Решение задачи 8.12 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Решение задачи 8.12 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

8.12. В батарею из трех отстойников противоточного действия, объемом по 7 м³ каждый, поступают 2 т раствора NаОН в 1 м³ воды вместе с осадком СаСО₃ и отбираются 6 м³ прозрачного концентри­рованного раствора на выпарку. С другой стороны, в батарею подается в качестве растворителя 6 м³ чистой воды на 2000 кг NаОН. Осадок СаСО₃ при переходе со ступени на ступень и при удалении из батареи удерживает 1 м³ раствора. Определить: а) количество NаОН в шламе; б) степень извлечения NаОН; в) процентное содержание NаОН в растворе, поступающем на выпарку.

Купить эту задачу за 300 рублей онлайн

Прошу обратить внимание, что при покупке решений задач по ПАХТ на сайте 

Вам в почту приходит не сам файл решения, а ссылка на файл решения, который нужно скачать по этой ссылке СНАЧАЛА НА ЖЕСТКИЙ ДИСК своего компьютера.

Открывать и просматривать решения задач нужно с жесткого диска своего компьютера.

Файл решения приходит к Вам в трёх вариантах:

1 - ссылка - это формат ПДФ.

2 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ворде.

3 - ссылка - это архив, который нужно распаковать и уже там будет решение в ПДФ.

Если у Вас нет опыта оплаты и получения заказа через платежную систему «Робокасса», то Вы можете посмотреть видеролик на этой странице, где эта процедура подробно рассмотрена.

Если у Вас возникли вопросы и что-то не получается

Вы всегда можете задать вопрос через форму обратной связи задать вопрос

Анализ технологий известных в промышленности, научно-технической и патентной литературе
Многообразие примесей в природной воде служит причиной того, что очистка
воды организуется в несколько этапов на водоподготовительной установке
1.1 Предварительная очистка воды
Обработка поверхностных природных вод начинается с очистки их от грубодисперсных и коллоидных примесей, которые могут явиться причиной образования вторичной накипи на поверхностях нагрева, ухудшения качества пара и загрязнения ионитовых материалов. Предварительная очистка производится двумя основными способами: дистилляцией воды и коагуляцией. Решение задачи 8.12 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
1.2 Очистка дистилляцией
Лучшим и наиболее универсальным методом предварительной очистки воды является ее дистилляция. Однако для получения больших объемов воды дистилляция становится технически невыгодной из-за значительных энергетических затрат, расхода воды на охлаждение конденсата и из-за трудностей утилизации отходящего тепла. При дистилляции основная часть органических примесей остается в «маточнике». Дистиллят практически свободен от гуминовых (органических) кислот, но освободить воду от таких летучих веществ, как сложные эфиры и карбоновые кислоты, методом дистилляции невозможно. /7/
1.3 0чистка с помощью минеральных коагулянтов
Для полного осветления воды, содержащей коллоидно-дисперсные вещества, необходимо укрупнение их частиц, которое достигается их коагулированном. Коагулированием называется технологический процесс обработки воды реагентами, который завершается коагуляцией ее коллоидных примесей. Коагуляция является физико-химическим процессом слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсных хлопьев, выпадающих в осадок и удаляемых из воды осаждением их в осветлителях или фильтрованием в осветительных фильтрах. Применение осветительных фильтров возможно только при незначительном содержании в воде грубодисперсных примесей. Поэтому обычно применяется двухступенчатое осветление воды:
1.Коагулирование и задерживание взвеси в осветлителе со снижением ее содержания до 8-12 мг/кг
2.Последующее глубокое осветление фильтрованием коагулированной воды, содержащей тонкодисперсную взвесь, не успевшую осесть в осветлителях.
В результате процессов коагулирования и осветления увеличивается прозрачность воды, снижается ее окисляемость и происходит обесцвечивание. При правильно налаженных режимах коагуляции воды удаляется примерно 60-80% органических веществ.
На водоподготовительных установках (ВПУ) в качестве коагулянтов применяют сульфат железа FеS04*7H2O и сульфат алюминия А12(S04)3*18Н20, дозируемые в обрабатываемую воду в виде разбавленных растворов концентрацией 5-10%.
