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DOW膜计算软件ROSA使用指南

1    ROSA的安装要求

 

1.      IBM-PC 兼容机

2.      奔腾处理器 (568及以上)

3.      16MB 内存(RAM)

4.      WINDOWS95操作系统或以上

 

 

 

 

2    ROSA的界面组成

 

    ROSAReverse Osmosis System Analysis的缩写,是陶氏化学公司FILMTEC 子公司专门为用户开发的辅助设计工具。其最新版本是ROSA4.3版。ROSA4.320011121开始可从陶氏网站下载,网址如下:www.Filmtec.com。用电话线上网,需20-40min完成下载;用高速互联网,只需40sec完成下载。

 

ROSA的启动方法:

1.     
从“开始”菜单中选取“程序”,

 

2.     
再进一步选取“ROSA4.3文件夹

 

3.     
然后单击文件“ROSA4.3”, 即可启动ROSA4.3

 

4.     
启动后的ROSA有一个“Welcome!”对话框,如下图所示。点击“Create New System”按钮,即可开始设计一个新系统;点击“Open Existing Design ”按钮, 即可打开已经存盘的设计文 件;点击“Help”按钮 ,即可获得帮 助信息。

 

5.      主菜单介绍

 


      主菜单有5个子菜单,如下图所示。

 

      子菜单的使用和Word 软件类似,这里只介绍一下子菜单的特别之处。

 

5.1 
File菜单

 

我们可以选择“Print to File”,将ROSA的计算结果输出为“ *.txt ”文本文 件。其优点是,即使客户没有安装ROSA软件,也可用Notepad / Wordpad /Word等软件阅读ROSA的计算结果。

 

5.2 
Options菜单

 

Autodesign ...  进入自动设计模式

 

Feed Analysis ... 进入给水分析界面

Scaling Calculations ... 进入结垢计算界面

System Configuration ... 进入系统排列结构界面

Operating Scaling Factor ... 计算运行结垢因子

 

Create Graph ... 主要运行指标随温度变化的曲线

Normalization Spreadsheet   运行数据的标准化

RO Retrofit Spreadsheet    RO改造 IX系统的经济性分析案例

 

6.      工具条介绍


 


设计新项目  打开存盘文件    存盘             打印

 


剪切              复制                    粘贴

 


给水分析界面     结垢计算界面    系统结构排列界面



自动设计模式     运行参数曲线    运行数据标准化

 


帮助              联网                    膜技术手册


7.      ROSA的操作方法 ROSA的操作方法有两种:菜单操作和图标操作。用户可以选择自己喜欢的操作方式。

 

8.      ROSA4.33个主要界面

8.1  给水分析界面


用菜单操作 Options/Feed Analysis... 或直接点击如上图标,即进入给水分析界面。如下图所示。

 


 

8.2 
结垢计算界面


用菜单操作 Options/Scaling Calculations... 或直接点击如上图标,即进入结垢计算界面。如下图所示。


 

8.3  系统结构排列界面


用菜单操作 Options/System Configuration... 或直接点击如上图标,即进入系统结构排列界面。如下图所示。


 

 

 

3    ROSA的使用方法

 

 

1  自动设计模式

    我们推荐用户使用自动设计模式。用户可从菜单或图标进入自动设计模式。一旦进入自动设计模式,ROSA软件会逐步引导用户输入设计所需的参数,直至完成设计。在设计的每一个人机对话界面上,用户可按“Next”按钮进入下一个对话界面;也可以按“Back”按钮返回前一个对话界面进行修改;也可以按“Cancel”按钮随时取消设计工作;还可以按“Help”按钮寻求帮助。

 

2  三步设计模式

 

熟悉ROSA4.3的用户也可很方便地使用三步设计模式。所谓三步设计模式,是指用户可以分别直接进入给水分析、结垢计算、系统排列结构三个界面输入软件设计所需的参数,从而得到计算结果。

 

3  手工计算校核

 

