Решение задачи 8.13 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

Решение задачи 8.13 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова

8.13. Определить число ступеней экстрагирования в условиях примера 8.12, если степень извлечения NаОН равна 0,98.

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

Вода является самым распространенным материалом, применяемым почти во всех отраслях промышленности. Это и растворитель различных веществ, среда для протекания разнообразных химических реакций, составная часть многих технических и бытовых продуктов, охлаждающее и нагревающее вещество для деталей машин и аппаратов промышленных агрегатов и в отопительных системах. В системах городского водоснабжения огромные количества воды предназначаются для обеспечения населения питьевой водой и других бытовых нужд, а также в значительных количествах для промышленных целей. В настоящее время вода широко используется в различных областях промышленности в качестве теплоносителя, чему способствуют широкое распространение воды в природе и ее особые термодинамические свойства, связанные со строением молекул.
Непосредственное использование природных вод для промышленных и бытовых нужд является в большинстве случаев неприемлемым. Предъявляемые в промышленности требования к качеству потребляемой воды определяются специфическими условиями тех или иных технологических процессов. Особенно высокие требования к потребляемой воде предъявляет теплоэнергетическое производство. Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой различными отраслями промышленности, возникает необходимость специальной физико-химической обработки воды, осуществляемой на водоподготовительных установках, которые оснащены надлежащей аппаратурой. Производительность таких установок колеблется в больших размерах в зависимости от масштабов расхода обработанной воды потребителями.
Для любой водоподготовительной установки поступающая на нее природная вода (речная, артезианская, морская) является по существу исходным сырьем, которое после надлежащей технологической обработки превращается в готовый продукт – обработанную воду с заданными показателями качества.
Качество поверхностных вод рек имеет большое значение в водоподготовке. Так как количество воды поверхностного стока реки меняется в течение года в значительных пределах (периоды снеготаяния, учащенных и редких дождей и т. п.), меняется также и качество речной воды.
Речные воды, как правило, содержат некоторое количество взвешенных веществ (частицы песка, ила, остатки растительности и др.), сильно колеблющееся в зависимости от времени года и количества выпадающих дождей. Минимальное содержание взвешенных веществ в речных водах бывает зимой. Зимой речная вода характеризуется повышенными минерализованностью и жесткостью. В паводковый период жесткость, щелочность и сухой остаток речной воды значительно понижаются. В летнее время качество речной воды определяется соотношением между количеством и качеством вод подземного и поверхностного стоков, питающих реку.
Воды рек обычно содержат относительно небольшое количество растворенных солей – не больше 500-600 мг/кг. Основными компонентами химического состава речных вод являются катионы Са2+, Мg2+ и Nа+ и анионы НСОз-, SO42-', СI-. Показатель рН речной воды обычно не выходит за пределы 6,5-7,5.
Цех пароводоснабжения и технологических коммуникаций (далее – цех ПВСиТК) ОАО «Азот» выпускает осветленную, частично-обессоленную (умягченную) и обессоленную воду, которая используется в следующих целях:
1. Осветленная вода используется для получения частично-обессоленной воды и для нужд цехов Организации.
2. Частично-обессоленной вода используется для получения обессоленной воды и для нужд цехов Организации.
3. Химически обессоленная вода используется в производствах аммиака, слабой азотной кислоты, крепкой азотной кислоты:
­ в качестве исходного вещества для получения пара в парогенераторах, котлах – утилизаторах;
­ для конденсации отработанного пара в конденсаторах турбин и других производственных теплообменных аппаратах;
­ для охлаждения различных аппаратов и агрегатов;
­ охлаждения воздуха, газов и масла в охладительных установках.
Решение задачи 8.13 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает также решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструктивных материалов котлов, турбин и оборудования конденсатно-питательного тракта. Таким образом, основными задачами водоподготовки и рациональной организации водного режима парогенераторов и тракта питательной воды являются: предотвращение образования на внутренних поверхностях парообразующих и пароперегревательных труб отложений кальциевых соединений и окислов железа, а в проточной части паровых турбин отложений соединений меди, железа, кремниевой кислоты и натрия, защита от коррозии конструкционных материалов основного и вспомогательного оборудования энергетической части энерготехнологических агрегатов в условиях их контакта с водой и паром (максимально полное удаление растворенных в питательной воде кислорода и углекислоты).
Определить число ступеней экстрагирования в условиях примера 8.12, если степень извлечения NаОН равна 0,98.
