Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha đạt tiêu chuẩn GMP-WHO công suất 3m3/h

ớc tinh khiết được áp dụng rất nhiều trong nghành sản xuất dược phẩm ở Việt Nam hiện nay .Công nghệ này nó vừa đáp ứng được chất lượng nước đầu ra luôn ổn định và vừa đảm bảo được tính kỹ thuật ,quy định của cục dược Việt Nam cũng như tiêu chuẩn GMP-WHO hiện nay. 4.6. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ( Bản vẽ ở phụ lục 5) Nước được lấy bể chứa nước sạch đạt tiêu chuẩn 1329/2002/BYT-QĐ đi vào bình chứa inox1 với thể tích 3.000 lít và được bơm vào hệ thống xử lý nước tinh khiết qua hệ bơm PW1-PW2 . Nước từ bồn chứa inox1 trước khi đi vào hệ thống trao đổi ion thì cần phải đi qua cột lọc tinh với kích thước lỗ lọc là 10 micromet mục đích là loại bỏ một số cặn lơ lững xó kích cở lớn hơn 10 micromet để bảo về cho các cột lọc trao đổi ion tăng hiệu quả trong xử lý các công trình ở phía sau nó. Sau khi nước qua cột lọc tinh này lần lượt sẽ đi qua cột trao đổi làm mềm nước , tiếp đến là cột trao đổi cation1 để loại bỏ một số cation Mg2+,Mn4+,Pb2+,Fe2+… sau đó nước sẽ tiếp tục đi qua cột trao đổi anion thì các ion mang điện tích âm như Cl-, SO42-,NO3-,…Được giử lại trên lớp vật liệu hạt nhưa trao anion nước đi tiếp qua cột trao đổi cation 2 để một lần nữa loại bỏ một số khoáng chất còn lại . Nước sau khi đi qua hệ thống trao đổi ion (cation1-anion-cation2) sẽ được lưu trữ vào bồn chứa trung gian với thể tích V2=5000 lít . Bồn nước này có nhiệm vụ là cung cấp nước vào thiết bị lọc thẩm thấu ngược (RO) bằng hệ bơm PW3-PW4 . Trước khi dòng nước vào hệ thống RO thì cần phải đi qua một thiết bị lọc tinh từ 5-1micromet để bảo vệ màng lọc RO cũng như tăng tuổi thọ và hiệu quả xử lý của màng lọc RO. Sau thiết bị R.O nước sẽ chảy về bồn chứa hoàn lưu 2000 lít, có đèn UV1 nhúng chìm trong bồn. Nứơc lại tiếp tục được bơm PW5, PW6( 1chạy 1 dự phòng) bơm qua thiết bị lọc 0.2micron và đèn triệt trùng UV2 để đi về từng nới sản xuất, sau đó phần nước dư sẽ được hồi về đèn triệt trùng UV3 và vào bồn chứa hoàn lưu. Hệ thống bơm PW5,PW6 hoạt động liên tục theo chế độ tự động cài đặt bởi timer. 4.7. NHIỆM VỤ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG 4.7.1. Thiết bị lọc thô & lọc tinh 10- 02- 0.2 micron Quá trình lọc giảm cấp nhằm tăng cường khả năng lọc của thiết bị và tránh sự phân cấp các ma trận lọc củâmngf lọc. Tất cả các cặn bẩn có kích thước lớn hơn 10micron, 02micron, & 0.2 miron nhằm đưa nước đạt độ trong cho phép. Nước sau khi qua thiết bị lọc tinh đã đạt tiêu chuẩn về mặt lý hóa và vi sinh. Hệ thống này sử dụng cartridge Filter do Mỹ sản xuất, các lõi lọc này được thiết kế với ma trận lọc thích hợp nên lọc rất hiệu quả. 4.7.2. Thiết bị thẩm thấu ngược Thiết bị thẩm thấu là pha được ưu tiên chuyển qua dưới tác dụng của građien áp suất. Chúng được miêu tả như một màng lọc và được phân loại chức năng theo kích cỡ lỗ khoan. Dùng chính chất của màng bán thẩm thấu cho nước chãy qua, tất cả các chất hoà tan bị giữ lại trừ một vài phân tử hữu cơ rất gần nước ( khối lượng mol nhỏ, phân cực mạnh). Khi ta muốn tách một