用户可以对ROSA4.3的计算结果进行手工校核。在设计RO系统时,每一元件的平均通量/产水量、元件个数、压力容器个数可照下述公式计算:

单根元件平均通量(F平均) 单根元件最大通量(F最大) ´ 0.75

单根元件平均产水量(Q平均) 单根元件最大产水量(Q最大) ´ 0.75

 

元件个数(NE) RO系统产水量(Q系统) / 单根元件平均产水量(Q平均)

            压力容器个数(NPV)元件个数(NE) / 每个压力容器可放元件数

单根元件的最大产水量可从 <<FILMTEC膜系统设计导则>> 中查询获得。

 

 

 

4    ROSA的使用要点

 

 

 

1        选择水质类型的重要性及其与设计导则的关系

 


在用ROSA4.3进行RO设计时,第一个需输入的是从下图所示的水质中选择一种合适的水质类型。

 

选择水质类型对ROSA设计来说十分重要。每一种水质都对应着不同的设计报警值。从RO/UF渗透液(SDI<1),到井水(SDI<3),到软化地表水(SDI=3~5),到地表水(SDI=3~5),到海水(SDI<5),到三级废水(SDI 波动大,4-6),水 质逐渐变差,故其报警值也渐趋严格。RO/UF渗透液的报警值最为宽松,三级废水的报警值最为严格。

有关每一种水质的报警值,可参阅<<FILMTEC膜系统设计导则>>。该设计导则不仅对设计过程来讲是十分重要的经验总结,同时对膜系统的运行来讲也是十分重要的参考标准。

 

2        TDSDD设计简单的小系统

原则上,只要是设计RO系统,不论系统容量大小,都应该进行完整的水质全分析。但在大系统的论证初期或小型系统中,ROSA4.3允许用户用TDS参数估算RO系统的排列结构。界面如下所示。或者,如果用户知道给水的电导率DD(us/cm),也可用如下公式折算TDS(ppm)

 

 


DD<10us/cm时,TDS(ppm)=0.5DD(us/cm)

DD=300-800us/cm时,TDS (ppm)=0.55DD(us/cm)

DD=45000-60000us/cm时,TDS(ppm)=0.70DD(us/cm)

DD=65000-85000us/cm时,TDS(ppm)=0.75DD(us/cm)

TDS估算RO排列时,既然没有向ROSA4.3提供任何具体离子的浓度,那么ROSA将忽略结垢计算。

 

3        给水源多于1个的设计

 


一般来讲,RO系统的水源就一支。所以,RO设计绝大多数时候为单水源设计。但是,倘若用户碰到多水源时怎么办呢?别急!ROSA4.3允许用户在进行RO设计时同时使用多支水源(最多3)。用户只需分别输入每支水源的流量(m3/h)、该水源在总流量中所占的比例(%)、水源温度以及具体的离子浓度,即可得到一个混合后的水质,然后进行RO设计。与单水源设计相比,多水源设计只有给水分析界面的输入有所不同,结垢计算及系统排列结构界面是完全一样的。多水源给水分析界面如下图所示。

 

4        加酸/碱调节pH(注意选中 Acidified Feed 按钮)

 


RO设计中,加入酸/碱对RO给水进行pH值调节,有时是十分必要的。在水处理中,加酸/碱主要目有:抑制碳酸钙水垢;改变某些组分的形态以提高/降低该组分的脱除率,等。结垢计算界面如下图所示。

 

关键是如果想加酸/碱到给水中,则必须在“Pretreatment”功能块中选中“Acidified Feed(酸化给水);否则,应选中“Original Feed”。

如果计算结果表明,系统有任何结垢的可能,则会在该界面右下角出现一个报警框,并提示:“Antiscalants are required. Consult your antiscalant manufacturer for dosing.(系统需加阻垢剂。加药事宜请咨询阻垢剂供应 商。)。如果没有任何结垢的可能,则该报警框会自动消失。

 

5        Fouling Factor (FF)的意义及怎样选取FF

 