Процесс коагуляции имеет две стадии: скрытую и явную. На скрытой стадии происходят формирование коллоидного раствора гидрооксидов АI или Fе 3+ и образование микро хлопьев. Именно на этой стадии коагуляции вода в основном и очищается от первичных коллоидных примесей. А затем на второй стадии процесса образуются крупные хлопья (флокулы) размером 1-3 мм, которые, обладая высокой сорбционной способностью, могут дополнительно извлекать примеси из воды. /9/
Интенсификация процесса коагуляции достигается при применении флокулянтов. В настоящее время в г. Перми немецкой фирмой «Штокхаузен» налажено производство твердого флокулянта типа Праестол-2530. Флокулянты – это вещества, ускоряющие слипание коллоидных частиц, укрупняющие хлопья шлама и тем самым улучшающие осветление воды. Флокулянты по своему составу подразделяются на минеральные и органические. В нашей стране широко применяются органические флокулянты – Праестол-2530, ПАА ит.д.
Флокулянт Праестол-2530 является высокоэффективным флокулянтом нового поколения В батарею из трех отстойников противоточного действия, объемом по 7 м3 каждый, поступают 2 т раствора NаОН в 1 м3 воды вместе с осадком СаСО3 и отбираются 6 м3 прозрачного концентри¬рованного раствора на выпарку. С другой стороны, в батарею подается в качестве растворителя 6 м3 чистой воды на 2000 кг NаОН. Осадок СаСО3 при переходе со ступени на ступень и при удалении из батареи удерживает 1 м3 раствора. Определить: а) количество NаОН в шламе; б) степень извлечения NаОН; в) процентное содержание NаОН в растворе, поступающем на выпарку
Механизм действия Праестола-2530 заключается в том, что многие ионогенные окончания каждой его молекулы адсорбируют различные микрочастицы, образующиеся при коагуляции. Каждая взвешенная частица может адсорбироваться несколькими молекулами флокулянта, в результате чего образуются крупные сконструированные легко осаждаемые системы в виде хлопьев. /9/
1.4 0бессоливание воды
Вода, прошедшая предочистку, практически не содержит в себе грубодисперсных примесей и в значительной степени освобождена от коллоидных. Однако основная часть примесей в истинно растворенном состоянии остается в воде и должна быть удалена из нее. В настоящее время для этого применяется ионный обмен, а также мембранные и термические методы.
1.4.1 Сущность ионного обмена
Обработка воды методом ионообмена основана на способности некоторых, практически не растворимых в воде органических материалов- ионитов вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями, сортируя из обрабатываемой воды определенные ионы и отдавая в воду эквивалентное количество обменных ионов ионита, которыми ионит насыщается при регенерации. Если обменный ион-катион, то ионит называется катионитом, если анион-анионитом,
Способность ионитов к ионному обмену объясняется их специфической структурой, состоящей из нерастворимой в воде молекулярной сетки, к отдельным местам которой на поверхности и внутри ее массы присоединены химически активные функциональные группы атомов ионита. С электрохимической точки зрения каждая молекула ионита является своеобразным твердым электролитом. В результате электрохимической диссоциации ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмосфера, представляющая собой ограниченное вокруг молекул ионита пространство, в котором находятся подвижные и способные к обмену ионы.
В зависимости от химического состава катиониты подразделяются на сильнокислотные, содержащие активные сульфогруппы и слабо кислотные, содержащие в основном карбоксильные активные группы. Сильнокислотные катиониты способны к активному обмену в любой среде, слабокислотные -только в щелочной.
Сильнокислотный катионит (АМБЕРЛАЙТ IR 120Н ) представляет собой смолу гелевого типа на основе сульфонированного сополимера стирола и дивинилбензола. Она используется для обессоливания воды (в Н+ форме) в установках с противоточной регенерацией. Ее основными характеристиками являются превосходная физическая и химическая стабильность и термостойкость, хорошая ионообменная кинетика и высокая обменная емкость. Из-за различной активности ионов поглощение их ионитами происходит избирательно. Более активные к адсорбции ионы способны вытеснять из ионов менее активно поглощаемые. Решение задачи 8.12 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Для сильнокислотных катионитов справедлив так называемый ряд селективности поглощения:
Са+2>Мg+2>К+>NН4+>Nа+
В данном ряду каждый предыдущий катион более активно поглощается катионитом, чем последующий. По мере истощения катионита катион Са2+, содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснить катион Nа+, ранее поглощенный катионитом. Проскок катиона Nа+ в фильтрат служит сигналом к началу регенерации.
