Водооборотные циклы химических производств

Системы производственного водоснабжения делят на прямоточные, в которых подаваемая от первичного источника вода после однократного использования отводится за пределы предприятия, и оборотные, в которых отработанная вода подвергается охлаждению, очистке и возвращается для последующего использования в этом же производстве, т. е. замыкается в цикле (обороте).

Существенный недостаток прямоточного водоснабжения - необходимость сброса отработанных вод в водоемы. Эти системы используются только на старых предприятиях.

В оборотном водоснабжении вода от первичного источника подается только для восполнения безвозвратных потерь в цикле (в результате испарения, при очистке). Эта система позволяет целесообразно решать задачи очистки и обработки воды, улучшать ее качество и таким образом обеспечивает оптимальные условия для эффективной работы оборудования.

Рис. 2.5. Замкнутая система оборотного водоснабжения: 1 - чистая вода; 2- вода после первичного использования; НС - насосная станция; П - производство; К - камера приема добавочной воды или сброса воды; ВХ - воздушный холодильник; Qo - количество отработанной (сточной) воды; Qn - количество воды, подаваемой на производство; Qnn - количество воды, потерянной в производстве.

Схема производственного оборотного водоснабжения предприятия включает в себя комплекс сооружений, обеспечивающих прием воды из водоема (водозабор), подачу ее потребителям в необходимом количестве под требуемым давлением (насосная и водопровод), очистку, обработку и охлаждение (очистные сооружения).

Системы оборотного водоснабжения подразделяются на замкнутые, полузамкнутые и комбинированные.

В замкнутой системе (рис. 2.5) охлаждение технологических потоков осуществляется оборотной водой в закрытых теплообменных аппаратах. Оборотная вода охлаждается воздухом в закрытых оребренных радиаторах (радиаторной градирне).

В полузамкнутой системе (рис. 2.6) технологические потоки охлаждают также в закрытых теплообменниках, но оборотная вода охлаждается в градирне.

В некоторых производствах по условиям технологического процесса требуется обессоленная или умягченная вода. В этом случае применяют комбинированную систему (рис. 4.9), в которой обессоленная или умягченная вода охлаждается оборотной водой в закрытых теплообменниках, а оборотная вода - в градирне.

Рис. 2.6. Полузамкнутая система производственного водоснабжения: 1 - чистая вода; 2 - вода после первичного использования: О - охладитель воды; К - камера приема добавочной воды или сброса воды; П - производство; НС - насосная станция;

Q_n - количество воды, подаваемой на производство; Q_nn - потеря воды в производстве; Q_о - количество отработанной (сточной) воды; q_ун - потери воды на унос из охладителя; q_исп - потери воды на испарение в охладителе (градирня, брызгальный бассейн); q_сбр - количество воды, сбрасываемой из системы для освежения (продувка); Q_доб - количество воды, добавляемой в систему; Q_B - введение реагента для обработки воды.

Снижение температуры оборотной воды в градирне происходит за счет ее контакта с воздухом, перемещаемым вентилятором. Теоретически возможный предел охлаждения воды в градирне - температура мокрого термометра (/м), которая зависит от температуры окружающего воздуха и его относительной влажности. Существуют диаграммы для определения значения. Например, при температуре окружающего воздуха 30 °С и его относительной влажности 60% предельная температура охлаждения воды 24 °С. В современных вентиляторных градирнях перепад температур нагретой и охлажденной воды достигает 6 -7 °С.

Рис. 2.7. Комбинированная система производственного водоснабжения: 1 - контур захоложенной воды с температурой 4-15 °С; II - контур оборотного водоснабжения;

АХ - цех аммиачных холодильников; О - охладитель оборотной воды контура II. П - производство; НС - насосная станция; К - камера приема добавочной воды или сброса воды, С_о - количество отработанной сточной воды; Q_об - количество оборотной производственной воды; С_ах - количество оборотной воды, подаваемой в цех аммиачных холодильников; Q_п - количество воды, подаваемой на производство; Q_доб - количество воды, добавляемой в систему; q_исп - потери воды на испарение в охладителе (градирня, брызгальный бассейн); q_yн - потери воды на унос из охладителя.

В химической промышленности даже при повторном использовании воды расход свежей воды велик и составляет в среднем на 1 т продукции 50-130 м³, а в целлюлозно-бумажной промышленности - 150-500 м³. Поэтому одной из главных задач химической технологии является дальнейшее снижение кости производств путем внедрения систем оборотного и последующего использования воды, переход на водосберегающие (бессточные) технологии.

Бессточные химические производства. К бессточным относятся производства, в которых функционируют замкнутые системы водоснабжения без сброса сточных вод в водоемы, с коэффициентом использования свежей воды, равным единице.

При создании замкнутых систем водоснабжения на химических предприятиях необходимо использовать следующие основные положения:

1) водоснабжение и канализация предприятия должны рассматриваться как единая подсистема, включающая водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод, обеспечивающую их повторное использование;

2) в системе водоснабжения основным источником воды должны быть очищенные сточные воды, а свежая вода из водоочистников должна использоваться только для особых целей и восполнения потерь в локальных системах;

3) очистка сточных вод должна сводиться к регенерацииотработанных технологических растворов и воды в локальных системах технологического водоснабжения с целью их повторного использования в производстве;

4) должны использоваться такие методы регенерации технологических растворов и воды, которые обеспечивают одновременное извлечение ценных компонентов и доведение образующихся отходов до товарного продукта или до вторичного сырья при минимальных материальных и энергетических затратах.

При внутритехнологическом цикле вода вступает в непосредственный контакт с перерабатываемыми продуктами. Очистка циркулирующей воды осуществляется в локальных очистительных сооружениях, которые являются продолжением технологических установок. На локальных установках очищаются сточные воды, которые без очистки не могут быть направлены в системы повторного или оборотного водоснабжения или на общезаводские очистные сооружения. На этих установках, как правило, из сточных вод извлекаются ценные примеси с использованием регенерационных методов очистки: отстаивания, флотации, экстракции, ректификации, дистилляции, адсорбции, ионного обмена, обратного осмоса и др. В ряде случаев на локальных установках осуществляется термическое обезвреживание сточных вод.

Система внутритехнологического водооборота требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. Однако эти затраты окупаются за счет снижения общих расходов на подготовку и извлечения ценных компонентов.