年处理20000m3饮用纯净水工厂设计

PAGEPAGEII学士学位毕业论文年产20000m3饮用纯净水工厂工艺设计学生姓名：学号：所在学院：专业：中国·大庆2012年5月摘要本项工程设计是根据实践学习并结合理论知识，进行20000m3纯净水的工厂设计。包括产品方案、工艺设计、物料衡算、主要设备生产能力计算和设备的选型、车间的平面布置等。通过计算确定生产工艺；产量；调节水箱、多介质过滤器、反渗透组件的选择。通过技术经济分析，总投资是130万元，回收利润是58.2%，回收期为2年。关键词：纯净水生产工艺反渗透AbstractThisengineeringdesignisstudiesandunifiesthetheoryknowledgeaccordingtothepractice,carrieson20000m3purewatertheplantdesign.Includingproductplan,technologicaldesign,materialbalance,mainequipmentproductivityandequipmentshaping,workshopplanearrangementandsoon.Throughcomputationdeterminationproductioncraft;Output;Theregulatingtank,themulti-mediumfilter,insteadseepthemodulethechoice.Throughthetechnicaleconomicanalysis,thetotalinvestmentis1300000Yuan,therecyclingprofitis58.2%,therecoupmentperiodis2years.Keyword:PurewaterProductioncraftCounter-seepage目录1前言 11.1课题背景 11.2设计的目的和意义 11.3纯净水于健康 11.4发展趋势 11.5设计的主要内容 22设计计划任务书 22.1建厂理由 22.2设计原则及班产量的确定 22.2.1班产量的确定 22.2.2设计原则 3工艺流程及物料计算 33.1工艺流程 33.1.1纯净水生产工艺流程 3.1.2主要工艺关键控制点 3.2生产质量标准 43.3工艺设施计算 54经济效益分析 74.1投资指标 84.2利润分析 84.3回报率 94.4回收期 95生产车间工艺布置 95.1车间平面布置原则 95.2平面布置要求 106结论 10参考文献 11黑龙江八一农垦大学本科毕业论文PAGEPAGE12 --1前言1.1课题来源本课题来自院自选课题。1.2设计的目的和意义水是一切有机化合物和生命物质的源泉，是人类赖以生存的宝贵资源。人可三日无粮，不可一日无水。随着工业污染日益加剧，生活污水的排放，输水管网和水塔的二次污染，水污染的治理速度远远跟不上污染的速度，自来水厂为净化水，增加明矾、漂白粉、氯气来消毒，而这些杀菌物又成为新的水污染源，特别是水中余氯产生化学反应生成三氯甲烷，成为新的致癌物。世界卫生组织表明：人类80%的疾病与水污染有关，水中有机化学污染物有2221种，有毒藻1441种，还有细菌、病毒、虫卵、有害金属等致命致癌物[1]。随着水污染的加剧和人民生活水平的提高，人类对饮用纯净水的要求日益强烈，国外出现了有“雀巢”，“达诺纳”等，国内出现了“乐百氏”、“娃哈哈”等纯净水的行业老大，顺应时代的要求，政府正在启动全国性的“水杯子”工程，终端使用纯净水，说明纯净水已经成为时代迫切需要。