В батарею из трех отстойников противоточного действия, объемом по 7 м3 каждый, поступают 2 т раствора NаОН в 1 м3 воды вместе с осадком СаСО3 и отбираются 6 м3 прозрачного концентри-рованного раствора на выпарку. С другой стороны, в батарею подается в качестве растворителя 6 м3 чистой воды на 2000 кг NаОН. Осадок СаСО3 при переходе со ступени на ступень и при удалении из батареи удерживает 1 м3 раствора. Определить: а) количество NаОН в шламе; б) степень извлечения NаОН; в) процентное содержание NаОН в растворе, поступающем на выпарку
Свойства применяемых в технике катионов таковы, что в их состав могут быть введены разные обменные катионы, однако для практики водоподготовки важными являются только два катиона: натрий (Nа+) и водород (Н+). В зависимости от того, какой катион в данном катионите является обменным, различают натрий-катионит (Nа+К") и водород катионит (H-К ), где символ К" обозначает нерастворимый в воде сложный радикал катионита, играющий условно роль одновалентного аниона. Процессы обработки воды перечисленными катионитами соответственно называются Nа-катионированием и Н-катионированием. Основным недостатком натрий-катионирования является превращение карбонатной жесткости воды в бикарбонат натрия, обуславливающий высокую натриевую щелочность котловой воды, так как в парогенераторе бикарбонат натрия превращается в карбонат и гидроокись натрия. Этот недостаток может быть устранен, если ионообменный материал вместо катиона натрия «заряжать» катион водорода, для чего истощенный ионит регенерируют раствором какой-либо кислоты.
Аниониты содержат химически активные функциональные аминогруппы. В зависимости от характера активных групп различают слабоосновные аниониты, содержащие в своем составе в качестве активных групп вторичные и третичные аминогруппы (АН-31) и сильноосновные аниониты, содержащие в качестве активных групп четвертичные аминогруппы (АВ-17-8).
Слабоосновные аниониты способны к обмену анионитов только в кислой воде, т.е. способны обменивать свой обменный анион ОН- на иониты анионы сильных кислот S042-, NO3,CI-.
Анионы слабых кислот Н 2SiO 3 и др. не вступают в реакцию со слабоосновными анионитами.
Для слабоосновных анионитов (АН-31) ряд селективности анионов выглядит так:
ОН - > S0 42- > NОз- > С1-
При истощении слабоосновных анионитов первыми в фильтрат проскакивают ионы СI -.Сильноосновные аниониты (АВ-17-8) способны к реакциям обмена в любой среде, т.е. способны извлекать из воды анионы как сильных, так и слабых кислот. Сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных, поэтому применяются главным образом, для поглощения анионов кремниевой кислоты.
Для сильноосновных анионитов справедлив ряд селективности:
NO 3- > CI - > HCO3 - > HsiO 3- > OH-
При истощении сильноосновных анионитов первыми в фильтрат проскакивают анионы кремнекислоты.
Продолжительность рабочего цикла ионитных фильтров определяется обменной емкостью ионита, то есть способностью его к ионному обмену. После использования до заданного предела обменной емкости ионита необходимо восстановление его работоспособности путем удаления задержанных ионов из ионита.
Фильтроцикл ионитного фильтра сводится к последовательному проведению следующих операций: фильтрация, взрыхление, регенерация и отмывка. По мере фильтрования воды через слой ионита все большая часть обменных и
основных активных групп замещается ионами, поглощенными из воды. Истощение ионита происходит послойно. Когда обменная емкость ионита исчерпана, то все обменные ионы его активных групп замещены соответствующими ионами солей, поглощенных из воды.
Регенерация ионита - это обратное замещение ионов солей, поглощенных из воды, на обменные ионы, содержащиеся в регенерационном растворе.
Операции взрыхления, регенерации, отмывки являются операциями по восстановлению ионообменной способности ионита.
