|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тема 1. Качество природных водСтр 1 из 15Следующая ⇒
Введение Тема 1. Качество природных вод Тема 2. Удаление из воды грубодисперсных и коллоидных примесей Тема 3. Обработка воды методом осаждения Тема 4. Обработка воды методом ионного обмена Тема 5.Обработка пара и конденсата Тема 6. Магнитная обработка воды Тема 7. Удаление из воды коррозионно-агрессивных газов Тема 8. Отложения в котлоагрегатах и теплообменниках, их предотвращение и удаление Тема 9. Загрязнение пара и способы борьбы с ним Тема 10. Основы проектирования водоподготовительных установок Список используемой литературы Введение
Растворенные вещества в воде могут вызывать те или иные неполадки в работе энергетического оборудования. В основном это связано с образованием в тепловых агрегатах отложений и коррозии поверхности нагрева. При больших щелочностях и солесодержании имеют место вспенивание котловой воды и занос солей в пароперегреватель. В настоящее время в котлах предусматриваются специальные сепарационные устройства, ступенчатое испарение, промывка пара и другие способы, способствующие получению жесткого пара. Допускаемое конструкцией котла солесодержание в чистом и солевом отсеках оговаривается заводом-изготовителем в паспортных данных к котлу. В теплофикационных водогрейных котлах кроме карбонатных отложений при подогреве воды выше 130 º С сильно снижается растворимость CaSO4, что потребовало принять нормы качества подпиточной и сетевой воды, исключающие выпадение из раствора гипса (образующего очень плотные накипи). В теплообменной аппаратуре работающей при 25-50 º С возникают так называемые низкотемпературные отложения, основным компонентом которых является карбонат кальция CaCO3. Образующиеся налипные отложения значительно снижают теплопроизводительность теплообменников (иногда требуется установка дополнительных), а также увеличивают потери напора в трубах. В подогревателях горячего водоснабжения (подогрев воды до 70 º С) использующих недеаэрированную исходную воду, налипные отложения могут быть очень велики, поэтому применение исходной воды без предварительной обработки ограничивается соответствующими нормами. Наряду с карбонатными отложениями в теплообменной аппаратуре идет накопление продуктов коррозии. Довольно характерным является состав отложений, отобранных из подогревателей горячего водоснабжения: CaО – 25, 98%; MgO – 1, 97%; Fe2O3 – 23, 46%; SiO2 – 6, 2%; SO3 – 0, 42. В современных котлах, особенно сжигающих мазут и газ (высококалорийное топливо), тепловой поток в экранированных трубах может достигать 580-700 кВт/м2 [500-600Мкал/(м2·ч)]. Образование на внутренней поверхности нагрева незначительных по толщине (около 0, 1-0, 2 мм), но малотеплопроводных отложений приводит к перегреву металла и как следствие плавление отдушин, свищей и даже разрывов в экранных трубах. Отложения, образующиеся непосредственно на поверхности нагрева принято называть первичной накипью, грубодисперсные частицы, находящиеся в объеме воды (шлам) впоследствии могут оседать на поверхности нагрева, образуя вторичные отложения (вторичная накипь). Образование отложений на поверхности нагрева происходит вследствие протекания в нагреваемой среде процессов, связанных с образованием труднорастворимых веществ вследствие концентрирования солей при многократном упаривании в котле питательной воды, а также понижения растворимости ряда веществ с повышением температуры (соли с отрицательным температурным коэффициентом растворимости, например CaSO4).