Fouling Factor 译成中文是“污堵因子”,其物理含义为:膜面被部分污堵 后,尚未被堵的有效通水膜面占总膜面积的比例。比如:对井水来讲,选用苦咸水膜时,其三年后的污堵因子(FF) 推荐值为0.85,如下表所示。我们可 以形象地将其理解为:膜面被堵面积占15%,未堵面积占85%。也就是说,平均每年的污堵面积约为5%。

实际上,不应将FF理解成一个固定值。对于某种具体水质而言,实际的FF可能稍大于也可能稍小于推荐值。所以,FF的推荐值是一个经验值。用户应该注意的是,预处理越完善,给水SDI越小,则实际的FF越小。

当人为改变FF时,其最直接的影响是,RO系统的给水压力及其他部位的压力相应地都会发生变化,从而引起其他运行指标也发生相应变化。其间接的影响是给水高压泵参数的选择。

 

污堵因子的选择

运行年数 ()

0

1

3

5

海水()

1.0

0.85

0.80

0.80

海水(表面)

1.0

0.75

0.70

0.70

苦咸水()

1.0

0.95

0.85

0.80

苦咸水(地表)

1.0

0.9

0.80

0.75

 

6        同一级内各段分别选择不同类型的膜,允许吗?

 

允许。当某一RO系统的同一级内各段分别选用不同型号的元件时,该功能可允许用户计算系统参数。这种作法在实践上,不乏先例。


为了使ROSA能在一级内接受不同类型的元件,需作如下操作。先选中“Option”菜单,再选中其中的“Preferences... ”子项,即得如下对话框,在该 对话框中选中“All Elements Same Type Within Each Pass”,然后点击 OK”按钮,即完成功能设置。

 

接下来,ROSA允许在系统排列结构界面中输入不同类型的元件。

 

 

7        何时设置段间升压泵?

 

当第2/3段的给水压力不够,导致段间产水量严重分配不匀时,设置段间升压泵变得十分必要,而且在实践上,设置段间升压泵不乏先例。

那么怎样判断产水量分配的均匀性呢?方法1,用ROSA设计结果中出现的报警来判断;方法2,人为设定标准。对2:1排列的大系统(系统回收率75%),当第1段的产水量超过总产水量的83%时,会有报警。这样,可以通过第1段的产水量是否超过83%来判断水量段间水量分配是否均匀。

当通过调整段间压力容器的配比/调整每个容器中元件的数量/调节给水的温度/增加浓水再循环等办法仍然不能消除设计报警时,设置段间升压泵将成为必要的选择。其实,当段间配水比接近临界标准时,主动选用段间升压泵,同时相应降低第1段给水泵的参数,这对优化元件的运行状态来说是十分合理的。

可能需设置段间升压泵的情况有:低压反渗透系统,纳虑膜系统,温度过高的反渗透系统及污水RO处理系统。

 

8        何时设置产品水背压?

 

设置产品水背压的作用与设置段间升压泵的作用类似,促使段间产水量分配更趋均匀。当然也可优化元件的运行状态。设置产品水背压在实践上不乏先例。

设置背压的情况与设置升压泵的情况类似。

设置产品水背压的过程中,应注意以下要点:第一,产品水压力最多不能超过给水-浓水压力0.3Bar;第二,操作上确保,启动时,“先升给水压力,后 升背压”,停机时,“先泄背压,后泄给水压力”,谨防背压破坏膜;第三,整个系统最好设置多路电源,以备紧急断电;第四,系统应设置防止背压破坏的逆止阀和泄压阀;第五,膜元件在不同温度下,还有最大产水运行压力限制(但产水压力应小于给水压力),FILMTEC元件的最大产水压力请参考下表。

FILMTEC膜的最大产品水压力限制

温度(°C)

45

40

35

30

25

20

最大背压(Bar)

10.0

12.4

15.1

17.7

20.6

23.3

最大背压(psi)

145

180

219

257

299

338

 

 

9        浓水再循环有什么好处?

