纯净水的生产和空气压缩站的设计设计Word格式.docx

纯净水的生产和空气压缩站的设计设计Word格式.docx

《纯净水的生产和空气压缩站的设计设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纯净水的生产和空气压缩站的设计设计Word格式.docx（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

3设计内容

本次设计的任务是50t/h纯净水生产和空气压缩站的设计。

设计包括工艺流程、工艺计算、设备选型等。

重点为工艺计算和图纸设计部分。

设计图纸共四张：

生产工艺流程图两张，重点设备图一张和车间平面布置图一张。

4设计特点

（1）生产过程连续化、自动化、耗能少、节约劳动力。

（2）采用先进设备，生产易于控制，保证了产品的质量和生产效率。

（3）采用反渗透装置制取纯净水。

该法脱盐率高，产水量大，化学试剂消耗少，劳动强度低，水质稳定，利用率高。

保证了产品的质量。

（4）查阅了大量的空压设计资料，并按照《空压站设计要求》里的相关要求进行空压站设计，符合国家标准。

第1篇纯净水

第1章概述

在我国经济的不断发展的基础上，人民的生活水平不断提高，对生活质量也日益关心，尤其对饮用水的质量要求也越来越高。

饮料中直接饮用的水成分占90％左右，而且生产乳饮料原辅料配料用水，生产设备、贮罐与管路系统、容器等洗涤用水，由于这些用水或多或少会直接或间接地带入产品中，因此水对饮料质量有很大的影响。

饮料厂水处理系统设计就显得尤为重要。

随着全球工业化的进程，人类的工业活动给水资源造成极大的污染。

水源受到严重的污染的原因有：

酸雨（大气污染），生态环境的破坏，工业废水排放，农药、化肥污染，城市废水、废气污染，生物污染，核泄漏、核试验，管道腐蚀，自来水厂加氯、加沉淀剂。

有效地减少对水资源的污染，控制处理水源污染，切实保证水源质量，对食品安全越来越重要。

纯净水是从原水（自来水等）中部分或完全去除无机离子、有机物、微粒子（包括微生物）等杂质的水。

纯净水是高度精制的水，是几乎不存在杂质、离子和细菌，完全由水分子组成的一种无色无味的水。

1.1水源与水质

1.1.1天然水的来源及其特点

1.自来水

自来水一般已在水厂进行过一定的处理，水中的杂质及细菌指标已符合饮用水标准，因此若采用此水源，可简化饮料厂的水处理流程。

2.地下水

地下水通常指井水、泉水、地下河水，其中含有较多的矿物质，如铁、镁、钙等，强度、碱度都比较高。

但由于水透过地质层时，过滤掉许多泥沙、悬浮物和细菌，因此，地下水相对来说比较澄清。

3.地表水

地表水来自江、河、湖泊和水库，其中含有各种有机物质及无机物质，污染严重，必须经过严格的水处理方能饮用。

1.1.2天然水中的杂质

天然水中含有许多杂质，这些杂质按其微粒大小，大致可分为三类：

悬浮物、胶体、溶解物质，它们对水质有着严重的影响。

1.悬浮物质

天然水中凡是粒度大于0.2μm的杂质统称为悬浮物，这类物质使水质呈浑浊状态，在静置时会自行沉降。

悬浮物质主要包括泥沙、虫类、藻类及微生物等。

这类杂质会使产品装瓶后过一段时间产生瓶底积垢或絮状沉淀的蓬松性微粒，影响CO2的溶解，造成装瓶时喷液，影响风味。

如果有微生物的存在还会导致产品的变质。

2.胶体物质

胶体物质的大小大致为0.001～0.2μm，它具有两个很重要的特性，即有丁达尔现象和稳定性。

胶体可分为无机胶体和有机胶体两种。

无机胶体如硅酸胶体和黏土，是由许多离子和分子聚集而成的，是造成水浑浊的主要原因。

有机胶体主要是高分子物质、有机体，如蛋白质、腐殖质等，多带负电。

腐殖质、腐殖酸是造成水带色的主要原因。

3.溶解物质

这类杂质的微粒在0.001μm以下，以分子或离子状态存在于水中。

溶解物主要为：

（1）溶解盐类包括NaCl、Na2S以及Ca2+和Mg2+等的碳酸盐、硝酸盐、氯化物等，它们构成水的硬度和碱度，能中和饮料中的酸味剂，使饮料的酸碱比失调，影响质量；