dung dịch muôi cô đặc từ một dung dịch loãng hơn bằng màng này, điện áp hóa có xu hướng làm nước chuyển từ buồng có điện thế cao để pha loãng ra ( thẩm thấu ra trực tiếp). Nếu muốn cản lại sự khuếch tán này, cần phải đặt lên một áp suất chất lỏng. Khi cần bằng, sự chênh lệch áp suất tạo ra được gọi là áp suất thẩm thấu của hệ thống. Thực vậy, để tạo ra nước “ lọc” từ một dung dịch có muối, cần phải vượt qua áp suất thẩm thấu của dung dịch và cũng có thể nói rằng: để nhận được lưu lượng kinh tế thích hợp, cần phải làm việc với áp suất ít nhất lớn gấp 2 lần áp suất thẩm thấu. Tuy nhiên, trong thực tế hệ thống thẩm ngược được công ty chúng tôi thiết kế đơn giản, chi phí thấp dễ dàng vận hành và bảo trì. Cần tạo của thiết bị R.O được mô tả bởi các phân tử như sau: Một bơm cao áp cung cấp năng lượng cho hệ thống Một hoặc nhiều modun màng lọc Một van xả áp để duy trì áp suất trong hệ thống. Nước sau quá trình này đạt yêu cầu kỹ thuật ó nước tinh khiết có thể sử dụng uống trực tiếp (về mặt lý hoá). 4.7.3. Thiết bị làm mềm & trao đổi Ion Phương pháp trao đổi Ion là sử dụng 02 loại nhựa cho hai cột, cột Cation & Anion, nước sau khi qua cột Cation & Anion, nước sau khi qua cột Cation sẽ giữ lại tất các Ion mang điện tích dươg nư: Fe, Ca, Mg .. đồng thời trả lại gốc H+ , sau một thời gian sử dụng thì gốc H+ trên nền nhựa không còn nữa(Lúc nước không đạt tiêu chuẩn, kiểm tra bằng Conductivity Meter). Ta cung cấp H+ cho nhựa trao đổi bằng cách hòan nguyên chúng với dung dịch H+Cl- nồng độ 5-10%, khi hoàn nguyên thì quá trình trao đổi xảy ra ngược lại nghĩa là Fe+.. Y-;, Ca+.Y-.. trên nền nhựa sẽ trao đổi bằng H+ có trong dung dịch hòan nguyên. Tóm lại quá trình trao đỗi diễn ra ở cột Cation theo 02 phương trình sau: Khi trao đổi R-H+ + X+Y- R-X+ + H+Y- Khi hòan nguyên R-X + H+Cl- R-H+ +X+Cl- Tương tự cho cột Anion sẽ giữ lại tất các Ion mang điện tích âm như Cl, NO3, SO4đồng thời trả lại trong nước gốc OH-. Sau một thời gian sử dụng thì gốc OH- trân nền nhựa không còn nữa, lúc này ta cung cấp cho OH- cho nhựa trao đổi bằng cách hòan nguyên chúng với NaOH nồng đồ 5-10%, khi ta hòan nguyên thì quá trình trao đổi xảy ra ngược lại, nghĩa là Y+.. Cl-; Y+SO4- . trên nền nhựa trao đổi bằng OH- có trong dung dịch hòan nguyên. Quá trình trao đổi diễn ra ở cột Anion theo 02 phương trình sau: Khi trao đổi R- OH- + X+Y- R-Y- + H+OH- Khi hòan nguyên R-OH- + Na+OH - R-OH- + Na+ Thiết bị trao đổi Ion là các chất vật liệu hạt không hòa tan có trong cấu trúc phân tử các gốc Axit hay Bazơ có thể thay thế được mà không làm thay đổi tính chất vật lý của chúng và cũng không làm biến mất hoặc hòa tan. Các Ion dương hay âm cố định trên các góc này đẩy ion cùng dấu có trong dung dịch lỏng. Đó là sự thay đổi số lượng tải toàn bộ có trong chất lỏng trước khi trao đổi. Ơ đây chúng tôi sử dụng Resin sản phẩm của hãng Dow có dung tích trao đổi 2Eq có tác dụng mạnh đối với các kim loại: Mg, Ca, fe… theo phản ứng thuận ngịch loại nước mềm: Mg2+ ® Mg R-Na + [ R – [ + 2Na Ca2+ ¬ Ca Nước qua thiết bị trao đổi Ion dùng trong tinh chế rất quan trọng tránh các