 

在较小的RO系统中,一方面,用户希望提高系统的回收率;另一方面,片面提高回收率又使用户面临单一元件运行指标超过设计导则的困难。在这种情况下,对RO系统设置浓水再循环,可解决回收率提高和元件运行指标超标的矛盾。


在较大的废水RO处理系统中,由于废水处理的RO导则值最为严格,故设计时元件的运行指标也容易超过设计导则。因此,在废水处理中,根据需要设置浓水再循环,以减轻元件的污堵,有着重要的意义。

 

操作方法如下:在系统排列结构界面上,选中“Array Recirc”选项 (如上图 所示),即可进行浓水再循环的设计。

 

10    怎样选用公制单位?怎样设置冗余报警?怎样计算运行能耗及其成本?

 

ROSA4.3提供用户公制单位和美制单位的选择。用户可根据喜好选择相应的单位。

同时ROSA4.3可提供冗余报警及运行能耗&成本的计算。冗余报警的优点是方便用户很容易地知道超标点在何处;运行能耗&成本的计算也极大地方便了用户估算运行能耗&成本随着系统参数的变化而变化。


设置方法如下:先选中菜单“Options”,然后选中其中的“Preferences... 子项,即得如下对话框。

 

在该对话框中选中“Metric Units”即选中公制单 位;

选中“Print Electrical Usage”即选中运行能耗&成本的计算;         选中“Display verbose warning messages for exceeded guidelines ”即选中冗余报警功 能。

 

11    怎样选择膜的类型?

 

一个设计合理的RO系统首先要求选择合理的膜元件。ROSA4.3共提供了25种可供选择的元件。那么用户怎样根据需要选择元件呢?有如下选择原则。

·        给水TDS

<1000mg/l              ÞTW30

<5000mg/l              ÞBW30/BW30FR

5000-15000mg/l    ÞSW30

15000-50000mg/l  ÞSW30HR

·        系统脱盐率

20-90%          ÞNF200/270/90

>98%                     ÞTW30/BW30/BW30FR

>99%                     ÞSW30

>99%                     ÞSW30HR

·        给水压力

<41Bar(600psi)      ÞTW30

<41Bar(600psi)      ÞBW30/BW30FR

<69Bar(600psi)      ÞSW30/SW30HR

·        产水流量

<0.2m3/h         Þ <2.5”元件

<3.0m3/h         Þ =4”元件

>3.0m3/h         Þ8”元件

·        产水水质或进水水质

当产水水质要求高时,选用BW30标准元件,甚至可选用SW30/SW30HR海水元件;

当产水水质要求不高时,选用TW30LE/BW30LE/XLE低压节能型元件;

当希望产水中含有较多TDS时,选用NF纳滤元件。

当给水为废水时,选用抗污染元件。

·        纳虑、苦咸水、海水元件的具体型号选择参考附录。

 

12    怎样升级ROSA软件?

 

由于新产品不断开发出来,ROSA软件也不断地被更新升级。ROSA软件的升级一般用新版本的安装盘即可。另外,ROSA软件还有一个快捷简单的升级办法。那就是在路径C:\Program Files\ROSA下有一个核心升级文件,名字 ROSA.BIN,只要用新升级文件ROSA.BIN覆盖原有的旧文件即可完成快速升级。只是这样快速升级后,ROSA软件中尚有一些非关键性的描述文字未被修改,不过,这完全不影响ROSA设计新产品。

最新的ROSA.BIN文件也可从陶氏化学公司的网址WWW.FILMTEC.COM下载获得。

 

 

5    ROSA的计算结果及阅读

 

举例说明如下。

FilmTec Reverse Osmosis System Analysis, July 2000 Version 4.30 for Windows

文件头

信息。

Prepared For:

Analysis by: The Dow Chemical Company

Date: 10-30-2000

File Name: C:\Program files\Rosa\B-qinghuashuangyi18.rod

系统设计参数。

 


Feed:                  77.28 M3/H,   2066 MG/L,   20.0 Deg C

Recovery:          75.0 Percent

 