1.4.2 Схемы обессоливающих установок
Для подготовки обессоленной воды применяется последовательное осуществление процессов Н-катионирования и ОН-анионирования. По степени удаления ионов при очистке воды различают частичное, глубокое и полное химическое обессоливание воды. Частичное обессоливание воды
При частичном обессоливании достигается полное удаление всех катионов и частичное удаление ионов НСОз и СI. В ОН-анионитовом фильтре ионы слабых кислот не задерживаются, так как в схеме применяется слабоосновной анионит. Щелочность фильтрата, полученного по этой схеме очистки воды, составляет 0,2-0,8 мг-экв/кг. По этой схеме вода, очищенная от основной части органических примесей на стадии предварительной очистки, проходит последовательно через катионо- и анионообменные фильтры. При контакте воды с катионитом в Н-форме происходит обмен катионов, растворенных в воде солей на Н-ионы, при этом растворенные в воде соли образуют соответствующие кислоты:
Ca(Mg)HCO 3+2H +R -=Ca 2+(Mg 2+)R -+H2O+CO2
Ca(Mg)SO 4+2H +R -=Ca 2+(Mg 2+)R -+H2SO4
Ca(Mg)CI -+2H +R -=Ca 2+(Mg 2+)R -+2HCI
K +(NH +4, Na +)CI -+2H +R -=Ca 2+(Mg 2+)R -+HCI
Na+ 2 SiO2-3+ 2H +R -=2H 2SiO 3+2Na +R -
Н +R -- работоспособный катионит
Сa2+R-2, K+R-, NH4+R-, Na+R-, Mg+R- - истощенный катионит .
Воду, прошедшую через катионитовый фильтр, называют Н-катионированной водой. При ее контакте с анионитом в ОН-форме происходит сорбция анионитом анионов сильных кислот:
R+OH-+HCI=R+CI-+H2O
2R+OH-+H2SO4=R +2SO 2-4+H2O
R+OH-+HNO3=R+NO 3-+H2O
R+OH-+HNO2=R+NO 2-+H2O,
где R +ОН- - условное обозначение ОН-анионита, способного к реакциям ионного обмена.
R+CI-, R+SO 42-, R+NO3-, R+NO2- - истощенный анионит.
Образовавшийся при Н-катионировании диоксид углерода предварительно удаляют из воды аэрацией. Этот процесс называют декарбонизацией.
Первая ступень обессоливания предназначена для сорбции из воды большей части солей (95-99%), преимущественно катионов двухвалентных металлов и анионов сильных кислот.
После истощения емкости поглощения Н-катионитовые противоточные фильтры регенерируют кислотой
Ca2+R2+H2SO4=2H+R-+CaSO4
2Nа+R- +H2SO4 =2H +R -+Na 2 SO 4
Mg2+R-2+ H2SO4=2H +R-+MgSO4
Ca2+R-, Na+R-, Mg2+R- - истощенный катионит
H+R-- отрегенерированый работоспособный катионит
Анионитовые фильтры регенерируют раствором щелочи:
R+CI-+NaOH=R+OH-+NaCI
R+2SO42-+NaOH=2R+OH-+Na2SO4
R+NO3-+NaOH=R+OH-+NaNO3
R+NO2-+NaOH=R+OH-+NaNO2, где
R+OH - отрегенерировенный работоспособный анианит
R+CI-, R+2SO42-, R+NO3-, R+NO2 - истощенный анионит
Обессоливание воды
При химическом обессоливании наряду с двумя ступенями Н-катионирования применяют две ступени ОН-анионирования, причем первая ступень- слабоосновной анионит, а вторая- сильноосновной анионит. Н-катионитовые фильтры отключаются по проскоку ионов Nа+. На первой ступени анионирования происходит удаление анионов сильных кислот, а на второй -анионов слабых кислот ( НСОз- ,НSiO3- ). Отключение анионитных фильтров 1-й ступени осуществляется по проскоку ионов хлора, а вторая ступень- по проскоку ионов кремниевой кислоты. Решение задачи 8.12 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
При работе по этой схеме вода, прошедшая первую ступень обессоливания (Н и ОН-ионитные фильтры 1-й ступени) и декарбонизацию поступает на вторую ступень обессоливания. Вторая ступень обессоливания предназначена для удаления катионов, натрия и анионов кремниевой и угольной кислот. Ее осуществляют на последовательно соединенных фильтрах с сильнокислотным катионитом и с сильноосновным анионитом.
Процессы, протекающие при прохождении воды через сильнокислотный катионит (КУ-2-8) при Н-катионировании 2-й ступени:
Nа+НСОз- +2H+R- = Nа+ R- + Н 20 + CO2
Na+R-+ H+R-=Na+R-+ HCI
Na 2SiO 3+2H+R -= Na+R -+H2SiO3, где
H+R- -работоспособный катионит
Na+R- -истощенный катионит
При пропускании Н-катионированной воды 2-й ступени через слой анионита АВ-17-8 происходят следующие процессы:
-извлечение остатков анионов сильных кислот S0 2-4 и СI-
R+OH-+HCI=R+CI-+H2O
2R+OH-+H2SO4=R2+SO42-+H2O
-извлечение анионов угольной кислоты
R+OH-+H2CO3=R+HCO3-+H2O
-обескремнивание воды
R+OH-+H2SiO3=R+HSiO3-+H2O, где
R+OH- - условное обозначение ОН-анионита, способного к реакциям ионного обмена.