tình trạng mất nước và làm đổi màu sản phẩm. Nước sau khi qua hệ thống trao đổi hàm lượng sắt đã đưa về tiêu chuẩn cho phép 0.2-0.1mg/l và độ cứng cũng được đưa về theo tiêu chuẩn nước sản xuất dược phẩm. 4.7.4. Đèn U.V tiệt trùng nước Có tác dụng tiêu diệt các vi khuẩn vi sinh có trong nước,với bước sóng 254nm để phá vở cấu tạo các tế bào của vi sinh vật và tiêu diệt một số vi khuẩn ,vi rút có trong nước. 4.7.5. Thiết bị điện điều khiển Nguồn điện cấp vào hệ thống cần sự ổn định cho phép dao động £ 5% về điện áp cũng như các thông số khác . Yêu cầu cấp nguồn điện 380V/3Phase/50Hz. Có tác dụng điều khiển & vận hành hệ thống bán tự động. Hệ thống hoạt động không tự động hóa 100% vì có những hạn chế sau: Chi phí đầu tư cho tự động hóa (Lập trình PLC toàn bộ ) sẽ tốn kinh phí nhiều. Một số thao tác cần phải có con người mới thực hiện được mà tự động hóa không thể điều khiển được như vệ sinh lõi lọc tinh, pha trộn hóa chất tái sinh… Hệ thống hoàn toàn tự động khi hệ thống báo đầy cạn nước trong các bồn chứa, Tự động tái sinh tại các cột trao đổi ion do sử dụng AUTOVAL 268/440 . đặt điểm của loại autoval này là tự hút hóa chất ,rửa ngược và rửa xuôi và rửa nhanh, được cài đặt theo thời gian khi hệ thống hoạt động ổn đinh. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 5.1. THÔNG SỐ CẦN THIẾT ĐỂ THIẾT KẾ Để đáp ứng được nhu cầu sản xuất của nhà máy với công suất nước tinh khiết 3 m3/h thì ta thiết kế hệ thống trước RO với lưu lượng cần xử lý tương ứng Qxl = 5 m3/h, thời gian làm việc trong ngày là t = 16 h. Các thông số đầu vào của nước ngầm sau khi xử lý thô : Hàm lượng sắt tổng : < 0.3 mg/l pH = 6.5-8 Độ oxy hóa = 4 mg/l. Hàm lượng Cl- = 250 mg/l. H2S = 0, NH4 < 1 mg/l. Độ kiềm = 1,5 mđlg/l = 1,5 meq/l. TDS < 275 mg/l 5.2. CỘT TRAO ĐỔI ION 5.2.1. Tổng quan về trao đổi ion Trao đổi ion là một quá trình hóa lý, trong đó các ion chuyến đổi từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại. Các ion trong nhóm chức mang điện tích trên bề mặt pha rắn (liên kết nhờ lực hút tĩnh điện) sẽ trao đổi với các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc pha rắn giữa các hạt nhựa. 5.2.1.1. Nhiệm vụ Khử các ion có trong nước, ở đây chủ yếu khử cứng (Ca2+, Mg2+ …) và khử khoáng nước cấp bởi việc loại gần hết các ion trong nước. Ngoài ra chúng còn được dung để loại các ion Fe2+, Mn2+, NO3-, SO42-, PO43-, … 5.2.1.2. Nhựa cation (R-H) R-SO3H R-SO3- + H+ Nhựa cation acid mạnh Nhóm chức: HSO3-, H2PO3-, nhóm phenolic OH- Dung dịch hoàn nguyên: R - H: HCl hoặc H2SO4 R – Na: NaCl Nhựa cation acid yếu Trao đổi với muối kiềm (HCO3-, CO32-) thành acid yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối không kiềm (NaCl, CaSO4) Nhóm chức carboxylic Dung dịch hoàn nguyên: HCl hoặc H2SO4 Tính lựa chọn ion theo thứ tự Nhựa cation acid mạnh Fe2+ > Al3+ >Ra2+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > H+ > Li+ Nhựa cation acid yếu H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+ Chọn phương pháp làm mềm nước phải dựa vào chất lượng nước yêu cầu sau xử lý,thành phần muối hòa tan trong nước nguồn. Trong trường