По химическому составу накипи подразделяют на: а) накипи щелочноземельных металлов, которые содержат CaCO3, CaSO4, CaSiO3, Ca3(PO4)2, MgO·Mg(OH)2, Mg3(PO4)2, 5CaO·5SiO2·H2O. В зависимости от преобладающего аниона они разделяются на карбонатные, сульфатные, фосфатные, силикатные. б) железоокисные и железофосфатные накипи. в) медные накипи. Как уже отмечалось выше, карбонатная накипь образуется в теплообменниках, тепловых сетях, конденсаторах турбин и др. В условиях некипящей среды накипь образуется плотнее, кристаллического характера. В условиях кипящей среды CaCO3 обычно выпадает в виде шлама. Сульфатные накипи, как правило, образуют плотные отложения, прочно связанные с металлом. Силикатные накипи сложны по своему составу: CaSiO3, 5CaO·5SiO2·H2O, 3MgO·2SiO2·H2O, Na2O·Fe2O3· SiO2 и др., а по своей структуре разнообразны и образуют пористые и коксовые отложения. Железокислые накипи, состоящие в основном из Fe3O4 отлагаются обычно в зоне высоких температур (экранные трубы). В медных налипах содержится до 30 и более % меди с примесями оксидов железа, соединений кальция и магния. Медь в накипи присутствует в виде металла и оксидов. Такие накипи образуются в зоне высоких температур на стороне трубы обращенной в топку. Поступает медь в котел с питательной водой как продукт коррозии латуни и других медных сплавов конденсатного тракта. Все материалы, из которых выполняется теплоэнергетическое оборудование, в силу своей природы подвергается коррозии – разъеданию под воздействием среды, с которой они соприкасаются. В водной среде происходит электрохимическая коррозия, обусловленная действием большого количества микрогальванических пар, возникающих на поверхности металла. Поляризация электродных участков затормаживает электродный процесс. Увеличение электропроводности водной среды и присутствие в ней деполяризаторов ускоряет коррозию. Электрохимическая коррозии подвержены водоподготовительное оборудование, тракт питательной воды, котел, теплосеть. Химическая коррозия обуславливается протеканием химических реакций непосредственно между молекулами среды и атомами металла. Примером этого вида коррозии является разрушение углеродистой стали в высоконагретом водяном паре при t = 450-500 º C: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2↑ По внешнему виду коррозионных повреждений различают общую коррозию, когда вся поверхность разрушается с равномерно одинаковой скоростью, и местную коррозию, когда разрушаются отдельные участки поверхности металла. При этом возможны различные формы: Коррозия лотками, язвенная, точечная, меткристаллитная и транскристаллитная.
Качество природных вод Основные показатели качества воды и водяного пара. Определение основных показателей качества воды и водяного пара. Нормы качества воды.
Нормы качества воды
В зависимости от характера использования воды различными потребителями определяются концентрационные показатели, необходимые для качественной и количественной характеристик воды. Качество питательной вод котлов с естественной циркуляцией должно удовлетворять следующим нормам: а) жесткость, определяемая тригонометрическим методом не более, мкг экв/кг, до 40 атм – 10; от 40 до 100 атм – 5; свыше 100 атм – 3; б) содержание кремниевой кислоты (в пересчете на SiO32-), мкг/кг Таблица 1.2 – Содержание кремниевой кислоты
в) содержание кислорода после деаэраторов (до ввода обескислороживающих химических реагентов) не более мкг/кг: до 40 атм – 30; от 40 до 100 атм – 20; свыше 100 атм – 10; г) содержание свободного сульфита (при сульфитировании) перед водяным экономайзером не более 2 мг/кг. д) содержание свободного гидрозина N2H4 при обработке воды гидрозином перед ВЭ в пределах от 30 до 100 мкг/кг в пересчете на N2H4. В периоды пуска и останова котлов допускается более высокое содержание гидрозина, определяемое условиями пассивации внутренних поверхностей котлов, но не выше 3000 мкг/кг. е) свободная угольная кислота в воде после деаэраторов должна отсутствовать, а показатель рН питательной воды должен поддерживаться в пределах: котлы до 100 атм – 8, 5 – 9; свыше 100 атм – 9 ± 0, 2; ж) содержание аммиака и его соединений не более 1000 мкг/кг в пересчете на NH3. з) для котлов давлением до 60 атм содержание нитратов не нормируется, а содержание нитритов в пересчете на NO2 недолжно превышать 20 