（2）溶解气体如CO2、O2、N2、Cl2、H2S等的存在会影响饮料的风味和色泽。

1.1.3饮料用水的水质要求

水质的标准主要反映在碱度、硬度、浊度、色度以及化学指标、毒理学指标、微生物指标等几个方面。

1.硬度

硬度是指水中存在的金属离子沉淀肥皂的能力。

水的总硬度是暂时硬度和永久硬度之和，决定于水中钙、镁离子盐类的总含量。

硬度的单位是mg/L或mmol/LCaCO3。

天然水按硬度（德国度）可分为极软水（≤4度、软水（4～8度）、中等硬度水（8～16度）、硬水（16～30度）和极硬水（＞30度）。

饮料用水要求硬度小于8.5度，否则会产生碳酸钙沉淀和有机酸钙盐沉淀，影响产品口味及质量。

使用高硬度的水还会使洗瓶机、浸瓶槽、杀菌槽等产生污垢，使包装容器发生污染，以至增加烧碱的用量。

高硬度的水必须经过软化处理。

2.碱度

水的碱度取决于天然水中能与H+结合的OH-、CO32-和HCO3-的含量，以mmol/L表示。

水中的OH-和HCO3-不可能同时并存。

OH-、CO32-、HCO3-分别称为氢氧化物碱度、碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度，三种碱度的总量为水的总碱度。