因此根据我国国情，借鉴国内外先进技术，充分发挥我国自然资源的优势，制定合理的纯净水生产工艺，生产出饮用卫生、安全的水已成为生活水平日益提高，环保意识日益增强的中国消费者的迫切需要。1.3纯净水与健康水最主要的作用是在体内运辅营养物质。一方面促进一些营养物质的消化吸收和代谢，另一方面是把体内代谢废物排出体外。水参与我们人体的新陈代谢的作用，远远超过了水作为一个营养素提供营养物质的作用。随着人们对饮用水质量要求的提高，人们从喝天然水→自来水→开水→矿泉水→蒸馏水→纯净水，这是一个发展的趋势，既是由于水源被污染，也是由于社会的发展、人们生活水平质量提高所需要的人类进步[2]。而且，城市供水在市场经济条件下，应根据不同需要去发展不同层次的水商品。1.4饮用纯净水的历史、现状及发展趋势饮用纯净水是在本世纪末污染严重的水环境条件下出现的。纯净水也叫太空水,这种水的生产技术最初是美国太空总署为太空航行中宇航员开发的，后经香港传入深圳、广州，然后才在我国各地兴起[3]。随着工业废水、城乡生活污水排放量和农药、化肥用量的不断增加，许多地方的饮用水源受到污染，水中污染物含量严重超标。个别地方癌症发病率居高不下，８０％的疾病与饮水有关！国内自来水处理工艺的相对落后，仅仅停留在消毒杀菌方面，而面对当前工业与生活废水中的有机物污染（如氯、氟、砷、有机盐类）等致癌物质的处理在财政投入方面无能为力[4]。面对这一现状以桶装水为主的饮水机迅速占领市。普通的饮水问题已成为老百姓的一大消费热点。1.5设计的主要内容（1）设计计划任务书的确定：根据市场调查制定可行性研究报告等。（2）产品方案的确定：给出了本设计拟定生产的产品种类和生产的目的和意义。（3）生产工艺流程的确定：根据生产的产品方案选择适当的工艺流程。（4）物料衡算：根据任务要求计算相应物料的消耗和对设备提出的特定要求和操作工艺上的技术要求。（5）主要设备的生产能力计算、要求和选型：根据日处理量和工艺要求计算各种设备的相关参数选出相应得设备给出设备汇总表。（6）劳动力核算：按照相关规定和生产需要对全车间的劳动力进行定员。（7）生产工艺流程图（8）生产车间布置图2设计计划任务书2.1建厂理由2.1.1市场需求情况我国从二十世纪九十年代初开始生产纯净水，由于其利用高科技手段清除了水中有害物质(微生物、重金属、有机物等)的污染，明显的改善了水质且口感又好，逐步受到消费者的认可和欢迎，市场越做越大。因此饮用纯净水具有广阔的市场前景。2.1.2生产原水自来水2.2设计原则及班产量的确定2.2.1设计原则纯净水是以自来水为水源,经过深度处理后的水其水质的各项指标远超过现行的生活饮用水卫生标准(GB5749-85),可直接饮用或作为制冷饮的水,其所含污染物质的种类和浓度应尽可能少,要求毒理学的致突变试验（如三致物质初筛方法的Ames试验和SOS试验等）结果为阴性,并且美味可口[5]。因此纯净水生产对处理工艺有较高的要求,按照我院提出的纯净水厂设计深度,应使经过全部生产工艺处理后的水质达到优质饮用水水质准则中的Ⅰ类标准。2.2.2班产量的确定设计规模:4m3/h(200桶/h)，工作天数300d。每天两班生产，共工作8小时。年产量3工艺流程及工艺设施计算3.1工艺流程设计3.1.1纯净水生产工艺流程自来水自来水调节水箱多介质过滤器活性炭过滤器预软化器保安过滤器高压泵一级RO聚凝剂还原剂二级RO调节ph精滤灌装成品3.1.2主要工艺关键点(1)水源：符合生活饮用水标准的水。