Очистка воды на ионитных фильтрах

CЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ»

Тема: «ОЧИСТКА ВОДЫ НА ИОНИТНЫХ ФИЛЬТРАХ»

Выполнил: Студент заочного отделения Электротехнического Факультета ЭСЭ-21 В Левицкий П.В.

Севастополь

ПЛАН

1. ВИДЫ ФИЛЬТРОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ

1.1 Фильтры ФИПа, ионитные параллельноточные первой ступени

1.1.1 Назначение

1.1.2 Описание конструкции

1.1.3 Материалы

1.2 Фильтры ионитные параллельно-точные второй ступени

1.3 Фильтр ФИПр, ионитный противоточный

1.4 Фильтры ионитные смешанного действия

2. НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ИОНИТНЫХ ФИЛЬТРА

2.1 Натрий-катионитный метод умягчения воды

2.2 Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды

2.3 Опреснение и обессоливание воды

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вода — это великая ценность, которую человек получил в дар от природы. Ее надо оберегать и уметь рационально использовать. Потребление некачественной воды может нанести непоправимый вред здоровью человека. Что касается неочищенной воды технического назначения, примеси, содержащиеся в ней, разрушают бытовые приборы, сантехнику. Накипь и осадок в конечном итоге приводят к выходу из строя трубопроводов и повышению расхода топлива. Чтобы сделать воду пригодной для применения в быту и промышленности, ее необходимо предварительно подготавливать с помощью оборудования для очистки воды.

Способов, которыми можно очистить воду, существует несколько. В каждом конкретном случае необходимо знать от чего придется чистить воду. Это можно выяснить с помощью анализа воды.

ИОНИТЫ (ионообменники) — твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы с ионами внешней среды (ионный обмен).

ИОННЫЙ ОБМЕН — обратимая химическая реакция, при которой происходит обмен ионами между твердым веществом (ионитом) и раствором электролита либо между различными электролитами, находящимися в растворе. Ионный обмен применяют для обессоливания воды, в гидрометаллургии, в хроматографии.

ИОНИТЫ подразделяются на аниониты и катиониты, обменивающие соответственно отрицательно или положительно заряженные ионы, и амфолиты, способные обменивать одновременно те и другие ионы. Наиболее распространены синтетические органические иониты — ионообменные смолы. ИОНООБМЕННЫЕ СМОЛЫсинтетические органические иониты. Смолы, обменивающие с ионами внешней среды отрицательно заряженные ионы, называются анионообменными, положительно заряженные ионы — катионообменными, а одновременно ионы того и другого знака — полиамфолитами. Получают полимеризацией или поликонденсацией органических соединений, а также путем химических превращений готовых полимеров. Широко распространены ионообменные смолы на основе сополимеров стирола с дивинилбензолом, феноло-формальдегидных смол, полиаминов.

Из неорганических ионитов важны природные и синтетические алюмосиликаты, гидроксиды и соли поливалентных металлов. Применяются главным образом для умягчения и деминерализации воды, а также извлечения из растворов следов металлов, очистки сахарных сиропов, лекарств и многих др.

АЛЮМОСИЛИКАТЫ — группа породообразующих минералов класса силикатов; алюмокремниевых соединений с катионами щелочных металлов (полевые шпаты, слюды, минералы глин и др.).

Ионитные параллельно-точные фильтры предназначены для умягчения и обессоливания природных вод. Изготавливаются ионообменные фильтры с нижним распределительным устройством на бетонном основании или копирующего типа из нержавеющей стали. Фильтры диаметром 0,7; 1,0; 1,4; 1,5 м могут быть изготовлены с устройством нижним сборно-распределительным «ложное днище», укомплектованным нержавеющими щелевыми колпачками типа ФЭЛ. Верхнее распределительное устройство ВРУ изготовлено из двух перфорированных стаканов вставленных друг в друга. Ионитные противоточные фильтры для технологии с гидравлическим зажатием слоев изготавливаются с устройствами сборно-распределительными из нержавеющей стали. Корпус может иметь фланцевый разъем для удобства и безопасности нанесения противокоррозионного покрытия. В этих фильтрах зажатие слоя ионита производится через среднее и верхнее сборно-распределительное устройства за счет направления части отработанного регенерационного раствора или подачи исходной воды по контуру рециркуляции.

1. ВИДЫ ФИЛЬТРОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРОЕНИЯ

Ионитные фильтры классифицируются в зависимости от принципа действия, а также от целей, преследуемых при прохождении воды через них.