天然水中通常不含OH-，又由于钙、镁碳酸盐的溶解度很小，所以当水中无钠、钾存在时CO32-的含量也很少。

因此，天然水中仅有HCO3-存在。

只有在含Na2CO3或K2CO3的碱性水中，才存在CO32-离子浓度过高时，会影响其溶解度；

水中的碱性物质和金属离子反应形成水垢，会产生不良气味；

碱性物质还和饮料中的有机酸反应，改变饮料的酸甜比而使饮料显得淡而无味，失去新鲜感；

同时酸度下降，使微生物容易在饮料中生存。

总碱度和总硬度的关系有三种情况，见表1-1。

表1—1总碱废和总硬度的关系

分析结果

硬度/mmol.L-1

H非碳

H碳

H负

H总>

A总

H总=A总

H总<

H总-A总

H总

A总-H总

3.浊度和色度

通常用浊度和色度来定量表示水中的各种悬浮物和胶体。

浊度表示水中悬浮物对光线透过时发生的阻碍程度，通常把1L水中含有1mg高岭土（（或硅藻土）表示为1浊度。

根据水质情况，采用凝聚沉淀和过滤、氯化等方法去除浑浊。

某些胶体物质的存在使水中带有一定的颜色，通常用氯铂酸钾和氮化钴溶液配成标准色列与水样进行比较，相当于1mg铂在1L水中所具有的颜色称为l度，即色度单位。

饮料用水要求浊度小于1.6度，色度为无色透明。

选择饮料用水，基本上要求符合我国“生活饮用水卫生标准（TJ20一1976）”，见表1-2。

表1-2生活饮用水卫生标准（摘自TJ20-1976）

项目

要求

说明

色

色度不超过15度，并不得呈现其他异色

这些指标过高后，不但给人嫌恶的感觉，也有可能是水中含有害物质和某些病毒的标志

嗅和味

在原水中或者煮沸后饮用时，保证无异臭和异味

浑浊度

不超过5度

肉眼可见物

无肉眼可见物

总铁

不超过0.3mg/L

人体必需的元素，过量时会使成品带有铁锈味，并影响成品色泽

锰

不超过0.1mg/L

铜

不超过1.0mg/L

锌

挥发性酚类（以苯酚计）

不超过0.002mg/L

过量时会产生氯酚臭

阴离子合成洗涤剂（以烷基苯磺酸钠计）

过量会使水产生异臭、异味和泡沫，并阻碍净水处理过程

氯化物

不超过200mg/L

过量会产生咸味，影响成品口味

硫酸盐

不超过250mg/L

过量会引起腹泻

总碱度

不超过25度

pH值

6.5～8.5

细菌总数（37℃，24h）

1mL水中不超过100个

保证水质卫生安全

大肠杆菌

1L水中不超过3个

游离性余氯（Cl2）

出厂水0.5～0.1mg/L,管网末梢0.05～0.1mg/L

余氯量过高，产生氯臭，影响产品风味

1.2饮料用水

生产软饮料时要用大量的水，它包括配料及相应的工艺用水、洗瓶机用水、锅炉用水及CIP（定位）清洗用水、卫生用水等。

1.2.1配料及相应的工艺用水

软饮料中大约有90％左右的水。

溶解白砂糖时需要用一部分水；

溶解柠檬酸、甜味剂、防腐剂、食用色素时需要用少量的水；

有些饮料还需要使要增稠剂及乳化稳定剂，在溶解CMC（羧甲基纤维素钠）、黄原胶、PGA（藻酸丙二醇酯）及果胶等时也需要用一部分水。

在生产碳酸饮料时，在气水混合机中进行碳酸化时也需要用大量的水。

在瓶子洗净后，还要用装瓶用水反冲洗后再灌装饮料，所有这些水都属于装瓶及相应的工艺用水。

1.2.2洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水

洗瓶机要用大量的水，玻璃瓶子要先用碱液洗涤干净，然后再用水将瓶子中的残余碱液冲洗干净。

每班在生产完毕后要将所有的设备及管道消洗干净，有的是通过CIP清洗。

洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水都是属于同一类型的用水。

1.2.3卫生用水

卫生用水是指车间地面及厕所等的用水。

水质的好坏对产品的质量及设备损耗的情况的影响都很大，不同的用水部门对水质的要求也各不相同。

装瓶及相应的工艺用水时水质的要求比较严格，要求其要达到生活饮用水的标准，而且对其浊度、色度、味及臭气、总固形物、总硬度、铁、锰、高锰酸钾消耗量、总碱度、游离氯及致病菌几项指标也都提出了特殊要求。

洗瓶机、锅炉及CIP清洗用水对硬度指标的要求要高些，最好是没有硬度的水。

卫生用水应为清水。

1.3水处理方法的选择

水处理的目的即是利用化学或物理方法，将水中的各种悬浮物质、杂质及微生物除去，以降低水的硬度、浊度、碱度和色度等理化指标，和微生物指标。

总之，经处理的水必须符合饮用水的水质标准。

水处理的方法很多，一般将用反渗透处理的水称纯水；

用微滤或超滤处理的水称纯净水；

蒸馏取得的水为蒸馏水。

1.3.1蒸馏法

蒸馏法制取纯净水是利用水在100℃时沸腾变成气体，遇冷再变成液体的性质制成的。

水的这种形态的改变，使水中的杂质和有益物质不能随水分子一起变化，因此可以说这是一种只含水分子的最纯净的水。

1.3.2膜处理法

电渗析法、离子交换法、反渗透法及其他方法的生产制作原理很简单，即过滤掉杂质，它所使用的过滤膜是高科技的结晶，是用一种高分子材料制成的逆渗透膜，在高压情况下可截留水分子以外的杂质，更至水中对人体健康有益的溶解氧等有益物质透过。