(2)砂虑：原水通过粒状滤料层，使其中一些悬浮物和胶体物质被截留在砂隙中和介质表面上。(3)碳滤：活性碳有非常多的微孔和巨大的比表面积，因而具有很强的物理吸附能力,能有效地吸附水中的有机污染物和余氯，并能有效地去除水中一些金属离子。(4)微滤：是一种精密过滤，它的孔径范围一般0.1～10μm。微过滤所用的微孔滤膜的结构属筛网型，可滤除液体或气体中0.1～10μm的微粒，如一部分病毒、细菌、胶体等。(5)反渗透(RO)：是60年代发展起来的一项膜分离技术。在没有相变的情况下，依靠大于渗透压的压力推动，通过膜的毛细管作用就能产出淡化了的优质水。反渗透器采用低压螺旋卷式复合膜，它体积小流量大，在25℃时透水量为：0.3～0.8m3/m2d，除盐量﹥96%[6](6)臭氧杀菌：臭氧(O3)在常温常压下是一种不稳定的淡紫气体。在20℃时，水中的溶解度为0.57mg/L。它在水中比在空气中更容易自行分解，其稳定性受水中所含杂质的影响较大。它具有很强的氧化性，可以在较短时间内破坏细菌、病毒和其他微生物的生物结构使之失去生存能力。臭氧浓度达到0.4～0.5mg/L临界浓度时，接触时间大于5min就可将细菌基本杀灭，是一种广谱、高效、快速的杀菌剂。臭氧还能通过氧化反应分解和有效去除水中残留的有害气体有害物质如重金属离子、有机物、氰化物以及农药等。臭氧在空气中的半衰期一般为20～50min，在水中半衰期约35min左右(随水质与水温的不同而异)氧化反应多余的臭氧可以很快分解成氧气，而氧气对人体有益无害。由于其分解快而没有残留物质存在，故利用臭氧杀菌消毒既没有污染，又能利用其半衰期对灌装好的纯净水进行整桶杀菌，以获得真正洁净、安全的水。此为国内外纯净水生产中广泛选用的灭菌方法[7]。(7)空桶清洗消毒：桶装纯净水的空桶需周转使用，清洗消毒效果直接影响到产品质量。可采用高压喷淋的方法先进行预清洗，再由机器进行自动清洗[8]。清洗时应选择低泡、高效型的清洗剂和消毒剂，以确保清洗消毒的效果。(8)盖消毒：瓶盖虽然是高温注塑而成，然而在周转过程中将会受到微生物污染，在使用前必须进行消毒。可采用紫外线和臭氧消毒。(9)洁净室：根据国家标准《瓶装纯净水卫生标准》(GB17324—1998)的要求，灌装车间洁净度应达到全室l000级、清洗车间洁净度应达l0万级的标准[9]。符合标准的洁净室应包括以下五个部分：①形成正压的灌装区；②高效过滤的洁净空气；③足够的换气次数；④合理的气流组织；⑤合理的温湿度环境。这是保证纯净水产品质量和卫生质量的关键控制点。3.2生产质量标准3.2.1感观指标：包括色度、浑浊度、臭和味、以及肉眼可见物4项，是纯净水的基本要求。色度应不超过5度，并不得有其他异色；浊度不超过1度；无异味、异臭和肉眼可见物[10]。3.2.23.2.3电导率：表示纯净水的纯净程度，是纯净水的特征性指标。电导率越低，说明水越纯，水中杂质越少。标准规定纯净水中电导率应≤10μS/cm[11]。3.2.4高锰酸钾消耗量：主要反映水中有机化合物的含量。高锰酸钾消耗量越低，说明水中有机化合物少，污染少。纯净水中高锰酸钾消耗量应≤1.0mg/l。3.2.5游离氯:纯净水中的游离氯主要是桶的清洗不彻底，使含氯消毒液残留在水中造成了化学污染。标准规定游离氯应≤0.005mg/L。3.2.6致病菌：指会引起人类疾病的细菌，食品中主要是沙门氏菌、志贺氏菌和金黄色葡萄球菌。标准规定纯净水中不得检出致病菌。3.2.7霉菌和酵母：主要是受生产环境中的污染或纯净水桶污染后未清洗干净造成。标准规定纯净水中不得检出霉菌和酵母。表１感官指标项

