 1 Flux – средний удельный съем пермеата на первой ступени, л/(м 2 ·ч);
- Osmotic Pressure – среднее осмотическое давление питательной воды и концентрата, бар;
- Power – энергопотребление, кВт;
- Specific Energy – удельные энергозатраты, кВт/м 3 пермеата.
Ниже приводятся характеристики элементов системы: расходы, давления в потоках установки, средний удельный съем пермеата, его солесодержание. В таблице Pass Streams помещены данные о составе исходной воды, актуальном качестве питательной воды, поступающей на установку (например, после подмеса концентрата), концентрата и пермеата. Ниже в Stage Details представлены сведения по индивидуальным мембранным элементам каскада: гидравлический КПД Recovery , производительность по пермеату Perm Flow , м3/ч, солесодержание пермеата Perm TDS , мг/л, расход питательной воды Feed Flow , м3/ч, солесодержание питательной воды Feed TDS , мг/л, давление питательной воды Feed Press , бар .
В нижней таблице приводятся оценки риска образования отложений для исходной воды, воды, поступающей на установку, и концентрата.
|
Лабораторные установки
Засыпные фильтры 
Промышленные системы
Мобильные системы