R+CI , R2+SO42-, R+HCO3-, R+HSiO3- - истощенный анионит.
После истощения емкости поглощения Н-катионитовые фильтры 2-й ступени регенерируют кислотой:
2Nа+R -+H 2S O4=2H+R-+ Na 2 SO 4, где
Nа+R- - истощенный катионит
H +R - -отрегенерированый работоспособный катионит
ОН-анионитовые фильтры 2-й ступени - раствором щелочи:
R+CI-+NaOH=R+OH-+NaCI
R+SO24-+NaOH=R+OH-+Na2SO4
R+CO3-+NaOH=R+OH-+Na2CO3
R+SiO3-+NaOH=R+OH-+Na 2 HSiO 3, где
R+OH- -отрегенерированый работоспособный катионит
R+CI-, R+SO24-, R+CO3-, R+SiO3- - истощенный катионит
Эта схема применяется для подготовки воды для барабанных котлов высокого давления./9/
1.5 Глубокое химическое обессоливание воды
Наиболее тщательная подготовка воды достигается при полном химическом обессоливании, где на последнем этапе очистки применяется фильтр смешанного дейcтвия (ФСД). В ФСД осуществляется процесс совместного Н- , ОН-ионирования воды путем ее фильтрования через слой перемешанных зерен катионита и анионита соответственно в Н- и ОН-форме. В ФСД достигается глубокое удаление всех ионов (применяются сильнокислотные катиониты и сильноосновные аниониты). Регенерация ФСД осуществляется двумя способами: либо разделением смеси на два слоя внутри фильтра и их регенерацией (внутренняя регенерация), либо разделением этой смеси с последующим переводом катионита и анионита в специальные регенераторы и регенерацией в них (выносная регенерация).
Термическое обессоливание воды
В батарею из трех отстойников противоточного действия, объемом по 7 м3 каждый, поступают 2 т раствора NаОН в 1 м3 воды вместе с осадком СаСО3 и отбираются 6 м3 прозрачного концентри-рованного раствора на выпарку. С другой стороны, в батарею подается в качестве растворителя 6 м3 чистой воды на 2000 кг NаОН. Осадок СаСО3 при переходе со ступени на ступень и при удалении из батареи удерживает 1 м3 раствора. Определить: а) количество NаОН в шламе; б) степень извлечения NаОН; в) процентное содержание NаОН в растворе, поступающем на выпарку
Очистка вод с высоким солесодержанием, включая морские, может осуществляться методом извлечения из раствора молекул Н 2О, основанном на изменении их агрегативного состояния (методом дистилляции)
Термическое обессоливание добавочной воды применяют для восполнения потерь пара и конденсата в тех случаях, когда химическое ионообменное обессоливание исходной природной воды по условиям ее качества является экономически нецелесообразным. Если исходная вода имеет повышенное содержание ионов сильных кислот(7-12 мг-экв/л), испарительные установки по своим технико-экономическим показателям выгоднее, чем установки химического обессоливания./7/
Термическое обессоливание основывается на том, что при испарении жидкости с паром уносится лишь очень небольшое количество жидких капель содержащих растворенные в воде вещества, вследствие чего в паре ( следовательно, и в дистилляте) этих веществ оказывается во много раз меньше, чем в воде, из которой он образуется. Вводимые в испаритель с водой растворенные вещества при этом выводятся из аппарата с продувкой. В настоящее время в основном дистиллят производят из воды предварительно умягченной на ионитных фильтрах. Однако имеются испарительные установки, для питания которых применяется вода, прошедшая упрощенную обработку, а также испарители, работающие на сырой воде. При применении таких установок химические реагенты (кислоты, щелочи и соли) в процессе подготовки добавочной воды вообще не используются или расходуются в ограниченных количествах. Опыт эксплуатации испарителей при питании солоноватыми или солеными водами показывает на серьезные затруднения, возникающие из-за быстрого образования накипи на теплопередающих поверхностях /4/
Мембранные методы очистки
В связи с все возрастающим значением защиты водоемов от сбросов различных примесей с промышленных предприятий, в последние годы возросло внимание к безреагентным методам для обессоливания воды. В настоящее время наиболее разработаны для практического применения мембранные методы. /7/ Известно несколько видов мембранных процессов: ультрафильтрация, обратный осмос, электродиализ. В основе всех мембранных методов лежит перенос примесей или растворителей через мембраны. Природа сил, вызывающих этот перенос, может быть различной, Соответственно различаются и мембраны, применяемые в таких процессах. При использовании сил давлений (ультрафильтрация и обратный осмос) мембраны должны пропускать растворитель (воду), в максимальной степени задерживая ионные и молекулярные примеси. При использовании электрических сил мембраны должны быть проницаемы для ионов и не должны пропускать воду.
