ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ, ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Исходным сырьем является речная вода содержащая в своем составе массовая концентрация ионов Na не более 97,75мг/дм3, Cl не более 170,16мг/дм3, нитратов и нитритов не более 0,06мг/дм3
- Серная кислота H2SO4 92,5%-ной концентрации. Это маслянистая, прозрачная жидкость. tз =-330С, tп=10,350С, tк= 3300С, плотность 1,826 г/см3 при 200С
- Едкий натр NaOH поступает в виде раствора 42%-ной концентрации. Это бесцветная или слегка мутноватая жидкость. tз=+100С, взрывопожаробезопасна, токсична.
- Хлорид натрия (NaCl) поступает в виде раствора 26% и 8÷12% концентрации. tз=-90С, 1,086г/см3 плотность г/см3 при 200С , взрывопожаробезопасен, не токсичен.
Катионит КУ-2-8
Фильтрующая загрузка Н-катионитовых фильтров, содержание влаги 50-60%сферические зерна от желтого до коричневого цвета. Размер зерен 0,315-1,25 мм
Катионит фирмы ПЬЮРОЛАЙТ С100Н фильтрующая загрузка Н-фильтров. Прочные сферические частицы янтарного или темно-коричневого цвета, содержание влаги 51-55%
АнионитАН-31
Фильтрующая загрузка фильтров ОН-Iступени. Слабоосновной анионит обладает высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам. Внешний вид ярко желтые зерна неправильной формы, размер зерен 0,4-2 мм, содержание влаги 10%
Анионит LEWATITRMonoPlusMP64
Фильтрующая загрузка ОН-фильтров-Iступени. Слабоосновной анионит обладает высокой химической стойкостью к кислотам и щелочам. Внешний вид желтоватые непрозрачные гранулы. Размер зерен 0,59-0,05 мм, содержание влаги 61-66%
|
|
|
Анионит АВ-17-8Сильноосновной анионит Фильтрующая загрузка фильтров OH-II ступени, содержание влаги 35-50%., внешний вид сферические зерна светло-желтого цвета. Размер зерен 0,355-1,25мм [6].
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Обессоливание осветленной воды методом ионного обмена
1) Н – катионирование первой ступени
Н+-катионитные фильтры предназначены для удаления из обрабатываемой воды катионов кальция, магния, натрия.
При Н - катионировании катион водорода (Н+) находящийся в катионите, переходит в обрабатываемую воду, а катионы кальция магния, натрия переходят на место водорода в катионит, таким образом происходит обмен катионов. При этом в эквивалентных количествах образуются свободные минеральные кислоты.
Реакции, протекающие при Н+ катионировании воды, можно выразить следующими уравнениями:
2 HR- + CaSО4 = CaR2 + H2SO4
2 HR- + MgSiO3 = MgR2 + H2SiO3
HR- + NaCl- = NaR + HCl
HR- + N2CO3 = 2 NaR + H2O + CO2
R-сложный органический комплекс катионита, практически нерастворимый в воде и играющий роль неподвижного аниона.
Часть катионов водорода взаимодействуют с бикарбонатами, присутствующими в исходной воде, образуя углекислоту и воду:
Н++ НСО- = СО2-+ H2О
В итоге этих реакций снижается щелочность и солесодержание обрабатываемой воды. Другие ионы водорода уравниваются оставшимися в воде ионами CI- и SO42-, образуя соляную и серную кислоты.
|
|
|
В ряду активности: Са2+> Мg2+> K+> NH4+ > Na+ если катионы находятся сопоставимых концентрациях, то каждый предыдущий вытесняется из катионита последующим.
В результате этого через некоторое время с начала цикла обмена слой катионита в фильтре можно условно разбить на 5 зон:
1-верхняя зона, где катионит равномерно насыщен ионами: Са2+ и Мg2+;
2-зона, из которой происходит вытеснение ионов Na+ ионами Са2+ и Мg2+;
3-зона насыщения ионами Na +;
4-зона замещения иона Н+ ионами Na +
5-зона насыщения только ионами Н+
По увеличения фильтроцикла высота 1-й зоны будет увеличиваться, а ее нижняя граница будет смещаться вниз и смещать все остальные зоны.