目要求色度，度≤5，不得呈现其它异色浊度，度≤1臭和味无异味、异臭肉眼可见物不得检出表２理化指标[21]项目GB17324—1998企业标准铅（以Pb计），mg/L≤0.010.008砷（以As计），mg/L≤0.010.008铜（以Cu计）,mg/L≤10.008氰化物（以CN¯计）¹，mg/L≤0.0020.001挥发酚（以苯酚计）¹，mg/L≤0.0020.001游离氯，mg/L≤0.0050.003三氯甲烷，mg/L≤0.020.01四氯化碳，mg/L≤0.0010.001亚硝酸盐（以NO2¯计）≤0.0020.001表3微生物指标项

目指

标菌落总数，cfu/ml≤20大肠菌群，MPN/100mL≤3致病菌（系指肠道致病菌和致病性球菌）不得检出霉菌，酵母菌，cfu/mL不得检出3.3工艺设施计算3.3.1计算的目的根据工厂规模产品方案，通过计算，可确定单位时间内生产过程中主要原材料的需要量以及给排水、能源等流量与耗量，具此可计算出全厂全年主要物料的采购运输和仓储能量。计算的另一目的是，依据计算数值既经济又合理的选择生产设备，并进行车间的工艺设备布置和各工序劳动力的安排等。设计规模：8m3/h(200桶/h)，工作天数300d。每天两班生产，每班产量1600桶(5gal/桶)工作8小时。年产量963.3.2主要工艺设施设计计算(1)调节水箱：生产水量Q＝4m由于本工艺采用自来水作为生产原水，自来水的供水量及水压是不断变化的，为保证纯净水生产线连续稳定生产，调节水箱一般按设计水量的1.5～2.5倍。查表选用ST10000L型不锈钢水箱，尺寸∮2220mm×2850mm，高频氩弧焊接，进水设浮球阀，底部设排污阀，内设低液位控制报警器，水位低时原水泵停止，系统保护[12]。(2)多介质过滤器：由于纯净水生产后续工艺反渗透原水利用率75%，因此预处理设备流量Q＝4/0.75=5.4m3/h。采用压力式玻璃钢过滤罐，速率按D＝＝＝0.677(m),取D=700mm。进水与反冲洗阀采用AUTOTROL180/440多路阀，全自动运行。滤料选用精致石英砂粒径0.95mm，滤层高度1000mm，需滤料0.28m3[13](3)活性炭过滤器：由于纯净水生产后续工艺反渗透原水利用率75%，因此预处理设备流量Q＝4/0.75=5.4m3/h。采用压力式玻璃钢过滤罐，率速按D＝＝＝0.677(m),取D=700mm。进水与反冲洗阀采用AUTOTROL180/440多路阀，全自动运行。活性炭选用粒度10～24目果核活性炭厚度为1000mm，用量0.28m3[14](4)软化器：原水硬度6mol/L,每日运行8h，设备流量Q＝4/0.75=5.4m3/h。采用压力式玻璃钢软化器，每日制水量为5.4×8＝43.2(m3)。交换周期总交换量＝43.2(m3)×6mol/m3＝259.2mol。离子交换剂用001×7强酸型阳树脂，树脂工作交换容量以900mol/m3计V＝259.2mol÷900mol/m3=0.288m3H＝＝0.752(m),可取0.8m[15]。(5)保安过滤器：预处理水量为4m3/h，用50选用∮50聚丙烯喷熔管，测试条件：压力差0.014Mpa,L=250mm，精度μm,流量0.47～0.17m3L=4/0.5×0.25=2(m)。用500mm长的4跟喷容管，从安全考虑，选用5根500mm的喷熔管，装入∮200不锈钢容器内[16]。(6)反渗透组件：产水能力4m3/h，总脱盐率＞98％，水回收率＞75％。考虑到本项目的水质特点、设备的节能、运行压力、膜的透过率、膜的脱盐率、出水含盐量等因素，反渗透组件选择美国海德能公司ESPAL－4040型卷式膜，共12支，规格∮8″×40″ESPAL；膜表面积400ft2脱盐率99.0/CL-%产水量12000m测试条件：1500mg/LNacl,6Mpa,Ph6.5-7.0；运行条件最大SDI4.0，pH范围3.0-10.0，最大给水流量75gal/min。RO电导率在线检测仪：CM-230数字式在线电导仪量程0～2000μS/cm[17]。(7)RO高压泵：高压泵的作用是为反渗透本体装置提供足够的进水压力，保证反渗透膜的正常运行。根据反渗透本身的特性，需有一定的推动力去克服渗透压等阻力，才能保证达到设计的产水量。选用CDL4-160型不锈钢泵一台，Q＝4m3/h,H=129m[18](8)RO清洗系统：清洗水箱、水泵：水箱为PE-200L一台，水泵为CHL-4-40不锈钢泵一台，Q=4m3/h，H=30m[19](9)臭氧杀菌装置：利用射流器将臭氧混合引入纯净水箱。产水量：Q＝4m3/h臭氧投加量q＝1mg/L,则需臭氧量为Q03=1×4＝4(g/h)。查表选用：CT-5臭氧发生器。技术参数：O3产量5g/h。O3浓度2.8%,O3流量(10)终端精密过滤器：PX05-型5μm聚丙烯滤芯10只，10×30″不锈钢外壳，处理能力20m3(11)桶装供应装置：根据生产能力选用灌装设备QGF-200型桶装线。主要技术参数：生产能力200桶/h，气原压力0.5Mpa，耗水量0.15m3/min电机功率4.2kw，额定电压380V[20]4.经济效益分析4.1投资指标表4设备一览表名称型号材料流量m3/h数量国别调节水箱ST1000-L不锈钢——1中国增压泵CDL-4-20不锈钢1.5-8.01丹麦多介质过滤器YL-800砂滤51中国活性炭过滤器HCZ-350活性炭3.731中国软化器GR-2玻璃钢2-41中国保安过滤器SS-304聚丙烯4.31中国RO高压泵CDL4-160不锈钢41中国反渗透组件ESPAL-4040————12美国臭氧杀菌装置CT-20————6中国罐装设备QCF-200——41中国4.1.1生产投资kA=k1+k2+k3+k4k1—用于厂房、平整地面等建筑工程的各项费用；k2—用于安装工程的各项费用，如装置各种所需设备的管线、工作台等；k3—用于购置各种设备、工具和器具的费用；k4—其他建设费用，如人员培训费等；粗算生产投资kA=50+10+50+10=120万元4.1.2运输所需的投资只需一辆卡车，这里以10万元计。4.1.3综上所述∑k=kA+kB=120+10=130（万元）4.2利润分析：