мкг/кг. Для котлов с давлением > 60 атм. суммарное содержание нитратов и нитритов не должно превышать 20 мкг/кг. и) содержание соединений железа в пересчете на Fe не более (мкг/кг): - котлы слабо экранированные давлением до 40 атм. – не более 200; - котлы, экранированные давлением до 100 атм. на нефтяном топливе – не более 50; на других видах топлива – не более 100; - котлы экранированные давлением 100 – 140 атм. – не более 30; - котлы, экранированные давлением свыше 140 атм. – не более 20. к) содержание соединений меди в пересчете на Cu не более (мкг/кг): - котлы, экранированные давлением от 30 до 100 атм на нефтяном топливе – 10, свыше 100 атм – 5; - котлы, экранированные давлением на других видах топлива от 30 до 100 атм – 20, свыше 100 атм – 5; л) суммарное содержание масел и тяжелых нефтепродуктов не более (мкг/кг): - котлы до 40 атм – 1, - котлы выше 40 атм – 0, 3 Качество воды, применяемое для впрыскивания при регулировании температур перегретого пара жесткость не более 3 мкг экв/кг, соли и кремнесодержащие должны быть такими, чтобы качество пара отвечало нормам, содержание железа и меди не должно превышать норму для питания воды. Качество конденсата турбин должно отвечать следующим нормам: м) жесткость не более, мкг экв/кг: - котлы с естественной циркуляцией до 40 атм – 10; - котлы с естественной циркуляцией от 40 до 100 атм – 5; - котлы с естественной циркуляцией выше 100 атм – 3; Для прямоточных котлов до конденсатоочистки – 1. При непрерывной очистке 100% конденсата выходящего из конденсатосборника турбины допускается кратковременное, не более 4 сут. повышение жесткости исходного конденсата до 5 мкг экв/кг с соблюдением норм качества питательной воды.
Контрольные вопросы:
1. От каких факторов зависит состав и концентрация примесей в водоемах? 2. Понятие щелочности. Способы ее определения. 3. Какие показатели приняты для оценки качества природных вод и вод энергообъектов? 4. Способы определения показателей качества воды. 5. Понятие жесткости. Ее виды? 6. Каким нормам должно удовлетворять качество питательной воды котлов с естественной циркуляцией?
Докотловая обработка воды
Содержание в природных водах примесей различной степени дисперсности вызывает необходимость очистки ее в несколько стадий. На первом этапе из воды удаляются коллоидные и грубодисперсные вещества, на последующих — ионодисперсные вещества и растворенные газы. Такой системный подход к выбранной последовательности технологических приемов обработки воды связан с оптимизацией технико-экономических показателей различных стадий очистки, с возможностью автоматизации работы отдельных аппаратов и повышения надежности работы водоподготовительной установки в целом. Поверхностные воды требуют удаления грубой (частицы размером до 10-3мм), тонкой (10-3 – 10-11мм) взвеси, коллоидные примеси (10-6 – 10-4 мм), цветности. Песок, глина, животные и растительные остатки образуют грубую и тонкую взвеси. Органические вещества, оксиды металлов, кремнекислые соединения могут находиться в коллоидном состоянии. Неэффективная очистка добавочной воды от коллоидных и грубо-дисперсных веществ является одной из причин образования отложений на поверхностях нагрева и коррозии поверхности элементов проточной части турбин, что характеризует важность первого этапа очистки воды от коллоидных и грубодисперсных примесей, называемого предочисткой. Предочистка осуществляется на основе методов, в результате реализации которых при дозировке специальных реагентов некоторые примеси выделяются из воды в виде хлопьев, имеющих размеры 0, 1—1 мм. Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция (укрупнение) коллоидных примесей и известкование, которые обычно совмещаются одновременно в одном аппарате — осветлителе в целях улучшения суммарного технологического эффекта и снижения денежных затрат. Дополнительная очистка воды от грубодисперсных примесей производится фильтрационными методами.