Области применения мембранных процессов для очистки воды различны. По сравнению с другими методами мембранные методы имеют следующие преимущества: -отсутствуют фазовые переходы при отделении примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на проведение процессов;
-разделение можно проводить при низких температурах воды, которые определяются свойствами мембраны; их можно осуществлять без добавок химических реагентов;
-аппараты для осуществления этих процессов относительно просты. Количество энергии, необходимое для мембранных процессов, обычно не превышает 2,0-2,5 кВтч/м3 фильтрата.
1.6 Обратный осмос и ультрафильтрация
В основу процесса обратного осмоса положено явление осмоса самопроизвольного перехода растворителя через специальную полунепроницаемую перегородку (мембрану) в раствор. Наибольшее распространение получили в настоящее время синтетические полимерные мембраны - анизотропные ацетилцеллюлозные мембраны. Обратный осмос и ультрафильтрация используются как в схемах ВПУ, так и для очистки сточных вод. Обычно при подключении таких аппаратов к схеме ВПУ требуется весьма тщательная проверка воды от грубодисперсных примесей, для чего в предочистке используются кроме насыпных также и намывные механические фильтры. Метод обратного осмоса используется без ионитных фильтров при подготовке добавочной воды для котлов с давлением до 4,0 Мпа/4/
1.7 Электродиализ
Этот метод применяется преимущественно для опреснения, т.е. частичного обессоливания сильноминерализованных и морских вод путем удаления из них растворенных солей под действием постоянного электрического тока с помощью специальных катионитных и анионитных диафрагм, обладающих способностью пропускать соответственно только катионы и анионы и изготавливаемых из ионитных смол с высокой обменной способностью. Селективные свойства катионо-и анионообменных мембран позволяют осуществлять процесс обессоливания во всех четных камерах и процесс концентрирования раствора в граничащих с ними нечетных камерах концентрирования. Включение электродиализной установки в схему ВПУ позволяет примерно в 2 раза сократить расход реагентов на ионообменную часть, а следовательно, резко уменьшить количество сбросов с ВПУ.
Считается, что содержание солей в обессоливаемой воде, которую целесообразно подвергать электродиализу, колеблется между 1 до 10 г/л. При концентрации больше 10 г/л более экономичным является выпаривание. В случае электродиализа воды, содержащей менее 1 г/л минеральных солей, затраты электрической энергии на преодоление омического сопротивления раствора в камерах обессоливания значительны, и процесс становится менее экономичным, чем метод ионного обмена.
1.8 Метод противоточного Н-катионирования
В дипломном проекте предлагается заменить Н-фильтры 1 ступени с прямоточным Н- катионированием на противоточный метод, а также заменить смолу КУ-2-8на АмберлайтIR-120Н.Метод ионного обессоливания воды реализуется с применением различных технологических решений, направленных на достижение требуемого эффекта очистки воды с минимальными затратами. Большую роль в повышении экономичности обессоливания воды сыграли мероприятия, разработанные Ф.Г. Прохоровым и К.А. Янковским, по внедрению технологии противоточного ионирования воды. При противоточной регенерации напрявления движения потоков обрабатываемой воды и регенерационного раствора противоположны. Сущность этого принципа заключается в том, что пропуск через ионит регенерирующего раствора и отмывочной воды производят снизу вверх, фильтрование воды осуществляется в направлении сверху вниз. При таком пропуске воды и регенерируещего раствора обессоливаемая вода перед выходом из фильтра соприкосается с наиболее полно отрегенерированным слоем ионита, вследствие чего значительно повышается эффект обессоливания воды. Противоточные Н-катионитные фильтры отключают на регенерацию так же, как и прямоточные по проскоку натрия. Степень регенерации катионита зависит от удельного расхода кислоты. С увеличением удельного расхода кислоты степень регенерации катионита и его рабочая обменная емкость возрастают, однако одновременно повышается и сброс избытков кислоты в дренаж. На качество фильтрата удельные расходы кислоты при противоточной регенерации влияют мало, так как остаточные концентрации катионов в нижних слоях катионита при условии применения растворов серной кислоты и отмывочной воды, не загрязненных примесями Ca2+, Mq2+, Na+, весьма малы даже при незначительных удельных расходах кислоты.