Как только зона замещения иона Н ионом Na+ сместиться до нижней границы катионита, начинается проскок Na+ в фильтрат. При этом кислотность фильтрата на выходе Н+ - катионитного фильтра начинает снижаться.
Сочетание Н-катионирование с ОН-анионированием нужна из-за того, что сумма всех катионов, содержащихся в воде, больше ее бикорбонатной щелочности.
Основными технологическими показателями работы ионитного фильтра являются:
|
|
|
Производительность фильтра, м3 /час;
Скорость фильтрования исходной воды, регенерационного раствора, промывной воды, м3 /час;
Рабочая обменная емкость фильтра, г-экв;
Качество обработанной фильтром воды, определяемое по остаточному содержанию поглощаемых из нее ионов, мг-экв/м3;
Удельный расход регенерируемых веществ, г-г/экв.
Показателем нормальной работы ионитного фильтра это: рабочая обменная емкость загруженного в него материала, которая отражает в себе изменения почти всех остальных технологических показателей фильтра, как: скорость фильтрования исходной воды, скорость взрыхляющей промывки, скорость пропуска регенерационного раствора и отмывочной воды, характеристика зернистости ионита, концентрация регенерационного раствора, качество исходной воды и ее температура.
При работе Н –катионитовых фильтров ведут контроль за качеством воды, которая имеет следующие показатели: кислотность не более 7 ммоль/дм3, содержание ионов натрия не более 6,9 мг/дм3, жесткость не более 0,3 ммоль/дм3 .
Способ регенерации:
Н - катионирование
Н - катионирование применяют для удаления всех катионов из воды при водоподготовке путем фильтрации через слой катионита в водородной форме. Применяется совместно с процессами Na - катионирования и анионированием.
|
|
|
Выделяющиеся ионы Н+ реагируют в воде с гидрокарбонатными ионами.
Процесс умягчения при H - катионировании заканчивается по наступлению проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре регенерируют.
Регенерация катионита осуществляется путем пропуска последовательно из 2 и 1 корпуса 1,5% раствора серной кислоты в течение 30 минут, 3 - 5% раствором серной кислоты в течение 20 минут при расходе кислой воды повторного использования70-90м3/час [8].
Таблица 2 - Расход воды на собственные нужды при регенерации Н-фильтров I ступени
| № п/п | Наименование операции | Вода, реагент | Расход воды, реагентов | Время операции, мин | |
| на одну операцию, м3 | максим. часовая, м3/час | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. 2. 3. | Взрыхление со сбросом отработанных вод в резервуар поз.Е-37 Регенерация со сбросом отработанных вод в резервуар поз.Е-37 Отмывка а) сброс отработанных вод в резервуар поз.Е-37 б) сброс отработанных вод в резервуар поз.Е-34 | Кислая вода повторного использования 1,5% раствор H2SO4 3÷5% раствор H2SO4 кислая вода повторного использования осветленная вода после поз.60 (1÷6) | 130 54 90 90 | 130 90 90 90 | 30х2=60 30 20 60 60 |
Na – катионирование
Na - катионирование применяют для умягчения воды при водоподготовке путем фильтрации через слой катионита в натриевой форме. Ионы жёсткости воды Ca2+ и Mg2+ задерживаются катионитом в обмен на эквивалентное количество ионов Na2+.
Остаточная жесткость фильтрата при Na - катионировании = 5 - 10 мкг-экв/дм3.
Процесс умягчения при Na - катионировании заканчивается по наступлению проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре регенерируют. В связи с доступностью и небольшой стоимостью хлорида Na, он стал основным реагентом для восстановления фильтров с ионообменными смолами, используемых при водоподготовке. Образующиеся после восстановления поваренной солью MgCl2 и CaCl2 полностью растворяются в воде, в отличие от CaCO3, образуемом при регенерации карбонатом Na, или CaSO4 при применении сульфата Na .