1.1 Фильтры ФИПа, ионитные параллельно-точные первой ступени

1.1.1 Назначение

Фильтры ионитные параллельно-точные первой ступени используются на водоподготовительных установках электростанций, промышленных и отопительных котельных и предназначены для обработки воды с целью удаления из нее катионов накипеобразователей (Ca2+ и Mg2+) в процессе натрий-водородили аммоний-натрий-катионирования, а также сульфатных, хлоридных и нитратных анионов в процессе обессоливания природных вод. Фильтры ионитные параллельно-точные первой ступени для водород-катионирования предназначены для замены катионов Са-, Мg2+ и Nа+ исходной воды на катионы Р+ в схемах умягчения и химического обессоливания воды, используются на водоподготовительных установках промышленных и отопительных котельных. Загрузка ионитных фильтров ФИПа — сульфоуголь, катионит Ку-2,

1.1.2 Описание конструкции

Ионитные параллельно-точные фильтры первой ступени состоят из корпуса, нижнего и верхнего распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры и пробоотборных устройств. Корпуса фильтров цилиндрические, сварные из листовой стали, с приваренными эллиптическими штампованными днищами. К нижнему днищу приварены три опоры для установки фильтров. В центре верхнего и нижнего днищ фильтров приварены фланцы, к которым снаружи по фронту фильтра присоединяют трубопроводы, а внутри — устройства-распределители. Верхнее распределительное устройство типа «стакан в стакане» состоит из перфорированных труб, одна из которых вставлена в другую, нижний конец их заглушен. Верхний конец внутренней трубы соединен с подающей трубой, наружная труба снизу соединена с внутренней трубой, а верхним концом упирается в эллиптическое днище. В фильтрах диаметром до 1,5 м нижнее сборно-распределительное устройство изготавливается двух видов: «ложное днище» или «копирующего типа». В фильтрах диаметром 2,0 м до 3,0 м нижнее сборно-распределительное устройство-" копирующего_типа". Фильтры ФИПаI 1,5−0,6; ФИПаI 2,0−0,6; ФИПаI 2,6−0,6 имеют нижнее распределительное устройство копирующего типа-" паук". 1.1.3. Материалы.

Копрус фильтра изготовлен из углеродистой стали и приспособлен для нанесения противокоррозионного покрытия. Трубопроводы внешней обвязкииз углеродистой стали для Na — катионитовых фильтров и из нержавеющей стали для H-OH — ионирования. Верхнее и нижнее сборно-распределительное устройство и щелевые колпачки типа ФЭЛиз нержавеющей стали.

1.2 Фильтры ионитные параллельно-точные второй ступени

Фильтры ионитные параллельно-точные второй ступени предназначены для работы в различных схемах установок глубокого и полного химического обессоливания для второй и третьей ступени натрий-катионирования, водород-катионирования и анионирования и используются на водоподготовительных установках электростанций, промышленных и отопительных котельных. При использовании данных фильтров в схемах глубокого обессоливания из воды удаляются практически все катионы и анионы, за исключением кремниевой кислоты, а при использовании в схемах полного химического обессоливания удаляется и кремниевая кислота.

1.3 Фильтр ФИПр, ионитный противоточный

Фильтры ионитные противоточные ФИПр предназначены для использования в составе установок обессоливания или умягчения воды на водоподготовительных системах электростанций, промышленных и отопительных котельных. Загрузка ионитных фильтров ФИПр — сульфоуголь, катионит Ку-2,

Стоит обратить внимание на описание противоточного фильтра, так как противоточная технология ионирования — реальный путь к экономии средств, реагентов и воды на собственные нужды.

Очистка воды в теплоэнергетике — весьма ответственна и высокозатратна. На водоподготовительных ионообменных установках тепловых станций, отопительных и промышленных котельных актуальным является вопрос снижения удельных расходов реагентов на регенерацию, ионитов, сокращения расходов воды на собственные нужды и уменьшение солевых стоков. Одним из наиболее эффективных способов решения этой проблемы на сегодня является переход на противоточную технологию ионирования. Положительные особенности противоточной схемы ионирования:

· Сокращение расходов реагентов в 1,5−2 раза; Сокращение расходов воды на собственные нужды — в 2 раза; Сокращение количества фильтрующего материала — в 1,5 раза; Уменьшение объема солевых стоков — в 1,5 раза. Уменьшение числа работающих фильтров

Кроме того, увеличивается единичная производительность фильтров: например, фильтр диаметром 3000 мм может работать с производительностью 250−280 м³/час и давать необходимое количество воды в одну ступень.