hợp trao đổi ion với mục tiêu duy nhất là khử nước thì phương pháp làm mềm nước bằng Na-cationit là rẻ nhất ( vì không tạo ra H+ gây pH thấp <4.3 không sử dụng được): 2RNa + CaSO4 R2Ca + Na2SO4 2RNa + MgSO4 R2Mg + Na2SO4 Khi lớp nhựa cation hết hiệu lực, người ta tái sinh bằng muối NaCl R2Ca + 2NaCl 2RNa + CaCl2 R2Mg + 2NaCl 2RNa + MgCl2 Để mềm hóa nước, người ta đem nước cứng có chứa Ca2+ và Mg2+ lien tục dẫn vào cột trao đổi ion RNa hấp thụ Ca2+ trong nước và đồng thời phân ly ra Na2+ làm cho các phản ứng ion dịch chuyển về phía phải, như vậy đã khử Ca2+trong nước. Trong xử lý nước thường dung dung tích trao đổi thể tích, nó được biểu thị bằng số lượng ion trao đổi (tính bằng gam đương lượng) được hấp thụ trong 1m3 vật liệu ionit (đlg/m3) hoặc mg đương lượng trong 1l (mgđ/l). Quá trình làm mềm nước bằng natri-cationit có thể giảm được lượng Ca2+ và Mg2+ trong nước đến một trị số rất bé. Tổng độ kiềm trong nước không đổi, ặn sấy khô tăng lên một ít vì đã thay thế một ion Ca2+ào tan trong nước (có trọng lượng nguyên tử bằng 40.08) bằng 2 ion Na2+ (trọng lượng nguyên tử 2*22.99 = 45.98). Các yếu tố ảnh hưởng Bản chất ion bị trao đổi Bản chất của chất trao đổi ion Giá trị pH Nhiệt độ của nước Nồng độ các ion khác có trong nước Mức độ tái sinh Trong đó: Khử cứng (Ca 2+, Mg 2+…) cho nước ăn uống, nước cấp nồi hơi (ảnh hưởng do đóng cặn) thường sử dụng R-Na (Nhựa cation acid mạnh chu trình Na) 2R – Na + Ca2+ -> 2R – Ca + 2Na+ Tuy nhiên cần phải cân nhắc lượng Na (Na>200mg/l ảnh hưởng sức khỏe sinh ra có ảnh hưởng đến sức khỏe không thể quyết định có dùng trao đổi ion để khử cứng không. Hàm lượng Fe>0.3 mg/l: không nên sử dụng trao đổi ion vì trong điều kiện có O2, Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ (kết tủa) bám trên bề mặt nhựa làm giảm khả năng trao đổi ion. TDS > 1000 mg/l: không nên sử dụng trao đổi ion vì hiệu quả trao đổi kém (do phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch) và chi phí hóa chất cao (do nhựa có dung lượng trao đổi giới hạn -> phải hoàn nguyên nhiều). Nếu lấy nước từ mạng lưới nước cấp (nước thủy cục) thì trong nước có chứa một lượng Clor dư (là chất oxi hóa mạnh) sẽ oxi hóa nhựa, do đó cần khử Clor dư rồi mới trao đổi ion. Trường hợp nước có vi sinh vật và điều kiện chất dinh dưỡng, vi sinh vật sẽ bám trên bề mặt nhựa làm giảm bề mặt tiếp xúc trao đổi, vì vậy cần phải khử trùng trước bằng tia UV (không được sử dụng Clorine). 5.2.2. Tính toán về thiết bị làm mềm 5.2.2.1. Thông tin sản phẩm hạt nhựa làm mềm S1467 là nhựa trao đổi cation acid mạnh với các hạt có kích thước đồng đều (Monoplus) liên kết các polimer styrene – divinylbenzene. Các hạt monoplus rất ổn định về hoá học và cơ học. Động lực học tối ưu dẫn tới tăng công suất vận hành so với nhựa trao đổi ion có phân bố kích thước hạt không đồng đều S1467 ứng dụng đặc biệt cho làm mềm nước uống. S1467 có bổ sung một số đặc điểm đặc biệt đối với lớp nhựa : Tốc độ dòng trao đổi cao suốt quá trình tái sinh và vận hành. Sự dụng tốt tổng công suất. Nhu cầu nước xả rửa thấp. Gradient sụt áp là đường tuyến tính cho toàn