ЗАО «Энергопромсервис», предлагает использовать на ВПУ ионообменные смолы компании «Rohm& Haas» (США).
Определение эффективности замены отечественной смолы КУ- 2-8 на импортный аналог АМБЕРЛАЙТ IR-120Н.
В большинстве случаев использования ионообменных смол их нельзя считать расходным материалом. Однако их нельзя также отнести к категории капитальных вложений. Они являются промежуточным звеном. Сказанное относится, конечно, к водоподготовке.
Обычно, на протяжении периода эксплуатации, эффективность ионообменных смол постепенно снижается. Как показывает опыт эксплуатации ИОС (ионообменной смолы) в установках обессоливания предприятий энергетического комплекса средний срок службы смолы КУ-2-8 составляет 5 лет. В последнее время качественные показатели катионита КУ-2-8 изменились к худшему: фактическая удельная емкость поглощения стала 0,4- 0,45 экв/л; увеличилось количество мелкой фракции; уменьшилась механическая и осмотическая прочность и т.д. Все это привело к снижению продолжительности фильтроцикла, уменьшению производительности фильтров, увеличению расходов воды на собственные нужды, увеличению выноса материала и т. п.
Ионообменная смола Амберлайт IR120Н сильно кислотная катионообменная смола гелевого типа на основе сульфинированного сополимера стирола и дивинилбензола. Она используется как для умягчения, так и для обессоливания воды. Применение этой смолы дает разносторонние преимущества: снижение количества регенерирующего вещества, увеличение фильтроцикла, сокращение времени отмывки. Все смолы имеют срок службы, равный нескольким годам. Применительно к Амберлайт IR120Н этот срок составляет 10 лет.
Несколько причин могут вызвать старение смолы. Наиболее распространенными причинами являются: водорослевое обрастание, загрязнением железом и марганцем, окисление. Эти факторы приводят к снижению обменной емкости. Следствием потери обменной емкости являются: уменьшению продолжительности цикла, снижение выработки воды, более частые регенерационные циклы, увеличение потребления воды на собственные нужды. Хотя и непрямо пропорционально, но потеря общей емкости приводит к снижению рабочей емкости, а это значит более ранние проскоки и укороченные циклы. Основываясь, на том, что ионообменная установка, должна производить определенное количество воды в сутки, сокращение времени циклов означает увеличение их количества, т. е. повышение потребления регенеранта, воды на его разбавление и отмывочной воды. Получается, что те же количества химикатов используется для выработки меньшего количества воды, по сравнению с новыми смолами. Механические, а иногда и химические аварии (частый контакт с концентрированными растворами или контакт не с тем регенерантом) могут уничтожить смолу за короткое время. К счастью, это происходит довольно редко. Современные смолы хорошего качества имеют всего лишь ничтожные потери, вызываемые износом. Потери емкости также минимальны для ионообменных смол при отсутствии специфических химических проблем, таких как окисление.
Таблица 2.1
По заключению лаборатории, после испытания на осмотическую стабильность у смолы IR- 120Н самое высокое содержание гранул без дефектов 99%, в то время как показатели по смоле КУ-2-8 составляют 71%. Высокая механическая и осмотическая прочность у ионитов достигается путем введения в сополимер стирола с дивинилбензолом третьего компонента, содержащего полярную группу, в частности – акрилонитрила. К сожалению, при производстве КУ-2-8 не соблюдается процент содержания дивинилбензола, что не может не влиять на качество смолы и на сроке ее службы. Еще один важный момент при использовании смолы IR120Н вместо КУ-2-8 это то, что IR120Н выпускается в Nа - форме, чего нет у отечественной смолы. При загрузке смолы в Н – форме во время первого цикла, при замещении Н – формы в Na – форму выделяется кислота, что влечет за собой коррозию оборудования.