系统的结构排列及背压。

Array:                1                 2                  3    

No.of PV:          9                 6                  4    

Element:    BW30-365   BW30-365   BW30-365

No.El/PV:          6                 6                  6    

El.Total:           54               36                24    

BackP (BAR): 2.5              0.0               0.0   

污堵因子。

 


Fouling Factor:    0.85

系统的运行参数。

 


                                             FEED    REJECT   AVERAGE

Pressure(BAR)                     12.6       8.5            10.5

Osmotic Pressure(BAR)       1.3        5.3             2.8

NDP(Mean)=    6.5 BAR

Average Permeate Flux=   15.0 L/M2/H, Permeate Flow=   57.99 M3/H

 


                      Recovery      Permeate           Feed     Feed   Feed

Array El.No. (Perm/Feed)  M3/D MG/L     M3/H   MG/L PRESS(BAR)

 1        1          .076             15.67     11        8.6       2098    12.2

           2          .078             14.94     12        7.9       2270    12.0

           3          .081             14.23     14        7.3       2462    11.7

           4          .084             13.55     15        6.7       2678    11.5

           5          .087             12.82     18        6.2       2923    11.3

           6          .090             12.08     20        5.6       3199    11.2

每支膜的运行参数。

 


 2        1          .083             15.28     18        7.7       3512    10.7

           2          .085             14.34     21        7.0       3828    10.4

           3          .087             13.41     24        6.4       4181    10.2

           4          .088             12.47     28        5.9       4576    10.1

           5          .090             11.53     33        5.4       5016      9.9

           6          .090             10.57     39        4.9       5507      9.8

 

 

 3        1          .058             9.22       46        6.7       6050      9.4

           2          .056             8.42       53        6.3       6417      9.2

           3          .054             7.66       60        5.9       6794      9.0

           4          .052             6.94       69        5.6       7178      8.9

           5          .049             6.25       80        5.3       7564      8.7

           6          .046             5.62       92        5.1       7950      8.6

 

各段浓水/产水的流量/含盐量。

 


Array:                 Total      Array 1   Array 2   Array 3 

Reject (M3/H):                  46.0       26.6         19.3

Reject (MG/L):                  3512       6050        8331 

Perm (M3/D):     1392       750        466          176 

Perm (MG/L):     25           15           27            64 

 

 


Permeate, (MG/L as Ion)

Array:       Total   Array 1   Array 2   Array 3 

NH4            0.0       0.0         0.0          0.0 

K                 0.0       0.0         0.0          0.0 

Na               2.8       1.6         2.9          7.3 

总产水及各段产水的离子浓度。

Mg              3.0       1.8         3.2          7.7 

Ca               1.2       0.7         1.3          3.1 

Sr                0.0       0.0         0.0          0.0 

Ba               0.0       0.0         0.0          0.0 

HCO3         3.3       1.9         3.4          8.5 

NO3            0.0       0.0         0.0          0.0 

Cl               11.8      7.0       12.6        30.3 

F                  0.0       0.0        0.0          0.0 

SO4             2.0       1.2        2.2          5.2 

SiO2            0.8       0.5        0.8          2.2 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Feed/Reject, (MG/L as Ion)

                   Feed    Reject 1  Reject 2  Reject 3 

NH4            0.0       0.0          0.0           0.0 

给水及各段浓水的离子浓度。

K                 0.0       0.0          0.0           0.0 

Na               153.9   257.2      442.3       608.2 

Mg              300.2   502.7      866.3      1193.7 

Ca               136.1   227.9      393.0      541.7 

Sr                0.0       0.0          0.0           0.0 

Ba               0.0       0.0          0.0           0.0 

HCO3         180.4   301.5      518.6       713.1 

NO3            0.0       0.0          0.0           0.0 

Cl               1035.3  1786.8    3078.8     4241.0 

F                  0.0       0.0          0.0           0.0 

SO4            242.1    405.5      699.2       963.8 

SiO2           18.1      30.0        51.3         70.0 

 