Таблица 2.1 – Методы обработки поверхностных вод (предочистка)
Таким образом, удаление из воды исходных грубодисперсных примесей и взвесей, образовавшихся в процессах коагуляции (или коагуляции совместно с известкованием), достигается путем отстаивания в осветлителях и фильтрования, т.е. при двухступенчатом осветлении. В результате в осветлителе содержание взвеси снижается до 8—12 мг/дм, а в осветлительных фильтрах удаляется тонкодисперсная взвесь, не успевшая осесть в осветлителе, до остаточных значений ниже 1 мг/дм. Суммарная реализация процессов коагуляции и осветления приводит к увеличению прозрачности воды, ее обесцвечиванию, снижению кремнийсодержания и окисляемости за счет удаления примерно 50 — 70 % коллоидных веществ. Методы и оборудование для коагуляции и осветления воды выбирают в зависимости от характера и величины загрязнений.
Ионный состав воды Сущность ионного обмена заключается в способности специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав обрабатываемой воды. Иониты представляют собой нерастворимые высокомолекулярные вещества, которые благодаря наличию в них специальных функциональных групп способны к реакциям ионного обмена, т.е. они способны поглощать из раствора положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, содержащихся в ионите, имеющих заряд того же знака. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты разделяются на катиониты и аниониты. Способность ионитов к обмену ионами с раствором определяется их строением. Иониты состоят из нерастворимой твердой основы (матрицы), которая при помещении ее в воду способна увеличивать свой объем в 1, 1—2, 0 раза за счет взаимодействия с полярными молекулами Н2О, что дает возможность взаимной диффузии обменивающихся ионов после завершения синтеза и превращения матрицы в ионит. Полученную матрицу обрабатывают химическими реагентами, прививая к ней специальные функциональные группы, замещающие в бензольных кольцах ионы водорода и способные к диссоциации в растворах. Фиксированный на матрице ион (часть функциональной группы) определяет возникновение заряда и носит название потенциалообразующего. Заряд каркаса компенсируется зарядом ионов противоположного знака, называемых противоионами (рис. 4.1). Противоионы образуют диффузный слой, они подвижны вокруг матрицы и могут быть заменены другими ионами с зарядом того же знака. Появление потенциалообразующих ионов и противо-ионов может происходить не только за счет диссоциации функциональных групп, но и за счет адсорбции функциональными группами из раствора ионов с каким-либо знаком заряда. Обычно матрицу с фиксированными ионами обозначают символом R, а противоион — химическим символом, например, RNa — катионит с обменным ионом (противоионом) натрия, a ROH — анионит с обменной гидроксильной группой.
Рисунок 4.1 – Структуры элементов объема ионитов: а – катионит; б – анионит; 1 – матрица; 2 – потенциалообразующие фиксированные ионы; 3 – ионы диффузионного слоя.
Вода всегда электрически нейтральна, поэтому сумма концентраций содержащихся ней катионов равна сумме концентраций анионов при условии, что они выражены в мгэкв/л: ∑ СК = ∑ СА Это уравнение называется уравнением электронейтральности раствора, которым пользуются при проверке правильности анализа воды.
Таблица 4.1 – Ионный состав воды
Двухвалентное железо встречается в подземных водах чаще всего в виде бикарбонатов Fe(HCO3)2. Соединения 3-хвалентного железа встречаются в поверхностных водах, и находится в коллоидном состоянии Fe(OH3). Если в природных водах содержаться соединения азота, а именно ионы аммония NH4+, нитрат и нитрит ионы NO3-, NO2- это свидетельствует о том, что источник водоснабжения загрязнен хозяйственно бытовыми стоками. Химически чистая вода является очень слабым электролитом. Примерно 1 из 10 млн. молекул диссоциирует на ионы: H2O↔ H+ + OH- Отрицательный логарифм концентрации ионов водорода называется водородным показателем: pH = -lg[H+] Для химически чистой воды pH = 7. В зависимости от значения pH водного раствора оценивается реакция среды. При 1 ≤ pH < 3 – реакция среды кислая; 4 < pH < 6 – слабо кислая; pH = 7– нейтральная; 8 < pH < 10 – слабощелочная; 11 < pH ≤ 14 – щелочная. Вода для питьевых целей по ГОСТ 2874-82 имеет pH =6, 5…9, 0.