bộ chiều cao của lớp resin; vì thế vận hành với lớp resin càng cao càng tốt. S1467 tuân theo luật pháp hiện hành của Đức về thực phẩm và được phép tiếp xúc thực phẩm và là hóa chất tuân theo qui định FDA 21 CFR 173.2S (a). S1467 tuân theo quyết định Châu Âu AP (97) – 1, với kiểm tra của Total Oganic Carbon (TOC) ,có giấy chứng nhận tuân theo kiểm tra AFNOR ( Phương pháp T90 – 601). Khi sử dụng S1467 để xử lý nước uống và dung dịch nước được liệt kê ở trên, chú ý thông tin sản phẩm này phải được quan sát từ những chu kỳ đầu của nhựa trao đổi ion Các tính chất đặc biệt của nhựa trao đổi ion có thể chỉ sử dụng đầy đủ nếu kỹ thuật và qui trình sử dụng tương ứng với trạng thái kỹ thuật hiện hành. Các thông tin đi sâu hơn nữa trong vấn đề này có thể nhận được từ Bayer AG, Các sản phẩm đặc biệt, đơn vị thương mại về nhựa trao đổi ion và hóa chất ngành nước. Bảng 5.1. Thông số kỹ thuật nhựa Monoplus S1467-LANXESS Dạng ion nguyên thủy Na+ Nhóm chức Sulfonic acid Mạch cao phân tử Liên kết polystyrene Cấu trúc Hạt loại gel Hình thái bên ngoài Màu nâu sáng Bảng 5.2. Tính chất vật lý và hóa học của nhựa Monoplus S1467-LANXESS Kích thước hạt * > 90% mm 0.6 ± 0.05 Kích thước hữu hiệu * AB ±0.05 mm % >80 Dung trọng (± 5%) g/ l 820 Tỷ trọng (xấp xỉ) g/ ml 1.28 Độ ngâm nước % 42 – 48 Tổng dung lượng (tối thiểu) eq/ l 2.0 Thay đổi thể tích Na+ ® H+ % + 8 Độ bền khoảng pH 0 – 14 Khả năng lưu trữ của sản phẩm (tối thiểu) năm 2 Khả năng lưu trữ khoảng nhiệt độ OC -10 ± 40 Kiểu đóng gói 25 lít/ túi PE Bảng 5.3. Các điều kiện giới hạn cho phép đối với nhựa Monoplus S1467-LANXESS Nhiệt độ vận hành (tối đa) oC 120 Khoảng pH vận hành 0 – 14 Chiều cao lớp resin (tối thiểu) mm 800 Độ sụt áp trên m/ h ở độ nhớt 1 mPa (xấp xỉ) kPa*h/ m2 1.0 Độ sụt áp cho phép kPa 200 Tốc độ chảy Khi rút khí (tối đa) m/ h - Tốc độ chảy Khi rửa ngược (20oC ) (xấp xỉ) m/ h 10 – 12 Độ giản nở của resin (20oC, trên m/ h ) (xấp xỉ) % 4 Khoảng trống Theo % thể tích resin % 40 Chất tái sinh NaCl Tái sinh ngược chiều Định lượng g/ l 120 Tái sinh cùng chiều Định lượng g/ l 200 Nồng độ Nồng độ % 8 – 12 Tốc độ chảy Tái sinh (xấp xỉ) m/ h 5 Tốc độ chảy Rửa (xấp xỉ) m/ h 5 Lượng nước rửa (xấp xỉ) BV 6 Bảng 5.4. Các điều kiện vận hành tham khảo. Nước rửa Nước uống Tốc độ dòng m/ h 5 Lượng nước rửa (xấp xỉ) BV 6 - 20 Nhiệt độ nước rửa oC Nhiệt độ vận hành Tái sinh gấp đôi lượng bình thường Xem điều kiện vận hành Rửa gấp đôi lượng bình thường Xem điều kiện vận hành 5.2.2.2. Tính toán lượng nhựa làm mềm nước. Lưu lượng: Q= 5m3/h Độ cứng: C= 120mg/lCaCO3 = 120/50 meq/l = 2.4 eq/m3 Thời gian làm việc của một chu kỳ: 40 giờ. Dung lượng trao đổi của nhựa S1467 – Lanxess = 2eq/l (Bảng 5.2) Lượng nước qua một chu kỳ: 5 m3 /h *40h = 200m3 Tổng dung lượng cần trao đổi: 2.4eq/m3* 200 m3 = 480 eq BV = Tổng dung lượng cần trao đổi Dung lượng trao đổi của nhựa D Thể tích nhựa cần: BV =nhựa Ta chọn: 250 lít nhựa (25 lít/túi) 5.2.2.3. Kích thước cột trao đổi ion Vận tốc nước qua lớp nhựa V=12-45m/h. Ta chọn V=25m/h. Diện tích bề mặt cột: As= Đường kính cột trao đổi: D = Chọn D=0.5 m Diện tích