这种过滤膜结构复杂，制造难度大。

由于这种水既过滤掉了杂质又保留了一部分有益物质，有人称之为“21世纪的水”。

蒸馏法制取的纯净水其纯水电导率比反渗透法制取的纯净水的电导率要低一些，但蒸馏法在降低低分子有机物含量方面没有反渗透有效。

而且蒸馏法制纯水约是反渗透法（二级工艺）能耗的9倍之多，生产成本极高。

膜处理（微滤膜、超滤膜、反渗透膜）、吸附（离子交换树脂、活性炭）、相变（蒸馏）和分解（紫外线）等方法去除各种杂质的能力各有不同，见表1-3。

表1-3各种方法去除杂质的能力

杂质

无机离子

有机物

热源

微生物

粒子

操作成本

膜

处

理

微滤（MF）

×

◎

中

超滤（UF）

○

反渗透（RO）

小

吸附

活性炭

△（除氯有效）

△

离子交换

相变

蒸馏

大

分解

紫外线（UV）

－

注：

◎最好，○好，△可，×

不可。

综合考虑，本设计采用反渗透法制取纯净水。

该方法的优点是脱盐率高，产水量大，化学试剂消耗少，劳动强度低，水质稳定，原水利用率可达75％～80％。

第2章工艺流程的确定

2.1工艺流程

絮凝剂还原剂　　阻垢剂

↓↓↓

井水→原水泵→机械过滤器→炭滤器→保安过滤器→高压泵

↓

化学清洗系统→反渗透装置

↓

纯净水

纯水泵

紫外线消毒装置

↓用水点

2.2工艺流程说明

2.2.1预处理

1.砂过滤

砂滤的过滤介质是石英砂，当含有悬浮物的水经过砂滤层时，水中的悬浮物等被截留，水得到澄清。

砂滤层可用细砂、中砂和粗砂，也可用卵石，有时上面放滤砂，下面放卵石和碎石做垫层。

水中固体杂质的去除效果与过滤介质的形状与粒度有关。

选择砂粒大小时，不仅要考虑阻截悬浮颗粒的效果，还要使悬浮颗粒渗入滤层内一定深度，防止水的流速过快。

放砂粒直径为0.45～0.70mm，砂滤层厚度600～800mm，砂滤有慢滤和速滤之分，一般过滤速度8～12m/h。

在使用过程中，当水的净化效果变差或出水量变小时，需要定期将水反向流动或进行清洗。

2.活性炭过滤

活性炭过滤是为了去除水中的有机物、色度和余氯，也可以作为离子交换的预处理工序。

用氯处理过的水会损害饮料的风味，必须用活性炭脱氯，其原理并不是简单地吸附掉余氯，而是活性炭的“活性位”起催化反应，从而消除过多的氯。

主要技术条件如下：

（1）活怀炭过滤器的水流速度5～15m/h。

（2）活性炭过滤器的层高1000～2000mm，一般不低于1000mm

（3）活性炭滤料主要采用木质炭，粒径一般为2～3mm。

（4）反洗方式，反洗流速20～30m/h，反洗时间4～10min，3～6天反洗一次，滤层膨胀率为30～50％。

（5）活性炭使用寿命一般为2～3年，饱和炭需再生或更换。

（6）常用果壳活性滤料的比密度为0.4。

2.2.2絮凝剂计量泵、药箱

原水含有一定浊度、胶体等悬浮有机物含量也较高，系统设计必须加强絮凝效果，去除原水悬浮物及有机物含量，以使能减轻反渗透膜负荷。

为此絮凝剂采用聚合氯化铝无机絮凝剂，它的絮凝效果较好。

它能使原水中藻类、胶体、颗粒及部分有机物进行敖合、桥架、凝聚为较大的矾花以便被机械过滤器截留，降低进水悬浮物含量，提高进水水质本系统计量泵采用美国计量泵定量加药与原水泵同步。

2.2.3保安过滤器

在反渗透装置高压泵进水前增设保安过滤器，保安过滤器作为原水进入反渗透膜前的最后一道处理工艺，内装精密过滤滤芯（熔喷式）精度5ｕm，确保污染指数FI，能更有效地防止前道过滤工序中有可能遗留的胶体、悬浮物等微小颗粒进入反渗透膜而划伤膜或使膜阻塞。