4.2 Обработка воды методом ионного обмена Обработка воды методом ионного обмена основана на пропуске исходной или частично обработанной воды через слой ионно-обменного материала практически нерастворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в воде ионами. Обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионитами. Просачиваясь между зернами ионита, обрабатываемая вода обменивает часть ионов растворенных в ней электролитов на эквивалентное количество ионов ионита, в результате чего изменяется ионный состав, как фильтруемой воды, так и самого ионита. Материалы, обладающие свойствами обмена катионами называются катионитами, а анионами – анионитами. Для получения нужной формы ионита проводится регенерация. Катиониты при регенерации их растворами NaCl, H2SO4, NH4Cl образуют соответственно натриевую, водородную или аммонийную форму, которая условно обозначается NaR, H2R, NH4R. При пропуске воды содержащей катионы Са2+ и Mg2+ через отрегенерированный катионит протекает реакция обмена ионов кальция Са2+, Mg2+ на ионы Na+, H+ или NH4+, содержащиеся в катионите. Этот процесс называется катионированием. Аниониты, отреагировавшие с щелочами (чаще всего NaOH) образуют гидроксидную форму, условно обозначаемую ROH, если через регенерирующий анионит пропускать раствор кислоты, например HCl произойдет реакция обмена анионов – анионирование и осуществится взаимная нейтрализация ионов Н+ и гидроксидионов ОН-, вытесненных анионами из анионита. По своей химической природе все катиониты являются кислотами, а все аниониты – основаниями. В зависимости от состава функционально-активных групп типы ионитов различаются по кислотности и основности. Катиониты разделяют на сильно, средне и слабо кислотные и соответственно аниониты на средне, сильно и слабо основные. Как катионирование, так и анионирование получили широкое применение на ТЭС для умягчения, обессоливания и обескремнивания добавочной питательной воды парогенераторов, загрязненных конденсатов и подпиточной воды тепловых сетей. Обработка воды методом ионного обмена принципиально отличается от обработки воды методом осаждения тем, что удаляемые из нее примеси не образуют осадка, и тем, что такая обработка не требует непрерывного дозирования реагентов. В связи с этим эксплуатация водоподготовительных установок, работающих по методу ионного обмена, значительно проще, габариты аппаратов меньше, а эффект обработки выше, чем установок работающих по методу осаждения. В качестве ионитов в РФ используются сульфоуголь и синтетические смолы, относящиеся к разряду пластических масс. Протекая через ионит, первоначально насыщенный ионами А (рис. 4.2), обрабатываемый раствор, содержащий ионы В, будет постоянно контактировать с новыми слоями свежего (неиспользованного) ионита. Со временем верхние слои ионита отдадут все ионы А и потеряют свою ионообменную способность, они как бы истощатся (зона а). Вследствие этого переходная зона, в которой происходит ионный обмен (зона b), будет все дальше и дальше перемещаться вниз по слою. При определенных условиях эта зона достигает стационарной ширины. Распределение концентраций обменивающихся ионов в этой зоне носит название фронта фильтрования. В нижних слоях (зона с) ионит еще полностью насыщен ионами А. Когда нижняя граница переходной зоны достигнет конца
Рисунок 4.2 – Схема ионообменного процесса в ионитном фильтре: · - ионит, насыщенный ионами А; o - ионит, насыщенный ионами В.
