4

PROIECTAREA TEHNOLOGIC A UNEI SECII DE OSMOZ INVERS PENTRU DESALINAREA APEI DE MAREProiectarea seciei de osmoz invers este fcut pentru o staie de desalinare a apei de mare ce are ca scop alimentarea cu 377800 m3 de ap potabil pe lun sau 12594 m3 pe zi a unui oras situat la malul marii Egee.

n mod acoperitor, calculul se face s asigure acest necesar majorat cu 10%. Deci debitul de permeat la ieire din secia de osmoz invers, Qp este:

Este general acceptat c valoarea salinitii de 50 ppm indic o ap cu calitai de potabilitate. Aceasta limit a fost stabilit de pragul de gust al apei. S-a constatat c n intervalul 50 150 ppm, apa prezint calitai acceptate de potabilitate. n consecin valoarea salinitii permeatului ce prsete secia de osmoz invers trebuie s fie inferioar valorii de 50 ppm.

1. Selecia schemei tehnologice.Salinitatea apei de mare n punctul de amplasare al staiei de desalinare, cal = 38524 ppm iar temperatura, t = 25(C.

Avnd n vedere ponderea diferitelor sruri n apa mrilor, compoziia salinitii din fluxul de alimentare al staiei este cea din tabelul 1.

Tabelul 1. Compoziia salinitii din fluxul de alimentare.

Total=38524 mg/l=38524 ppmPentru echiparea acestei secii s-a adoptat ntr-o prim treapt un tip de module de membran, cu diametrul de 8 i lungimea de 40, pentru desalinarea apei de mare cu urmtoarele caracteristici:

suprafaa membranei = 37 m2;

retenie = 99,75 %.

Membrana realizeaz un debit de permeat = 24,6 m3 / zi n urmtoarele condiii de testare:

presiune de lucru = 55,2 bar;

temperatur = 25 (C;

concentraia fluxului de alimentare = 32000 mg / l NaCl.

Pentru un grad de recuperare dorit pentru prima treapt de prelucrare, S1 = 30 %, concentraia permeatului este:

,care nu satisface condiiile de potabilitate.

n aceste caz este necesar o a doua treapt de desalinare unde fluxul de alimentare este constituit din fluxul de permeat din prima treapt.

Schema tehnologic care se impune va fi cea din figura 1, unde soluia adoptat pentru recuperarea de energie este folosirea unui schimbtor de presiune (PX).

Figura 1. Schema de principiu a unui modul de desalinare.

Pentru a doua treapt a desalinrii s-a adoptat un tip de module de membran, cu diametrul de 8 i lungimea de 40, pentru desalinarea apei slcii. Aceste module au urmtoarele caracteristici:

suprafaa membranei = 37 m2;

retenie = 99,7 %.

Membrana realizeaz un debit de permeat = 38,6 m3 / zi n urmtoarele condiii de testare:

presiune de lucru= 15,5 bar;

temperatur = 25 (C; concentraia fluxului de alimentare = 2000 mg / l NaCl.Montarea modulelor de membran att pentru prima ct i pentru a doua treapt se va face n vase port-membran ce suport nserierea a cte apte asemenea module. Construcia seciei de desalinare se realizeaz din uniti de desalinare cu o capacitate unitar de 1000 m3 / zi ap proaspt.2. Calculul de dimensionare al seciei de osmoz invers.

Presiunea osmotic definit de legea vant Hoff este:

; (1)unde:

( = presiunea osmotica;

n = numrul de moli de solut;

V = volumul de soluie;

R = constanta universal a gazelor;

T = temperatura absolut;

cm = concentraia molar a soluiei.

n cazul disocierii solutului, legea vant Hoff se poate scrie:

, (2)n care i = factorul vant Hoff (numrul de ioni format prin disocierea unei molecule de solut), exemplu: pentru NaCl i = 2; pentru MgCl3 i = 3; pentru K2SO4 i = 3.

n cazul unui solvent real, legea vant Hoff se exprim prin ecuaia:

, (3)unde = factor de corecie numit i coeficient osmotic (NaCl = 0,92)

2.1. Calculul treptei a doua de desalinarePresiunea osmotic corespunztoare datelor de testare a membranelor folosite n treapta a doua este:

Membrana realizeaz n condiiile de testare un flux:

,

(4)deci:

.

Aadar, permeabilitatea membranei este:

. (5)Pentru o producie de 1000 m3 / zi ap proaspt i un grad de recuperare dorit pentru aceast treapt, S2 = 70 %, debitul de alimentare este:

; (6)deci:

.

Concentraia apei proaspete la ieirea din secia de desalinare va fi:

. (7)Aceast concentraie va fi corectat, n procese de post-tratare prin mbogire cu sruri de calciu i magneziu, pn la o salinitate de 50 ppm.