 


                                           FilmTec Scaling Calculations

                                          Feed      Adjusted Feed     Reject

pH:                                    7.50         6.74                   7.33

LSI:                                   0.26        -0.62                   1.14

Stiff & Davis Index:         0.25        -0.62                   0.61

结垢计算结果。

Ionic Strength (Molal):     0.056      0.056                  0.224

TDS   (Mg/L):                  2121.2     2097.8                8331.5

HCO3  (Mg/L):                235.5       180.4                  713.1

CO2   (Mg/L):                  17.2         57.2                    57.2

CO3   (Mg/L):                  0.3           0.2                      0.8

CaSO4 (% Saturation):    3.7           3.7                      25.9

BaSO4 (% Saturation):    0.0           0.0                      0.0

SrSO4 (% Saturation):     0.0           0.0                      0.0

CaF2  (% Saturation):      0.0           0.0                      0.0

SiO2  (% Saturation):      15.6         15.6                    60.8

酸碱消耗量及产品水pH值。

 


HCl Consumption (KG/Day, 100%)   =     61.4

Estimated Permeate pH is  5.0

 

To Balance 0.0 MG/L Sodium and 0.0 MG/L Chloride added to feed.

 

给水类型。

 


Feed water is Acidified Tertiary Effluent

 

运行能耗及成本。

Electrical Requirements

       Kilowatt-Hours Per Day: 864.4

       Electric Cost Per Day: $60.51

法律声明。

 


DISCLAIMER:  NO WARRANTY, EXPRESSED OR IMPLIED, AND NO WARRANTY OF

MERCHANTABILITY OR FITNESS, IS GIVEN.  Neither FilmTec Corporation nor

The Dow Chemical Company assume liability for results obtained or damages

incurred from the application of this information.  Any final design

should be reviewed by the appropriate applications engineering personnel.

 

 

由上述可知,ROSA4.3的计算结果由文件头信息、系统设计参数、系统的结构排列及背压、污堵因子、系统的运行参数、每支膜的运行参数、各段浓水/产水的流量/含盐量、总产水及各段产水的离子浓度、给水及各段浓水的离子浓度、结垢计算、酸碱消耗量及产品水pH值、给水类型、运行能耗及成本、法律声明等14部分组成。

 

6    ROSA的计算结果与实际值的比较

 

举例如下。

系统参数:

元件类型:BW30-400

给水类型:井水

系统回收率:80

单列段比:14:6

每容器元件个数:6

水温:29°C

给水TDS2700-3000mg/l

产水量:105m3/h ´ 6

 

BW30-400膜的性能比较 (规范值vs.实际值)

BW30-400的性能

规范最小值

平均启动值

性能稳定值

产水量 (GPD)

9765

11764

9975

脱盐率 (%)

98

98.6

99.2-99.4

 

 

离子的脱除率比较 (ROSA计算值vs.实际值)

离子种类

给水 (mg/l)

浓水 (mg/l)

产品水 (mg/l)

ROSA计算值(mg/l)

Na

700

3600

29

26.4

Mg

110

501

1.0

2.2

Ca

98

480

0.84

1.7

Sr

9.9

48

0.09

0.2

HCO3

195

933

7

7.4

Cl

1330

5890

35

42.4

SO4

380

1740

9

6.7

TDS

2893

13192

82

87

 

可见,ROSA4.3的估算值比实际值稍大。也就是说,ROSA的估算值有些保守。特别是MgCaSr等高价离子的实际脱除率比ROSA的估算值高得多。

需要提醒的一点是,离子的脱除率也与给水中离子组分比例有关。当一价的KNaNO3含量较高时,会不同程度影响系统的脱盐率,这是正常现象。

 

 

郑重声明:本文件虽是为了方便用户的设计计算,但不含任何明示或暗示的质保在内。请用户朋友注意,选用本文件提供的任何信息的同时,被引用信息所带来的全部后果和责任也由其承担。

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