Рисунок 4.3 – Фронты фильтрования и выходные кривые в ионитных фильтрах: 1 – диффузионный фронт фильтрования; 2 – выходная кривая при диффузионном слое; 3 – острый фронт фильтрования; 4 – выходная кривая при остром фронте; х – высота слоя ионита; t - время работы фильтра. От вида кривой фронта фильтрования зависит степень использования обменной емкости при работе фильтра, поэтому при обосновании ионообменной технологии иониты подбирают так, чтобы сорбция наиболее важных ионов в водоподготовке происходила при остром фронте фильтрования. На формирование фронта фильтрования влияют также гидродинамические процессы, определяемые скоростью фильтрования, структурой зернистого слоя, конструкцией дренажных устройств и рядом других факторов.
4.3 Na – катионирование
Этот процесс применяют для умягчения воды путем фильтрования ее через слой катионита в натриевой форме (содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия Na), для чего предварительно катионит регенерируется NaCl. При Na – катионировании протекают реакции: NаR + Ca(HCO3)2 → CaR2 + 2NаНCO3 2NaR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2NaHCO3 2NaR + CaCl2 → CaR2 + 2NaCl 2NaR + CaSO4 → CaR2 + Na2SO4 Как видно из приведенных реакций из обрабатываемой воды удаляются катионы Са2+ и Mg2+, а в обрабатываемую воду поступают катионы Nа2+, анионный состав воды и ее щелочность при этом не изменяется, а солесодержание ее несколько возрастает. Одноступенчатым Na–катионированием можно получить воду с остаточной жидкостью до 0, 1 мгэкв/л. Однако для более глубокого умягчения воды достаточной жесткости 0, 01 – 0, 02 мгэкв/л требуется существенно увеличивать удельный расход соли на регенерацию фильтра, причем необходим тщательный контроль за ''проскоком'' жесткости. Процесс умягчения при Na-катионировании заканчивается при наступлении ''проскока'' жесткости (рис. 4.4), после чего истощенный катионит в фильтре надо регенерировать, т.е. восстанавливать его способность к обмену ионами. Регенерацию истощенного катионита проводят пропуском через него 6—10 %-ного раствора NaCl. Вследствие относительно большой концентрации ионов Na в регенерационном растворе происходит замена ими поглощенных ранее катионов Са2+ и Mg2+ по реакциям: R2Ca + nNa+ ↔ 2RNa + Ca2+ + (n-2)Na+; R2Mg + nNa+ ↔ 2RNa + Mg2+ + (n-2)Na+,
Рисунок 4.4 – Выходная кривая Nа-катионитного фильтра
Несмотря на то, что процесс обмена ионов, в том числе и при регенерации ионита, характеризуется эквивалентностью, для качественной регенерации ионитов расход реагента выбирается с определенным избытком п. При подаче раствора соли в фильтр лучше будет отрегенерирован лобовой катионит, контактирующий со свежим раствором. По мере прохождения раствора в глубинные части катионита условия регенерации будут ухудшаться вследствие повышенияконцентрации в регенерационном растворе ионов Са2+ и Mg2+, вытесненных из верхних слоев катионита при обеднении регенерата ионами Na+. Аналогичное действие проявляется за счет загрязнения раствора технической соли NaCl ионами Са2+ и Mg2+.