1.4 Фильтры ионитные смешанного действия

Фильтры ионитные смешанного действия с внутренней и наружной (выносной) регенерацией ионитов предназначены для глубокого обессоливания и обескремниевания турбинного конденсата и добавочной воды. Фильтрование конденсата и добавочной воды осуществляется через слой перемешанных зерен Н-катионита и ОН-анионита. Фильтры смешанного действия используются на электростанциях в составе водоподготовительных установок для обработки добавочной воды и в составе конденсатоочисток.

2. НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ИОНИТНЫХ ФИЛЬТРАХ

2.1 Натрий-катионитный метод умягчения воды

Натрий-катионитный метод следует применять для умягчения подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5−8 мг/л и цветностью не более 30 град. При натрий-катионировании щелочность воды не изменяется. При одноступенчатом натрий-катионировании общая жесткость воды может быть снижена до 0,05−0,1 г-экв/куб.м, при двухступенчатом — до 0,01 г-экв/куб.м. Объем катионита W (к), куб. м, в фильтрах первой ступени следует определять по формуле где q (у) — расход умягченной воды, куб. м/ч; Ж (о.исх) — общая жесткость исходной воды, г-экв/куб.м; - рабочая обменная емкость катионита при натрий-катионировании; г-экв/куб.м; n (р) — число регенераций каждого фильтра в сутки, принимаемое в пределах от одной до трех.

Скорость фильтрования воды через катионит для напорных фильтров первой ступени при нормальном режиме не должна превышать при общей жесткости воды: до 5 г-экв/куб.м — 25 м/ч; 5−10 г-экв/куб.м — 15 м/ч;

Натрий-катионитные фильтры второй ступени следует рассчитывать принимая высоту слоя катионита — 1,5 м; скорость фильтрования — не более 40 м/ч; удельный расход соли для регенерации катионита в фильтрах второй ступени 300−400 г на 1 г-экв задержанных катионов жесткости; онцентрацию регенерационного раствора — 8−12%.-15 г-экв/куб.м — 10 м/ч.

При обосновании для умягчения воды повышенной минерализации допускается применение схем противоточного или ступенчато-противоточного натрий-катионирования.

2.2 Водород-натрий-катионитный метод умягчения воды

Водород-натрий-катионитный метод следует принимать для удаления из воды катионов жесткости (кальция и магния) и одновременного снижения щелочности воды. Этот метод следует применять для обработки подземных вод и вод поверхностных источников с мутностью не более 5−8 мг/л и цветностью не более 30 град.

Умягчение воды надлежит принимать по схемам: параллельного водород-натрий-катионирования, позволяющего получить фильтрат общей жесткостью 0,1 г-экв/куб.м с остаточной щелочностью 0,4 г-экв/куб.м; при этом суммарное содержание хлоридов и сульфатов в исходной воде должно быть не более 4 г-экв/куб.м и натрия не более 2 г-экв/куб.м. и последовательного водород-натрий-катионирования с «голодной» регенерацией водород-катионитных фильтров; при этом общая жесткость фильтрата составит 0,01 г-экв/куб.м, щелочность — 0,7 г-экв/куб.м; и водород-катионирования с " голодной" регенерацией и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся катионитные фильтры; при этом общая жесткость фильтрата будет на 0,7−1,5 г-экв/куб.м выше некарбонатной жесткости исходной воды, щелочность фильтрата — 0,7−1,5 г-экв/куб.м.

Катионитные буферные фильтры допускается не предусматривать, если не требуется поддержания остаточной жесткости, щелочности и рН в строго определенных пределах.

Следует предусматривать возможность регенерации буферных фильтров раствором технической поваренной соли.

Объем катионита W (н), куб. м, в водород-катионитных фильтрах следует определять по формуле

Объем катионита W (Na), куб. м, в натрий-катионитных фильтрах следует определять по формуле где Ж (o) — общая жесткость умягченной воды, г-экв/куб.м; n (p) — число регенераций каждого фильтра в сутки. — рабочая обменная емкость водород-катионита, г-экв/куб.м; рабочая обменная емкость натрий-катионита, г-экв/куб.м; С (Na) — концентрация в воде натрия, г-экв/куб.м.