bề mặt cột trao đổi: As= Vận tốc nước qua lớp nhựa trao đổi: V= Thỏa mãn V (15-45m/h) Chiều cao lớp nhựa trao đổi (hmin>0,8m) h nhựa= Chọn hnhựa = 1.3 m Độ giãn nở lớp nhựa = 4%. Khoảng trống theo % thể tích của lớp vật liệu nhựa: 40%. (Theo bảng 5.1) Chiều cao bảo vệ: Hbv = (4%+40%)*hnhựa = 44%*1.3 = 0.57m Chọn hbv = 0.6 m Chiều cao cột trao đổi: H= hd +hnhựa+ hbv Trong đó: H: chiều cao tổng cộng bể lọc, m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0.2m hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.6 m. hnhựa: Chiều cao lớp nhựa, hnhựa = 1.3m Vậy: H = 0.0+1.3+0.6 = 2.1 m. Chọn H = 2.1m 5.2.2.4. Hoàn nguyên nhựa Dung dịch hoàn nguyên Chọn: - Dung dịch hoàng nguyên: dd NaCl 10% (Bảng 5.1) - Lượng NaCl hoàn nguyên = 200 g/l (Bảng 5.1) Tổng dung lượng trao đổi của muối: Dung lượng NaCl hoàn nguyên: 3.42 Giả sử tỉ trọng dung dịch NaCl = 1 kg/l Thể tích dd NaCl 10%: VNaCl= Lượng muối NaCl cần để hoàn nguyên là: Vận tốc hoàn nguyên = 1 – 10 m/h (đủ chậm để tạo đủ thời gian tiếp xúc). Chọn: Vận tốc hoàn nguyên = 6 m/h Thời gian hoàn nguyên: t= Giả sử độ cứng trong nguồn nước là do Ca2+ gây ra và trung bình trong nguồn nước thì [Ca2+] = 50mg/l CaCO3 Hệ thống trao đổi ion này có hiệu quả xử lý là 90% nên nước sau xử lý có hàm lượng Ca2+= 50-90%*50= 5mg/l. Đảm bảo độ an toàn về độ cứng cho nước qua hệ thống xử lý RO. Tuy nhiên vì đây là thiết bị trao đổi ion nên khi một ion Ca2+ bị loại bỏ thì 2 ion Na+ lại được hình thành: 2R-Na + CaSO4 -> R2Ca = Na2SO4 Để lại 1 ion Ca2+ thì tạo ra 2 ion Na+: x2 Suy ra nồng độ Na+=x2x23=51,75 mg/l Hệ thống phân phối dung dịch hoàn nguyên Chọn: Hệ thống tái sinh bằng van tự động (Autoval 268/440 có catalog kèm theo) Bồn pha dung dịch hoàn nguyên: Bồn nhựa V= 300l. Ống dẫn dung dịch hoàn nguyên: Ống inox Æ 27. Bơm hóa chất hoặc bộ ejector: Q= Lượng nước rửa ngược và rửa xuôi Lượng nước rửa = 6x BV= 6x250l = 1500 lít (Bảng 5.1) Vận tốc rửa ngược = 10 gpm/ft2 = 29,33 m/h (Tra Fig.2. Backwash Expansion ở 200C) Thời gian rửa ngược và xuôi: tng = Thời gian nước rửa ngược và xuôi = 16 phút Vận tốc rửa nhanh: = 30 m/h 5.2.3. Tính toán về thiết bị trao đổi cation1 và 2 5.2.3.1. Thông tin sản phẩm hạt nhựa khử cation: Thông tin sản phẩm S100 Lewatit S 100 là resin trao đổi cation, dạng gel, acid mạnh, có phân bố kích thước hạt đồng đều tiêu chuẩn. Nhờ có tổng dung lượng trao đổi ion cao, độ bền cơ học và hóa học rất tốt nên Lewatit S 100 đặc biệt thích hợp cho những công dụng sau Khử khoáng nước để sản xuất hơi nước công nghiệp Làm sạch nước ngưng tụ Làm mềm nước Xử lý nước rửa trong công nghiệp xi mạ Tách kim loại nặng trong quá trình thủy luyện kim loại (khai thác mỏ khoáng kim loại). Lewatit S 100 có thể được sử dụng tương hợp với tất cả các quy trình trao đổi ion cơ bản truyền thống. Để áp dụng các quy trình khác, chúng ta sử dụng resin có phân bố kích thước hạt đặc biệt thích hợp (với các quy trình này). Những đặc tính của sản phẩm này chỉ có thể được khai thác một cách đầy đủ nếu công nghệ và quy trình xử lý của của Quý vị được sử dụng tương thích với công nghệ tiên tiến hiện