Рисунок 4.5 – Влияние расхода соли на эффект регенерации катионита Эффект повышения обменной емкости с увеличением расхода соли при регенерации показан на рис. 4.5, из которого следует, что эффект прироста обменной емкости с увеличением расхода более 300 г/г-экв заметно снижается. В схеме двухступенчатого Na – катионирования недостатки одноступенчатого катионирования устраняются, и обеспечивается надежно остаточная жесткость фильтра менее 0, 01 мгэкв/л. Число ступеней катионирования определяется требованиями к питательной воде. Так для паровых экранированных котлов, где требуется глубокое умягчение воды целесообразно применение схемы двухступенчатого Na – катионирования. Для горячего водоснабжения, если требуется частичное умягчение достаточно одной ступени катионирования. Основным недостатком Na – катионирования является превращение карбонатной жесткости воды в бикарбонат натрия, обусловливающий высокую натриевую щелочность котловой воды, так как в парогенераторе бикарбонат натрия превращается в карбонат и гидроксид натрия. Ca(HCO3)2 + 2Na+R- → Ca2+R2- + 2NаНCO3 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2↑ H2O + Na2CO3 → (t) 2NaOH + CO2 Умягчение путем Na – катионирования применимо для воды с относительно малой карбонатной жесткостью, превращение которой в бикарбонат натрия не вызывает чрезмерного увеличения продувки парогенераторов, а также не создает опасной для парогенераторов повышенной относительной щелочности котловой воды.
4.4 Н – катионирование
Обработка воды методом Н-катионирования предназначается для удаления всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода. Вода за Н-катионитными фильтрами содержит избыток ионов водорода и вследствие этого имеет кислую реакцию, поэтому эта технология применяется совместно с другими процессами ионирования — Na-катионированием или анионированием. Метод Н – катионирования основан на пропуске обрабатываемой воды через катионит отрегенерированной кислоты. В процессе фильтрования катионы, содержащиеся в обрабатываемой воде, обмениваются на ионы водорода, содержащиеся в катионите, при этом протекают следующие реакции: 2HR + Ca(HCO3) → CaR2 + 2CO2 + 2H2O 2HR + Mg(HCO3) → MgR2 + 2CO2 + 2H2O 2HR + CaCl2 → CaR2 + 2HCl 2HR + CaSO4 → CaR2 + H2SO4 HR + NaCl → NaR + HCl 2HR + Na2SO4 → 2NaR + H2SO4 Наряду с вышеприведенными реакциями протекает процесс вытеснения из катионита ранее поглощенных ионов Na+ ионами Ca2+ и Mg2+, вследствие чего катионит по ионам натрия истощается быстрее, чем по ионам Ca2+ и Mg2+, которые, являясь двухвалентными, сорбируются катионитом лучше. Из-за неодинаковой сорбируемости ионов различной природы их ''проскок'' в фильтрах происходит неодновременно. При Н – катионировании природных вод до момента проскока Na в Н – катионированной воде содержаться только кислоты, при этом кислотность фильтра получается равной суммарной концентрации хлоридов и сульфатов в обрабатываемой воде. При работе Н – катионитового фильтра от момента ''проскока'' Na до момента проскока жесткости в фильтрате происходит нарастание концентрации Na и соответственно снижается кислотность воды. В зависимости от требования к качеству обработанной воды технология воды Н – катионирования видоизменяется, Н – катионирование с удалением из воды Na осуществляется в системах частичного или полного химического обессоливания воды. Для снижения щелочности обрабатываемой воды возможно осуществление схемы параллельного Н-Na катионирования. Однако благодаря ряду преимуществ более широкое применение нашла схема Н – катионирования с ''голодной'' регенерацией фильтров и последующим Na – катионированием. Все технологические схемы Н-Na катионирования воды преследуют цель умягчения воды и одновременного снижения ее щелочности и солесодержания, а также удаления углекислоты.
