Як визначити розмір промислової системи зворотного осмосу (RO)

Ось покроковий посібник з ключових параметрів та розрахунків, що використовуються для визначення розміру промислової системи зворотного осмосу.

 

Крок 1: Визначення основних вимог («Що»)

1. Витрата води продукту (Qp): Це ваша основна вимога. Скільки галонів за хвилину (GPM) або кубічних метрів за годину (м³/год) очищеної води вам потрібна безперервно? (наприклад, 100 галонів за хвилину для виробничого підприємства).
2. Якість води, що проходить через продукт: Визначте максимально допустимий вміст загальної кількості розчинених твердих речовин (TDS) або конкретні концентрації іонів (наприклад, кремнезему, натрію, хлоридів) у воді, що проходить через продукт. Це визначає необхідний відсоток відторгнення солей.
3. Джерело та аналіз живильної води: це найважливіший набір даних. Комплексний аналіз води не підлягає обговоренню. Ключові параметри:

    ◦TDS, провідність

    ◦Індекс щільності мулу (SDI) або каламутність (вимірює потенціал забруднення)

    ◦Концентрації: Кальцію, Магнію (жорсткість), Барію, Стронцію (накипоутворювачі), Кремнію, Заліза, Марганцю

    ◦pH, температура

    ◦Вільний хлор (має бути нульовим для захисту мембран)

4. Умови експлуатації: години на день, дні на тиждень, необхідна доступність системи.

 

Крок 2: Ключові розрахунки дизайну ("Скільки")

З урахуванням вищезазначених вимог ви виконуєте такі розрахунки:

1. Коефіцієнт відновлення системи (%R): Відсоток перетворення живильної води на воду продукту.

    ◦Формула: R (%) = (Потік продукту / Потік сировини) x 100

    ◦Обмежувальний фактор: Відновлення обмежене потенціалом утворення накипу в живильній воді. Більш високий рівень відновлення означає, що потік концентрату (відходів) стає більш концентрованим, що створює ризик утворення накипу на мембрані. Програмне забезпечення (наприклад, ROSA від Dow/Chemours) використовується для моделювання максимально допустимого відновлення на основі хімічного складу води, дозування антинакипного засобу та регулювання pH.

2. Фактор концентрації (CF): пов'язаний з відновленням.

    ◦Формула: CF = 1 / (1 - R) або CF = TDS корму / TDS концентрату

    ◦Приклад: При 75% відновленні концентрат у 4 рази концентрованіший за сировину (CF = 1/(1-0,75) = 4).

3. Вимога до потоку корму (Qf):

    ◦Формула: Qf = Qp / R

    ◦Приклад: Якщо вам потрібно 100 галонів за хвилину продукту (Qp) при 75% відновленні (R), вам потрібна витрата сировини: 100 / 0,75 = 133,3 галонів за хвилину.

4. Потік концентрату (відхилення) (Qc):

    ◦Формула: Qc = Qf - Qp

    ◦Приклад: 133,3 - 100 = 33,3 галона за хвилину.

5. Конструкція мембранного масиву:

    ◦Промислові системи будуються в "масиви" (наприклад, 2:1, 3:2:1 масив) для підтримки достатньої швидкості перехресного потоку по поверхні мембрани, що мінімізує забруднення.

    ◦Кількість резервуарів під тиском (корпусів) та мембран визначається необхідною витратою подачі та специфікаціями виробника щодо флюсу.

6. Потік (GPD/фут² або LMH): Швидкість потоку пермеату на одиницю площі мембрани.

    ◦Формула для загальної необхідної площі мембрани: Площа = Qp / Потік

    ◦Рекомендації щодо флюсу: Вибирається на основі якості живильної води (менший флюс для води низької якості, щоб зменшити забруднення).