按每天可销出500桶计算

(1)每桶售价：8.00元

(2)每桶成本：A商标：0.03元

B瓶盖：0.23元

C塑料袋：0.10元

D耗水：0.03元E电费：0.13元

F工资：0.30元

G税金：0.06元

H运输费：0.50元

I不可预见费：0.40元

成本合计：1.78元/桶

(3)每桶利润(1)-(2)=8.00-1.78=6.22元/每桶

(4)每天利润6.22×500=3440元(5)每月利润（按22天计）：3440×22=7.5万元

(6)每年利润（按10个月计）：75680×10=75.7万元4.3回报率X==75.7/130×100%=58.2%4.4回收期N=+T式中：T—表示建设周期N=＋0.2=2年回收期约为2年。从上述实际事例分析来看，这个项目利润高投资回收快。不单如此，纯净水将走进普通百姓家庭，成为一种生活的必须品存在。这个产品将是个长线产品，有广阔而稳定的时间。5生产车间布置（见图纸）5.1车间平面布置原则(1)水处理设备布置尽量按工艺流程一字形成L形排列，便于管理和减少占用空间。(2)操作阀门，控制仪表尽量集中，并面向外侧，以便操作。(3)给水及工艺管线按工艺流程走向排列力求管线短，附件少，避免迂回。管线布置不得影响设备的起吊、检修。(4)地面上要设排水沟，排水沟要充分考虑最大排水量的情况，考虑清洗房面、地面的排水量。(5)所有表面、地面、墙面、天花板都应可以用水冲洗。(6)四壁应设紫外线杀菌灯管，并要求能照到每个角落防止霉菌生长。(7)车间内要有足够的检修通道和空间，如设备离高端应不小于500mm的空间(8)车间设有可供小型汽车出入的大门，主巡回通道净距不小于2m相邻两台设备净距不宜小于0.4m。5.2车间平面布置要求在设计当中要知道哪些设备是笨重的、固定的，哪些是轻的、可以移动的，哪些是公用的，哪些是专用的等，并根据工艺流程来进行设备的布置，同时满足维修、卫生等要求。6结论本设计属于工厂设计中工艺设计部分，主要包括产品方案的设计，工艺流程设计，工艺流程图的绘制；物料衡算；主要设备生产能力、型号及其台数的确定；生产车间的平面设计等内容。但是本设计还有很多不足的地方，如设备选型的计算、设备的实际处理能力等等，还需要理论与实践的结合。参考文献[1]彭跃莲.膜技术前沿及工程应用[M].北京:中国纺织出版社,2009,12:89～107[2]李书国.食品加工机械与设备手册[M].北京:科学技术文献出版社,2006,07:17～21[3]张国农.食品工厂设计与环境保护[M].北京:中国轻工业出版社,2005,7:95~98[4]马勇强,韩春然,刘静波.食品感官检验[M].北京:化工学工业出版社,2005,7:90～108[5]杨英莲.食品工厂设计基础[