2.2.4脱盐

1.反渗透原理

图1反渗透原理图

渗透的定义是：

一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或者是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。

反渗透的定义是；

在浓液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，因此称为反渗透。

2.进水水质要求

本设计采用醋酸纤维素膜螺旋卷式,其对水质的要求如下:

浊度﹤0.5

pH4～6.5

FI（污染指数）<

3

水温（℃）0～35，降压后最大35

余氯/mg.L-1<

0.5

Fe/mg.L-1<

0.1

Al/mg.L-1<

0.05

[Ca2+][SO42-]/mg.L-1浓水，<

1.9×

10-4

化学耗氧量COD/mg.L-1<

2

总有机碳TOC/mg.L-1<

5

生物耗氧量BOD/mg.L-1<

5

SiO2　浓水不产生沉淀

Ba浓水不产生沉淀

Sr浓水不产生沉淀

2.2.5水的消毒

在水的前期处理过程中，大部分微生物随同悬浮物、胶体等被除去，但仍然要部分微生物存在于水中，为了达到饮料用水的微生物指标的要求，确保消费者的健康，应对经化学处理的水进行消毒。

水的消毒是指杀灭水里的致病菌及有害微生物，防止水传染病的危害，但水的消毒不能做到杀死全部微生物。

目前国内外常用的水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒及紫外线消毒。

本设计采用紫外线消毒。

紫外线是一种低能量的电磁辐射，其能量只有5ev，穿透能力很差。

紫外线可分为长波段，中波段与短波段三组。

短波段中240nm～280nm波长的紫外线杀菌能力较强，一般都以253.7nm作为紫外线杀菌波长的代表。

当微生物受紫外光照射后，微生物的蛋白质和核酸吸收紫外光谱能量，导致蛋白质变性，引起微生物死亡。

紫外光对清洁透明的水具有一定的穿透能力，所以能使水消毒。

因此这种方法得到广泛的应用。

紫外线消毒有很多优点，如杀菌能力强、杀菌速度快、且不会改变水的物理化学性质、不会带来异味或其他杂质、设备简单，操作和管理方便、便于自动控制等。

而且不需要加热，也不需添加化学药物，但在使用时应定时抽样检查消毒情况，定期清洗石英玻璃管保持其透明度，以免影响紫外线通过。

同时还应经常检查紫外线灯管，如发现灯管发红应立即更换。

灯管紫外线发射率降低到初期的70％时，应更换。

如连续生产，最好有两台交替使用，以延长灯管使用寿命。

第3章工艺计算

3.1膜元件数量的计算

本设计以井水为主要用水，由表3-1和表3-2知平均水通量为18GDF，膜元件有效面积为325t2。

则单个膜元件的设计产水量

=平均水通量×

膜元件有效面积

=18GDF×

325t2

=5850gpd

折合成0.89t/h。

表3-1不同给水对应不同膜元件的水通量

RO给水类型

水通量（GDF）

市政废水

河水

井水

RO渗透水

8～12

10～14

17～20

20～30

表3-2不同膜元件规格所具有的膜表面积

膜元件类型

膜表面积

Φ4″×

40″（长）

60″（长）

Φ8″×

80″（长）

80

120

325

525

由公式：

膜元件数量

=系统产水量÷

膜元件有效面积

=50t/h÷

0.89t/h

=56.17

圆整到60支。

表3-3系统回收率及水流过长度

系统回收率（％）

50

75

87.5

水流过长度（m）

6

12

18

3.2膜组件排列组合的计算

本系统设计的回收率为75％，采用6个膜件的压力容器则：

60÷

6=10

共有10个6米长的膜组件。

通过表3-3可知，设进水流量为qv，因6米长的膜组件回收率可为50％，则第一段浓水流量为1/2qv，第二段水流量为1/4qv，

因此，水经过两段处理的回收率为：

Y＝

＝

＝1－

1/