Отработавшие регенерационные растворы ионитных умягчительных установок в зависимости от местных условий следует направлять в накопители, бытовую или производственную канализацию; надлежит также рассматривать возможность обработки концентрированной части вод для их повторного использования. Отработавшие растворы перед сбросом в канализацию после усреднения надлежит при необходимости нейтрализовать. При этом получающиеся осадки карбоната кальция и двуокиси магния следует выделять отстаиванием и направлять в накопитель.

2.3 Опреснение и обессоливание воды

Ионный обмен

Обессоливание воды ионным обменом следует производить при общем солесодержании воды до 1500−2000 мг/л и суммарном содержании хлоридов и сульфатов не более 5 мг-экв/л. Вода, подаваемая на ионитные фильтры, должна содержать, не более: взвешенных веществ — 8 мг/л, цветность — 30° и перманганатную окисляемость — 7 мг О/л. Вода, не отвечающая этим требованиям, должна предварительно обрабатываться. Обессоливание воды ионным обменом по одноступенчатой схеме надлежит предусматривать последовательным фильтрованием через водород-катионит и слабоосновный анионит с последующим удалением двуокиси углерода из воды на дегазаторах. Солесодержание воды, обработанной по одноступенчатой схеме, должно составлять не более 20 мг/л (удельная электропроводность — 35−45 мкОм/см), содержание кремния при этом не снижается. При двухступенчатой схеме обессоливания воды следует предусматривать: водород-катионитные фильтры первой ступени; анионитные фильтры первой ступени, загруженные слабоосновным анионитом; водород-катионитные фильтры второй ступени; дегазаторы для удаления двуокиси углерода; анионитные фильтры второй ступени, загруженные сильноосновным анионитом для удаления кремниевой кислоты. Солесодержание воды, обработанной по двухступенчатой схеме, должно быть не более 0,5 мг/л (удельная электропроводность 1,6 — 1,8 мкОм/см) и содержание кремнекислоты — не более 0,1 мг/л. При трехступенчатой схеме обессоливания воды, предусматрена третья ступень фильтров со смешанной загрузкой, состоящей из высококислотного катионита и высокоосновного анионита (ФСД). Солесодержание воды, обработанной по трехступенчатой схеме, не должно превышать 0,1 мг/л (удельная электропроводность 0,3 — 0,4 мкОм/см) и содержание кремнекислоты не более 0,02 мг/л.

3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективные направления.

А)Сегодня ионитные фильтры нашли широкое применение. В этой области ведётся большая научная работа, в частности изобретён новый способ регенерации ионитных фильтров, что позволяет повысить экономичность способа. Способ регенерации включает взрыхление промывочной водой слоя ионита и блокирующего слоя, периодическую подачу раствора реагента через слой ионита и гидравлическое зажатие блокирующего слоя локальными потоками, осуществляемое поочередной подачей исходной воды и раствора реагента со скоростью движения локального потока раствора реагента в блокирующем слое, определяемой по формуле, где v_дл — скорость движения локального потока; V_осн — скорость движения раствора реагента в слое ионита; л — коэффициент равный 4−5; h_дл и h_осн— - высота соответственно блокирующего и основного слоев.

Б)Одна из тенденций современного рынка ионообменных смол — вытеснение полидисперсных смол монодисперсными. Существуют новые разработки на основе технологии UPCORE. К ним следует отнести использование в катионитном фильтре дополнительного слоя крупнозернистого сополимерастирола и дивинилбензола, располагаемого над слоем катионита, что позволяет: использовать более высокие скорости фильтрации и защитить катиониты от загрязнений.

В) Разработана новая технология ионного обмена для получения глубокообессоленной воды — Multrex. Применяя обычную схему H-OH c противоточной регенерацией, можно получить частично обессоленную воду с проводимостью 0,8−2,0 мкСм/см, после чего используются фильтры смешанного действия для получения глубокообессоленной воды качеством 0,2−0,5 мкСм/см. Вода, получаемая потехнологии Multrex, обладает электропроводностью 0,06−0,1 мкСм/см. Новшества системы — использование Н-катионитового фильтра в качестве полировочного для получения глубокообессоленной воды и автоматическая гидроперегрузка полированного слоя смолы в этот фильтр после каждой регенерации ионитной цепочки. Этим достигается высококачественная и экономичная регенерация полировочного фильтра. В России уже используются системы с полировочным Н-фильтром, но без выносной регенерации, а эта технология успешно эксплуатируется на нескольких заводах химической промышленности в Румынии на протяжении 4 лет.