4.5 Схема Н-катионирования с ''голодной'' регенерацией
При обычном Н – катионировании регенерация проводится с удельным расходом кислоты в 2-2, 5 раза больше теоретически необходимого, который отвечает процессу эквивалентного обмена катионов между раствором и катионитом. Избыток кислоты, не участвующей в реакциях обмена ионов, сбрасывается из фильтров вместе с продуктами регенерации. При голодной регенерации Н-катионитового фильтра удельный расход кислоты равен его теоретическому расходу (удельному), т. е. 1 гэкв = 1 гэкв. Все ионы водорода регенерационного раствора при этом полностью задерживаются катионитом, вследствие чего сбрасываемый регенерационный раствор и отмывочные воды не содержат кислоты. В отличие от обычных Н-катионитовых фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н-форму при голодном режиме в Н-форму переводятся только верхние слои, а нижние слои катионита остаются в солевых формах и содержат катионы Ca2+, Mg2+, и Na+. В верхних слоях катионита отрегенерированного голодной нормой кислоты при работе фильтра имеют место все реакции ионного обмена приведенные выше для Н – катионирования. В ниже лежащих неотрегенерированных слоях катионитные ионы водорода образовавшихся минеральных кислот обмениваются на ионы Ca2+, Mg2+, и Na+ по уравнениям: CaR2 + 2HCl → 2HR + CaCl2 NaR + HCl → HR + NaCl MgR2 + H2SO4 → 2HR + MgSO4 Происходит нейтрализация кислотности воды и при этом восстанавливается ее некарбонатная жесткость (постоянная жесткость), а зона слоя, содержащего ионы водорода смещается постепенно к низу. Так как содержащаяся в воде угольная кислота является слабой, в реакциях ионного обмена она может участвовать только после удаления сильных кислот. В самых нижних слоях фильтра этот процесс завершится до полного восстановления карбонатной жесткости не успевает, поэтому фильтрат имеет малую карбонатную жесткость численно равную щелочности и содержит много углекислоты. К моменту окончания рабочего цикла фильтра ионы водорода, введенные в катионит при регенерации, полностью удаляются из катионита в виде H2CO3, который находится в равновесии с Д- гидратированной формой СО2: H2CO3 ↔ H2O + CO2 Технология Н – катионирования с «голодной» регенерацией обеспечивает получение фильтрата с минимальной щелочностью (исключение сброса кислых стоков при регенерации и кислого фильтрата в рабочем цикле). Данная технология рекомендована для обработки природных вод определенного состава и при использовании катионита средне или слабокислотного типа при условии правильного осуществления режима регенерации. При непостоянстве качества исходной воды, неточном соблюдении рекомендаций по применению рассматриваемой технологи Н – катионирования во избежание колебаний щелочности и «проскоков» кислого фильтрата после Н-катионитных фильтров с голодной регенерацией в схеме водоподготовительной установки (ВПУ) устанавливаются буферные – нерегенерируемые фильтры с высотой слоя катионита 2 м и скоростью фильтрования до 40 м/ч. К буферным фильтрам не допускается подвод регенерационного раствора кислоты, взрыхляющая промывка осуществляется осветленной водой.
Рисунок 4.5 - Схема противоточного ионитового фильтра типа ФИПр: 1 – подвод исходной воды; 2 – отвод обработанной воды; 3 – 5 – подвод промывочной воды соответственно общий, в нижнее распределительное устройство (РУ) и блокирующее РУ; 6 – отвод промывочной воды; 7 – 9 – подводы регенерационного раствора соответственно общий, в нижнее РУ и в блокирующее РУ; 10, 11 – дренажи; 12 – гидрозагрузка; 13 – гидровыгрузка; 14, 15 – подвод воды для взрыхления в среднее и нижнее РУ.
Расход реагента существенно снижается, а качество фильтрата повышается при применении противоточной регенерации ионитного фильтра, схема которого приведена на рис. 4.5. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 773; Нарушение авторского права страницы
слоя ионита, наступит проскок иона В в фильтрат, что служит обычно сигналом для отключения фильтра на регенерацию.
В зависимости от коэффициента селективности обменивающихся ионов может сформироваться острый фронт фильтрования, который переносится параллельно, или размытый (диффузный), расширяющийся при движении по высоте слоя ионита. Кривая, показывающая зависимость концентрации примесей в фильтрате от времени работы фильтра (или объема пропущенного через фильтр раствора), носит название выходной кривой. Примеры выходных кривых при остром и диффузном фронтах фильтрования приведены на рис. 4.3.
где п — избыток NaCl против его стехиометрического количества.