Регенерацию проводят 6 - 10% раствором NaCl. Из-за относительно большой концентрации ионов Na+ в регенерационном растворе происходит замена ими поглощаемых ранее катионов Ca2+ и Mg2+.
Регенерация катионита осуществляется путем пропуска последовательно через второй и первый корпуса фильтра 8÷12%-ного раствора хлорида натрия в течение 1÷1,5ч
Таблица 3 - Расход воды на собственные нужды при регенерации Nа-фильтров
| № п/п | Наименование операции | Вода, реагент | Расход воды, реагентов | Время операции, мин | |
| на одну операцию, м3 | максим. часовая, м3/час | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. 2. 3. | Взрыхление со сбросом отработанных вод в резервуар поз.Е-37 Регенерация со сбросом отработанных вод в резервуар поз.Е-37 Отмывка сброс отработанных вод в резервуар поз.Е-37 | Осветлённая вода после поз.60 (1÷6) 8÷12% раствор NaСl осветленная вода после поз.60 (1÷6) | 130 50 80÷90 | 130 50 80÷90 | 30х2=60 60÷90 при достижении качества отмывочной воды |
Особенности Na – катионирование:
· Оптимальная эффективность регенерации
· Высокая производительность, высокие показатели умягчения воды (общая жесткость снижается до 5 мкг·экв/дм3);
· Снижение потребления реагентов до 50%;
· Уменьшение расхода воды на собственные нужды примерно вдвое и, следовательно, уменьшение в два раза количества сточных вод.
Достоинства:
- значительным преимуществом являются малые затраты на эксплуатационные расходы;
- длительный срок службы ионообменных смол при своевременной регенерации;
- достаточно простой способ регенерации системы, при котором можно использовать насыщенный раствор поваренной соли или таблетированную соль;
- доступная цена, многообразие выбора для различных нужд и потребностей;
- высокая степень умягчения жесткой воды и качество ее очистки;
- уменьшение в первоначальной воде не только солей жесткости, но и различных вредных веществ, бактерий и микроорганизмов;
- преимуществом является легкость использования и обслуживания.
Недостатки:
- экономические расходы, связанные с проведением регенерации смол высоко насыщенными растворами соли;
- выполнение требований по утилизации использованных умягчающих смол. [9].
2) ОН –анионирование первой ступени.
Из Н –катионированной воды происходит поглащение анионов сильных кислот (SO42-, Cl-, NO3-, NO2-) cзаменой эквивалентных количеством гидроксильных анионов ОН-, содержащихся в анионите. Фильтрующим материалом ОН –анионитных фильтров первой ступени является слабоосновной анионит АН – 31, МП 64
ОН –анионированная вода иметь следующие показатели: щелочность не более 0,8 ммоль/дм3, содержание анионов хлора не более 6,0 мг/дм3.
Регенерация анионита осуществляется 2- 4% раствором гидроксида натрия.
3) Декарбонизация
Декарбонизатор насадочного типа представляет собой вертикальный аппарат, в нутрии находится решетка на которую насыпается неупорядоченная насадка из колец Рашига. Очищенная вода прошедшая ионирование первой ступени стекает по насадке с верху в низ, а навстречу ей движется воздух подаваемым вентилятором. За счет того что парциальное давление углекислоты в обрабатываемой воде значительно больше чем в воздухе при соприкосновении потоков происходит переход углекислоты из воды в воздух и выбрасывается в атмосферу.
Декорбонизированная вода после декарбонизатора собирается в резервуарах декарбонизованной воды поз.Е9. с содержанием свободной углекислоты в пределах 4-10 мг/л Декорбонизированная вода из резервуара поз.Е9 подается насосом позиции Н-7 на вторую ступень обессоливания, и насосом поз.Н-11 подаеться цехам потребителям (цеха 5,ННС, 3а, аргон)
4) Н –катионирование второй ступени
Н –катионитные фильтры второй ступени поз.Ф10 предназначены для поглощения всех катионов, как прошедших при обработке воды на Н – фильтрах первой ступени.