nay. Bayer AG, Organic Chemicals Business Group, Marketing/Application Lewatit có thể hổ trợ thêm những hướng dẫn về vấn đề này. Bảng 5.5. Thông số kỹ thuật nhựa Monoplus S100-Lanxess Dạng ion nguyên thủy Na+ Nhóm chức Acid sulfonic Mạch cao phân tử Mạng polystyrene Cấu trúc Hạt dạng gel Hình thái bên ngoài Nâu nhạt, hơi đục Bảng 5.6. Tính chất vật lý và hóa học của nhựa Monoplus S100-Lanxess Kích thước hạt * > 90% mm 0,58 (+/-0.05) Kích thước hữu hiệu mm 0,58 (± 0,05) Dung trọng (± 5%) g/l 820 Tỷ trọng xấp xỉ g/ml 1,28 Độ ngậm nước % 42 - 48 Tổng dung lượng * min. eq/l 2,0 Thay đổi thể tích Na+ à H+ xấp xỉ % 8 Độ bền ở nhiệt độ oC (-10) - 120 trong khoảng pH 0 - 14 Khả năng lưu trữ của sản phẩm min. năm 2 ở nhiệt độ oC (-10) - 40 Bảng 5.7. Các điều kiện vận hành đối với nhựa Monoplus S100-Lanxess Nhiệt độ làm việc max. oC 120 Khoảng pH làm việc 0 - 14 Chiều cao lớp resin min. mm 800 Sụt áp riêng (15oC) xấp xỉ kPa*h/m2 1,0 Sụt áp cho phép tối đa kPa 200 Vận tốc dài khi xử lý max. m/h 40 khi rửa ngược (20oC) xấp xỉ m/h 10 - 12 Độ dãn nở lớp resin (20oC, trên mỗi m/h) xấp xỉ % 4 Khoảng trống theo % thể tích resin % 40 Dung dịch tái sinh HCl H2SO4 NaCl Tái sinh ngược chiều liều dùng xấp xỉ g/l 55 80 90 Nồng độ % 4 - 6 1,5/3 8 - 10 ** Vận tồc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 Rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 5 Tái sinh cùng chiều liều dùng xấp xỉ g/l 100 150 200 nồng độ % 6 - 10 1,5/3 8 - 10 ** Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 6 5.2.3.2. Tính toán lượng nhựa cation1,2 Vận tốc nước qua cột lọc (15-45)m/h (Bảng 11.6-trang 366 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp-TrịnhXuân Lai-2008). Ta chọn V=25m/h Lưu lượng Q=5m3/h tiết diện cột lọc là: Thiết kế cột Cation 1 và Cation 2: Chọn loại nhựa cation R-H của Lanxess S100 và SP112H có đặc tính : Dung lượng trao đổi thấp nhất là as =2 eq/l, chọn as = 2 eq/l. Nhiệt độ làm việc tối đa : Tomax = 140oC. Chiều cao của lớp vật liệu Hmin >800mm (Theo bảng 5.2) Ta chọn chiều cao của lớp vật liệu H=1.3m( Theo qui phạm từ H= 1-1,5m) Nên thể tích vật liệu nhựa là: V= FxH = 0.2x1.3 = 260 lít 5.2.3.3. Kích thước cột trao đổi ion Diện tích bề mặt cột: F= Đường kính cột trao đổi: D = Chọn D=0.5 m Diện tích bề mặt cột trao đổi: F= Vận tốc nước qua lớp nhựa trao đổi: V= Thỏa mãn V (15-45m/h) Độ giãn nở lớp nhựa = 4%. Khoảng trống theo % thể tích của lớp vật liệu nhựa: 40%. (Theo bảng 5.2) Chiều cao bảo vệ: Hbv = (4%+40%)*hnhựa= 44%*1.3 = 0.57m. Chọn hbv = 0.6 m Chiều cao cột trao đổi: H= hd +hnhựa+ hbv Trong đó: H: chiều cao tổng cộng bể lọc, m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0.20m hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.6 m. hnhựa: Chiều cao lớp nhựa, hnhựa = 1.3m Vậy: H = 0.2+1.3+0.6 = 2.1 m. Chọn H=2.1m 5.2.3.4. Hoàn nguyên nhựa Dung dịch hoàn nguyên Chọn: - Dung dịch hoàn nguyên: dd HCl 10% (Bảng 5.2) - Lượng HCl hoàn nguyên = 100 g/l (Bảng 5.2) Tổng dung lượng trao đổi của Axít: Dung lượng HCl hoàn nguyên: 2.8eq/l. Giả sử tỉ trọng dung dịch HCl 32% = >d=1.2 kg/l Thể tích dd HCl 