超纯水系统的设计与计算需要综合考虑水质要求、工艺流程、设备选型以及运行成本等因素。以下是超纯水系统设计与计算的关键步骤和要点：

1. 系统设计基础

1.1 水质要求

• 目标水质：根据应用场景（如半导体、制药、实验室等）确定最终产水的电阻率（通常≥18.2     MΩ·cm）、总有机碳（TOC＜1 ppb）、颗粒物（＜1个/mL）等指标。
• 进水水质分析：分析原水的电导率、硬度、TDS、TOC、微生物含量等参数，作为系统设计的基础。

1.2 工艺流程设计

典型的超纯水系统流程包括：

1. 预处理：多介质过滤、活性炭吸附、软化（离子交换或反渗透）。
2. 反渗透（RO）：去除大部分离子和有机物。
3. 电去离子（EDI）：进一步纯化，替代传统混床离子交换。
4. 抛光处理：紫外杀菌、超滤（UF）、终端混床（抛光树脂）等。
5. 分配系统：循环管路设计，避免二次污染。

2. 关键设备设计与计算

2.1 预处理系统

• 多介质过滤器：
• 流量计算：根据处理水量（Q, m³/h）和滤速（通常10-15 m/h）确定罐体直径。
• 罐体直径：D=4QπvD=πv4Q（v为滤速）。
• 活性炭过滤器：设计方法类似多介质过滤器，需定期反洗和更换活性炭。
• 软化器：
• 树脂量计算：根据原水硬度和再生周期确定树脂体积。
• 再生盐耗量：盐耗量 (kg)=树脂体积 (L)×再生盐浓度 (g/L)盐耗量 (kg)=树脂体积 (L)×再生盐浓度 (g/L)。

2.2 反渗透（RO）系统

• 产水量（Qp）：根据用户需求确定，例如10     m³/h。
• 回收率（Y）：一般为50-75%，需结合进水水质和膜类型（如卷式膜、抗污染膜）。
• 浓水流量：Qc=Qf−QpQc=Qf−Qp，其中QfQf为进水流量。
• 膜元件数量：
• 单支膜产水量：参考制造商数据（如某膜元件产水0.5      m³/h）。
• 膜数量：N=Qp单支膜产水×1排列方式修正系数N=单支膜产水Qp×排列方式修正系数1。
• 高压泵选型：根据RO操作压力（通常1-1.5 MPa）和流量选择。

2.3 电去离子（EDI）

• 模块选型：根据产水量和进水水质选择模块型号（如某EDI模块产水2 m³/h）。
• 电流与电压：
• 电流计算：I=离子迁移量电流效率I=电流效率离子迁移量，需结合进水离子浓度。
• 电压范围：通常100-600 V，根据模块电阻调整。
• 模块数量：并联或串联配置，确保产水电阻率≥15     MΩ·cm。

2.4 抛光混床

• 树脂量计算：
• 树脂装填比例：阳树脂:阴树脂 = 1:2（体积比）。
• 树脂寿命：根据进水水质（如TOC＜20 ppb）估算再生周期。

2.5 紫外杀菌与超滤

• 紫外灯功率：根据流量和水质选择（如40     mJ/cm²剂量）。
• 超滤膜面积：根据通量（LMH）和产水量计算。

3. 系统计算案例

3.1 案例参数

• 产水量：10 m³/h；
• 进水水质：TDS 500 ppm，硬度 200 mg/L（以CaCO₃计）；
• 目标水质：电阻率≥18.2 MΩ·cm，TOC＜1 ppb。

3.2 反渗透计算

1. 回收率设定为75%，则进水流量：

Qf=QpY=100.75=13.33 m³/hQf=YQp=0.7510=13.33m³/h

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