Задачей слабоосновного анионита является удаление анионов сильных кислот при высокой эффективности регенерации. Одновременно, при удалении анионов сильных кислот, они практически полностью задерживают органические вещества, содержащиеся в природной воде. Срок службы анионитов, эффективность регенерации в значительной мере определяются способностью их десорбировать органические вещества в процессе регенерации. Если органические соединения, улавливаемые смолой во время фильтроцикла, неполностью вымываются при регенерации, то они цикл за циклом накапливаются в матрице смолы. Через какое - то время они могут заблокировать поступление неорганических ионов в гранулу смолы или занять многие центры ионного обмена в структуре гранулы. Этот процесс называется органическим загрязнением смол. Поскольку структура большинства акриловых смол алифатическая, т. е. содержит очень мало ароматических колец, Ван-дер-ваальсовые силы гораздо слабее, чем в случае стирольных смол, и таким образом, удаление органических соединений вымыванием идет более эффективно.
В батарею из трех отстойников противоточного действия, объемом по 7 м3 каждый, поступают 2 т раствора NаОН в 1 м3 воды вместе с осадком СаСО3 и отбираются 6 м3 прозрачного концентри-рованного раствора на выпарку. С другой стороны, в батарею подается в качестве растворителя 6 м3 чистой воды на 2000 кг NаОН. Осадок СаСО3 при переходе со ступени на ступень и при удалении из батареи удерживает 1 м3 раствора. Определить: а) количество NаОН в шламе; б) степень извлечения NаОН; в) процентное содержание NаОН в растворе, поступающем на выпарку
Вывод: Процесс регенерации имеет существенное значение в улудшении работы ионитных фильтров. Он должен обеспечить по возможности полное удаление из ионита поглащенных за предыдущий фильтроцикл ионов при минимальном расходе реагента. Однако, как показывает опыт, достигнуть этого при обычно практикуемом прямоточном способе регенерации практически невозможно, так как не удается полностю удалить из нижних слоев ионита задержанные им ионы (например, Са2+, Мg2+,Na+)
Наиболее эффективным является способ противоточной регенерации, где кислота пропускается снизу вверх, а обрабатываемая вода в обратном направлении, при этом нижние слои ионита имеют высокую степень регенерации.
Замена смолы приводит к экономичной работе Н-фильтров.
Данная замена приведет к увеличению продолжительности фильтроцикла, следовательно снижению расхода регенеранта и расхода воды на собственные нужды, а также сокращению количества сточных вод.

Технико-экономическое обоснование сырья, энергоресурсов, географической точки строительства
Географическая точка строительства
Березниковское ОАО «Азот» находится на левом берегу реки Кама, в 5-ти километрах от г.Березники. Существующая площадка ОАО «Азот» с севера-запада примыкает к ограждающей дамбе водохранилища.
Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются водозаборы артезианской воды реки Усолка. С севера предприятие граничит с Березниковским ОАО «Сода». Непосредственно на площадке предприятия находится ТЭЦ-4, которая до 1990 г. входила в состав ОАО «Азот». Поводом для постройки цеха ХВП послужило строительство агрегатов аммиака (цехи 1-а и 1-6). Для этих производств требуется вода с заданным качеством.
Предприятие находится рядом с двумя мощными транспортными магистралями: судоходная Кама и Горнозаводская железная дорога.
Река Кама является неисчерпаемым источником воды и транспортной магистралью. Удобное месторасположение завода определило место строительства производства химводоподготовки,
0бщая характеристика производства и его технико-экономический уровень
Полное наименование производства - цех химводоподготовки. Год ввода в эксплуатацию 1-го отделения -1975г., 2-го -1981 год.
Проектная мощность производства:
1-го отделения-400 м 3 /час обессоленной воды
2-го отделения -600 м 3 /час обессоленной воды.
Достигнутая мощность производства:
1-го отделения 230 м 3 /час обессоленной воды
2-го отделения - 450 м 3 /час обессоленной воды
Характеристика производимой продукции
Готовой продукцией цеха химводоподготовки является осветленная, умягченная, обессоленная вода, химическая формула Н 2О.
Основные физико-химические свойства и константы. Внешний вид - бесцветная прозрачная жидкость. Молекулярный вес-18.016 Температура кипения при 760 мм.рт.ст.-1000 С Температура плавления при 760 мм.рт.ст.-0°С Плотность при 4°С-1,0 г/см3
Вода (осветленная, умягченная, обессоленная) взрывопожаробезопасна, нетоксична.