10%=>d=0.375kg/l VHCl= Vậy thể tích dd HCl 32% cần lấy là:208x0.375= 78kg=>65 lít HCl 32% Vận tốc hoàn nguyên = 1 – 10 m/h (đủ chậm để tạo đủ thời gian tiếp xúc) Chọn: Vận tốc hoàn nguyên = 5 m/h Thời gian hoàn nguyên: t= Hệ thống phân phối dung dịch hoàn nguyên Chọn: Hệ thống tái sinh bằng van tự động (Autoval 268/440 có catalog kèm theo) Bồn pha dung dịch hoàn nguyên: Bồn nhựa V= 300l. Ống dẫn dung dịch hoàn nguyên: Ống inox Æ 27. Bộ phân phối nước kèm theo bộ Autoval 268/440 Bơm hóa chất hoặc bộ ejector: Q= Lượng nước rửa ngược và rửa xuôi Lượng nước rửa = 6x BV= 6x250l = 1500 l (Bảng 5.2) Vận tốc rửa ngược = 10 gpm/ft2 = 29,33 m/h (Tra Fig.2. Backwash Expansion ở 200C) Thời gian rửa ngược và xuôi: tng = Thời gian nước rửa ngược và xuôi = 16 phút Vận tốc rửa nhanh: = 30 m/h 5.2.3. Tính toán về thiết bị trao đổi Anion 5.2.3.1. Thông tin sản phẩm hạt nhựa M500 Lewatit M 500 là resin trao đổi anion (type I), dạng gel, baz mạnh, có phân bố kích thước hạt tiêu chuẩn. Nhờ có tổng dung lượng cao, độ bền hóa học nên Lewatit M 500 đặc biệt thích hợp cho những công dụng sau : Khử khoáng nước để sản xuất hơi nước, đặc biệt trong trường hợp có sử dụng resin trao đổi anion baz yếu đi trước Thu hồi các phức chất anion của kim loại nặng trong các quá trình : Thủy luyện kim loại, ví dụ như uranium Tẩy bằng acid, như sắt trong acid clohydric Thu hồi kim loại quý bằng quá trình hấp phụ không thuận nghịch các phức chất clorua, sulphate, cyanide Lewatit M 500 sử dụng tương hợp với tất cả các quy trình trao đổi ion cơ bản truyền thống. Để áp dụng các quy trình khác, chúng ta sử dụng resin có phân bố kích thước hạt đặc biệt thích hợp (với các quy trình này). Những đặc tính của sản phẩm này chỉ có thể được khai thác một cách đầy đủ nếu công nghệ và quy trình xử lý của của Quý vị được sử dụng tương thích với công nghệ tiên tiến hiện nay. Bayer AG Bảng 5.8. Mô tả tổng quát hạt nhựa M500 Dạng ion nguyên thủy Cl- Nhóm chức amin bậc 4, type I Mạch cao phân tử mạng polystyrene Cấu trúc hạt dạng gel Hình thái bên ngoài vàng nhạt, hơi đục ] Bảng 5.9. Tính chất vật lý và hóa học của hạt nhựa M500 Kích thước hạt * > 90% mm 0,315 - 1,25 Kích thước hữu hiệu mm 0,47 (± 0,06) Hệ số đồng dạng * max. 1,8 Dung trọng (± 5%) g/l 705 Tỷ trọng xấp xỉ g/ml 1,08 Độ ngậm nước % 43 - 49 Tổng dung lượng * min. eq/l 1,4 Thay đổi thể tích Cl- à OH- xấp xỉ % 22 Độ bền ở nhiệt độ oC 1 - 100 trong khoảng pH 0 - 14 Khả năng lưu trữ của sản phẩm min. năm 2 ở nhiệt độ oC 1 - 40 * Các giá trị này được kiểm tra thường xuyên. Bảng 5.10. Các điều kiện vận hành đối với nhựa M500 Nhiệt độ làm việc max. oC 70 Khoảng pH làm việc 0 - 12 Chiều cao lớp resin min. mm 800 Sụt áp riêng (15oC) xấp xỉ kPa*h/m2 1,3 Sụt áp cho phép tối đa kPa 150 Vận tốc dài khi xử lý max. m/h 40 khi rửa ngược (20oC) xấp xỉ m/h 7 Dung dịch tái sinh NaOH Tái sinh ngược chiều liều dùng xấp xỉ g/l 50 nồng độ % 2 - 4 Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa xấp xỉ BV 5 Tái sinh cùng chiều liều dùng xấp xỉ g/l 100 nồng độ % 2 - 4 Vận tốc dài tái sinh xấp xỉ m/h 5 rửa xấp xỉ m/h 5 Lượng nước rửa