Concentraia retentatului va fi:

. (8)Compoziia salinitii fiind aceeai cu cea din fluxul de alimentare a unitii de desalinare, masa molecular medie a srurilor din fluxul de permeat care iese din prima treapt i intr n a doua treapt s-a calculat astfel:

(9)Factorul vant Hoff mediu s-a calculat cu urmtoarea relaie:

(10)Compoziia majoritar fiind NaCl, coeficientul osmotic se poate considera, = 0,92

Presiunea osmotic a alimentrii n aceast treapt este:

.Presiunea osmotic a retentatului este:

.Media aritmetic a presiunilor osmotice a alimentrii i a retentatului n aceast treapt este:

.Pentru o presiune impus P2 = 10 bar, fluxul de permeat prin membran n condiiile treptei a doua este:

. (11)Fluxul de permeat pentru fiecare modul de membran va fi:

. (12)Debitul orar de permeat impus este:

.Numrul de module necesare va fi deci:

(13)Deoarece numrul de module trebuie s fie multiplu de 7, modulele de membran instalate n aceast treapt vor fi 42 de buci.

2.2. Calculul primei trepte de desalinare

Presiunea osmotic corespunztoare datelor de testare a membranelor folosite n prima treapt de desalinare este:

Membrana realizeaz n condiiile de testare un flux:

,

(14)

deci:

.

Aadar, permeabilitatea membranei este:

. (15)

Pentru o producie de permeat,= 1428,57 m3 / zi i un grad de recuperare dorit pentru aceast treapt, S1 = 30 %, debitul de alimentare al unei uniti este:

; (16)

deci:

.

Concentraia permeatului la ieirea din prima treapt de desalinare va fi:

.

Concentraia retentatului va fi:

. (17)

Presiunea osmotic a alimentrii unitii este:

.

Presiunea osmotic a retentatului este:

.

Media aritmetic a presiunilor osmotice a alimentrii i a retentatului n aceast treapt este:

.

Pentru o presiune impus P1 = 45 bar, fluxul de permeat prin membran n condiiile primei trepte este:

. (18)

Fluxul de permeat pentru fiecare modul de membran va fi:

. (19)

Debitul orar de permeat impus este:

.

Numrul de module necesare va fi deci:

(20)

Deoarece numrul de module trebuie s fie multiplu de 7, modulele de membran instalate n aceast treapt vor fi 168 de buci.

2.3. Calculul numrului de uniti de desalinare necesareDeoarece debitul de ap proaspt poate scdea datorit fenomenelor conexe cu pn la 10 % i considernd, Qp = 14000 m3 / zi un debit minim ce reprezint 90 %, calculul seciei de osmoz invers se face pentru un debit de permeat calculat astfel:

n consecin numrul de uniti de desalinare care vor compune secia de desalinare prin osmoz invers va fi:

uniti_1453404042.unknown

_1453405418.unknown

_1453451556.unknown

_1457956014.unknown

_1457956153.unknown

_1457957325.unknown

_1454227696.unknown

_1454227745.unknown

_1454227789.unknown

_1453451743.unknown

_1453640935.unknown

_1453405956.unknown

_1453450971.unknown

_1453450985.unknown

_1453451085.unknown

_1453408311.unknown

_1453405833.unknown

_1453404377.unknown

_1453404824.unknown

_1453405119.unknown

_1453405224.unknown

_1453404961.unknown

_1453404530.unknown

_1453404320.unknown

_1453404133.unknown

_1453396303.xlsSheet1

Componentmi, %masaci, g / lMici, mol / lxi, %molareFactor van't Hoff

NaCl77.7629.95658.441.33059548250.870050.842821.74

MgCl210.884.19195.210.11427371070.07477.11218730.2241

MgSO44.741.826120.380.03937531150.02573.09376620.0514

CaSO43.601.387136.150.02644142490.01732.35539520.0346

K2SO42.460.948174.270.01411602690.00921.60328430.0276

MgBr20.220.085184.110.00119493780.00080.14728820.0016

CaCO30.340.131100.090.00339694280.00220.22019820.0044

TOTAL10038.524TOTAL1.5293938371M medie =65.37Mediu ideal2.0837

Mediu real1.917004

_1453400635.unknown

_1453403553.unknown

_1453403858.unknown

_1453404021.unknown

_1453403747.unknown

_1453402934.unknown

_1453398789.unknown

_1453400616.unknown

_1453400130.unknown

_1453398558.unknown

_1453042836.unknown

_1453389213.unknown

_1453389746.unknown

_1453370953.unknown

_1453042800.unknown

_1453042765.unknown