        ▪Пермеат RO (2-й прохід): 20-30 GFD

        ▪Вода зі свердловини: 12-18 GFD

        ▪Поверхневі води: 8-14 GFD

        ▪Стічні води: 7-12 GFD

 

Крок 3: Визначення розміру до та після лікування («Система підтримки»)

RO не може працювати самостійно. Його розмір визначає розмір усього допоміжного обладнання.

1. Попередня обробка (ОБОВ'ЯЗКОВО розробляється на основі аналізу живильної води):

    ◦Мультимедійний фільтр: Для видалення зважених твердих частинок. Розмір підібраний для потоку подачі (Qf) при типовій робочій швидкості потоку 5-10 галонів за хвилину/фут².

    ◦Впорскування пом'якшувача або антискаланту: для контролю утворення накипу. Розмір пом'якшувача визначається залежно від потоку подачі (Qf) та жорсткості завантаження.

    ◦Вугільний фільтр або ін'єкція бісульфіту натрію: для видалення хлору. Розмір для Qf.

    ◦Картриджний фільтр (5µ (захисні фільтри): Розмір для Qf.

2. Вибір насоса високого тиску:

    ◦Повинен подавати Qf під необхідним тиском, щоб подолати осмотичний тиск концентрованої сировини та втрати тиску в системі.

    ◦Тиск зазвичай коливається від 150 до 300 фунтів на квадратний дюйм для солонуватої води та 800-1200 фунтів на квадратний дюйм для морської води.

3. Після лікування:

    ◦Дегазатор або мембранний контактор: для видалення CO₂ якщо рН було відрегульовано.

◦Полірувальник зі змішаним шаром (CEDI/EDI): Для води надвисокої чистоти. Розмір для Qp.

 

Крок 4: Розмітка та підготовка системи

• Однопрохідний проти двопрохідного (двопрохідного): Однопрохідного може бути достатньо. Якщо потрібен дуже низький вміст розчиненої речовини (TDS) (наприклад, для котлів високого тиску, напівпровідників), пермеат з першого проходу подається на другу систему зворотного осмосу.
• Поетапне виділення концентрату: Для збільшення загального вилучення концентрат з першого блоку мембран подається до другого блоку. Це концепція «масиву 2:1».

Короткий зміст: Контрольний список розмірів

Символ параметра Як його визначають

 

Потік продукту Qp Вимоги кінцевого користувача до процесу

Аналіз живильної води - лабораторне дослідження. Основа конструкції.

Відновлення системи R обмежене потенціалом масштабування (за допомогою програмного моделювання)

Потік подачі Qf Qp / R

Потік концентрату Qc Qf - Qp

Швидкість потоку J залежно від якості джерела живильної води (рекомендації)

Площа мембрани Am Qp / J

# мембран N Am / Площа на мембрану (наприклад, 400 футів²)

# посудин під тиском - N / (мембран на посудину, зазвичай 6-7)

Масив, наприклад, 4:2:1. Розроблено для балансування потоку та швидкості.

Насос високого тиску - повинен подавати Qf під необхідним тиском

Критичне попередження та рекомендація

• Не варто зволікати. Недостатньо потужна попередня обробка або надмірно високий рівень відновлення призведуть до швидкого забруднення мембрани або утворення накипу, що, у свою чергу, спричинить хронічні простої та високі експлуатаційні витрати.
• Використовуйте професійне програмне забезпечення. Виробники мембран (DuPont, Hydranautics, LG) надають безкоштовне програмне забезпечення для проектування (наприклад, ROSA, IMSDesign), яке моделює всі взаємодії між хімічним складом води, відновленням, потоком та утворенням накипу.
• Зверніться до експерта. Для будь-якого справді промислового застосування (> 50 галонів за хвилину) стандартною практикою є залучення інженера з систем очищення води або інтегратора. Вони проведуть пілотне випробування на фактичній живильній воді, що є золотим стандартом для зниження ризиків при проектуванні та забезпечення оптимального розміру. HID є професійним виробником мембран та систем зворотного осмосу. Звертайтеся до HID за професійним рішенням або пропозиціями.