Н+(кат.) + NaHCO3 = Na+ (кат.)+ CO2 + H2O
2H+ (кат.)+ NaHSiO3 = 2Na+ (кат.)+ H2SiO3
H+ (кат.)+ NaCl = Na+ (кат.)+ HCl
При содержании ионов натрия в фильтрате более 2,3мг/дм3 его отключают на регенерацию. Регенерация катионита осуществляется путем пропускания сверху вниз через фильтрующий материал 3% раствор серной кислоты.
Н –катионированная вода второй ступени должна отвечать следующим показателям: жесткость н/б 0,005 ммоль/дм3, кислотность н/б 0,05 ммоль/дм3, солесодержание не более 6 мг/дм3, содержание ионов натрия не более 2,3 мг/дм3, рН 2,5-5.
5) ОН –анионирование второй ступени
Анионитные фильтры второй ступени поз.Ф11 служат барьерами для улавливания анионов хлора и кремнекислоты. В качестве фильтрующего материала используется сильноосновной анионит АВ – 17 – 8.
Процессы, протекающие при ОН –анионировании второй ступени:
- извлечение остатков анионов сильных кислотSO42- и Cl- ;
- извлечение анионов угольной кислоты;
- обескремнивание воды.
ОН –анионированная вода собирается в коллектор и направляется на всас насосов поз.Н12 и в резеруар обессоленной вобы поз.Е10 должна иметь щелочность не более 0,15 ммоль/дм3, содержание анионов кремниевой кислоты не более 0,15 мг/дм3, жесткость не более 0,005ммоль/дм3, солесодержание не более 6 мг/дм3.
При содержания кремниевой кислоты в фильтрате более 0.15мг/дм3, фильтр выводится на регенерацию, которая производится 4% раствором гидроксида натрия [10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Цель работы – повышение эффективности процесса обессоливания речной воды без перерасхода реагента достигнута. Для достижения поставленной цели был заменен раствор серной кислоты на раствор поваренной соли.
Предлагаемое мероприятие приведет к увеличению производительности при меньших затратах на регенерирующие материалы.
При изучении литературных источников был выбран наиболее выгодный способ получения обессоленной воды.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике / Гужулев Э.П.[и др.] - Учеб. Пособие. – Омск: ОмГТУ, 2005. – 384 с.
2. Водоподготовка:учеб. пособие для вузов / Громогласов А.А.[и др.] – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 272 с.
3. Красильников М.Д. Противоточная технология обработки воды // Вода и Экология.– 2005. – №2. – C. 39-41.
4. Технологии мембранного разделения в промышленной водоподготовке/Пантелеев А.А.[и др.] – М.: ДеЛи плюс, 2012. – 429 с.
5. Фейзиев Г.К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды. Производственное издание.– М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.
6. Постоянный технологический регламент химводоподготовки.- Березники: АО «Азот» , 2015.- 302 с.
7. Способ очистки фильтров обратного осмоса растворами экологически безопасных комплексов: пат. 2636712. Рос. Федерация /Волчкова Е.С., НикольскийВ.М.,№2016149875/05;заявл.20.12.2016;опубл. 27.11.2017.Бюл. №33
8. Способ водоподготовки: пат. 2606779 Рос. Федерация/Новиков А.Е.[и др.] №2015136412; заявл. 27.08.2015; опубл. 10.01.2017. Бюл №1
9. Способ водоподготовки: пат.2316479 Рос. Федерация/Р.Х. Хамизов, М.А. Конов, №2006109498/15; заявл. 27.03.2006; опубл.10.02.2008 Бюл.№4
10. Способ водоподготовки: пат.2016112786 Рос. Федерация/Максимов П.В.,[и др.] №2016112786; заявл. 04.04.2016; опубл.09.10.2017 Бюл.№28
Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!