Расчет производительности смешанного фильтра

В смешанном фильтре регенерированный катионит в H⁺-форме и регенерированный анионит в OH⁻-форме смешиваются вместе. Вокруг каждой гранулы катионита находится множество гранул анионита, и вокруг каждой гранулы анионита — множество гранул катионита. Таким образом, смешанный фильтр можно рассматривать как многоступенчатый фильтр, состоящий из множества чередующихся катионитов и анионитов.

В таких отраслях, как полупроводниковая, интегральных схем и фармацевтическая, смешанные фильтры часто используются отдельно для химического обессоливания воды. Поскольку загрузка как катионита, так и анионита меньше, чем при использовании отдельных фильтров, и анионит также должен удалять остаточный CO₂ и растворимый SiO₂ из воды, продолжительность рабочего цикла значительно сокращается, а время регенерации увеличивается в разы. На электростанциях с высокопараметрическими котлами из-за большого объема подпиточной воды использование только смешанного фильтра привело бы к слишком частой регенерации. В то же время, поскольку требования к качеству воды очень высоки, смешанные фильтры обычно используются последовательно после системы обессоливания первой ступени. Только при обработке конденсата используется отдельный смешанный фильтр.

При высоких требованиях к качеству воды в смешанном фильтре должны использоваться сильнокислотный катионит и сильноосновный анионит. При обработке конденсата необходимо использовать катионит и анионит с высокой прочностью и относительно узким диапазоном размеров гранул. Как правило, после регенерации смешанного фильтра содержание RH-формы катионита на единицу объема примерно в 2–2,5 раза превышает содержание ROH-формы анионита. Поэтому при использовании только смешанного фильтра для обессоливания соотношение катионита к аниониту обычно составляет 1:2.

Вода первой ступени обессоливания (≤10 мкСм/см) подается на смешанный фильтр. Удельная электропроводность на выходе поддерживается на уровне ≤0,2 мкСм/см. Эмпирическое значение периодической производительности составляет 8000–12000 объемов. Остаточный CO₂, растворимый SiO₂ и анионы в питательной воде должны удаляться анионитом. Поскольку обменная емкость анионита на единицу объема в смешанном фильтре ниже, чем у катионита, периодическая производительность смешанного фильтра рассчитывается на основе анионита. Формула расчета выглядит следующим образом:

Формула расчета производительности катионита и анионита

• Объем смолы (м³): Относится к объему анионита в смешанном фильтре
• Рабочая обменная емкость смолы: Обычно составляет 400 моль/м³-Р для анионита смешанного фильтра
• Суммарная молярная концентрация анионов в воде (Cl⁻, SO₄²⁻, остаточный CO₂, растворимый SiO₂): Рассчитывается на основе отчета о качестве воды заказчика

Пример: Удельная электропроводность 3,2 мкСм/см эквивалентна содержанию солей 3,2/(молекулярная масса солей, обычно принимаемая за 100, что является эмпирическим значением) = 0,032 ммоль/л. Поскольку необходимо контролировать удельную электропроводность на выходе ниже 0,4 мкСм/см, фактическая рабочая обменная емкость должна составлять 550 ммоль/л. Тогда производительность единицы объема смолы составляет:

При диаметре 200 мм и высоте 800 мм объем смолы составляет 10,5 л. Соотношение катионита к аниониту: 1:2. Расчетная производительность смешанного фильтра составляет:

Скорость потока составляет 140 м/ч, следовательно, расход равен:

Фактическое время работы составляет:

Это примерно 41 час.