Сущность курсового проекта:
В данном курсовом проекте предлагается заменить дополнительную ступень Н-катионирования и ОН-анионирование на Na-катионирование. Данное новшество приведет к экономии серной кислоты (H2SO4) и щелочи (NaOH) на регенерацию Н и ОН-фильтров доп.ступени, следовательно к снижению себестоимости за счет уменьшения расходных реагентов, а так же к использованию отхода производства цеха нитрит-нитратных солей (цех ННС) NaCl на регенерацию Н-катионитовых фильтров доп.ступени.
2.З Характеристика применяемого сырья, полупродуктов, готовой продукции
Вода осветленная с механических фильтров, имеющая показатели:
­ снижение окисляемости не менее 50% (корпус 335), не менее 60% (корпус 343);
­ взвешенные вещества не более 8 мг/дм3.
Взрывопожаробезопасна, нетоксична.
Серная кислота H2SO4 в цех поступает 92,5%-ной концентрации
Это маслянистая, прозрачная жидкость.
Температура плавления – 10,350С, температура кипения 3300С, температура замерзания – (-330С), плотность – 1,826 г/см3 при 200С.
Серная кислота относится к сильным кислотам, с водой смешивается в любых пропорциях. В цехе используется в виде раствора 1,5; 3,0; 5,0 %-ной концентрации.
Растворение серной кислоты в воде идет с большим тепловыделением, поэтому при приготовлении 1,5%;3,0% и 5,0%-ной концентрации на узел сначала подается вода.
При нагревании образуются пары сернокислого ангидрида, которые, соединяясь с водными парами воздуха, образуют кислотный туман, оказывающий вредное воздействие на организм человека. Решение задачи 8.13 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
Серная кислота взрывопожаробезопасна, токсична; вдыхание паров кислоты вызывает раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей, разрушает зубы, поражает легкие. Попадая на кожу, вызывает сильные ожоги, очень болезненные и трудно поддающиеся лечению. Попадание кислоты в глаза грозит потерей зрения,поэтому при работе с кислотой:
­ необходимо пользоваться суконной спец.одеждой, резиновыми сапогами, перчатками, защитными очками;
­ уметь пользоваться фильтрующими противогазами марки «В», «КД», ДОТ 600.
Предельно допустимая концентрация паров серной кислоты в воздухе рабочих помещений 1 мг/м3.
Едкий натр – NаОН.
В цех щелочь поступает в виде раствора 42%-ной концентрации.
Это бесцветная или слегка мутноватая жидкость.
Температура замерзания – (+100С), взрывопожаробезопасна, токсична. В цехе используется в виде раствора 4%-ной концентрации.
Приготовление раствора 4%-ной концентрации осуществляется в смесителе.
Работать со щелочью необходимо в суконной спецодежде, резиновой обуви и перчатках, защитных щитках, очках. Предельно допустимая концентрация паров щелочи в воздухе рабочих помещений 0,5 мг/м3.
Поваренная соль, в виде растворов 26% и 8-12% концентрацией:
- химическая формула –NaCl;
- плотность при 20оС: температура замерзания:
12 % - 1,124 г/см3; 12 % - (-5,4оС);
10 % - 1,103 г/см3; 10 % - (-6,7оС);
8 % - 1,082 г/см3 8 % - (-5оС)
Взрывопожаробезопасна, не токсична.
Катионит КУ-2-8 – фильтрующая загрузка Н-катионитовых фильтров обладает большой химической стойкостью к кислотам, щелочам, органическим растворителям. Взрывопожаробезопасен, не токсичен.
В качестве функциональной активной группы имеет сульфогруппу SO3H+, обменный ион – катион водорода Н+. На внешний вид сферические зерна от желтого до коричневого цвета.
Размер зерен 0,315 – 1,25 мм.
Содержание влаги – 50-60 %.
Анионит АН-31 – фильтрующая загрузка фильтров ОН-I ступени.
Слабоосновной анионит обладает высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам. Взрывопожаробезопасен, не токсичен.
Внешний вид – ярко желтые зерна неправильной формы.
В качестве функциональных групп содержащих вторичные и третичные алифатические аминогруппы (N=Н).
Обменный ион – гидроксиланион ОН.
Размер зерен 0,4-2 мм.
Содержание влаги – 10%.
Анионит LEWATIT R Mono Plus MP 64 – фильтрующая загрузка ОН-фильтров Ι ступени. Слабоосновной анионит обладает высокой химической стойкостью к кислотам и щелочам.
Взрывопожаробезопасен, не токсичен.
Внешний вид – желтоватые непрозрачные гранулы. Функциональная группа третичный амин матрица – стирол – дивинил бензол.
Обменный ион – гидроксиланион ОН.
Размер зерен – 0,59 ± 0,05 мм;
Содержание влаги 61 – 66 %.
Анионит АВ-17-8 – фильтрующая загрузка фильтров ОН-II ступени.
Сильноосновной анионит обладает высокой химической стойкостью и кремнеемкостью. В основном используется для поглощения анионов кремниевой кислоты. В качестве функциональных групп содержит четвертичные трилитиламинокислые группы
СН3
СН3 NO4
СН3
Внешний вид – сферические зерна светло-желтого цвета.
Размер зерен – 0,355-1,25 мм.
Содержание влаги – 35-50 %.
Характеристика производимой продукции.
Основная продукция: вода частично-обессоленная, вода обессоленная.
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. – 00 С
Плотность при 40С – 1,0 г/см3
Вода (частично-обессоленная, обессоленная) – взывопожаробезопасна, нетоксична.
Область применения.
Частично-обессоленная вода используется в цехах 5А, 5Б, ННС, карбамид, 3А, 3, аргон в качестве питательной воды парового котла и для производства обессоленной воды.
Обессоленная вода используется в цехах 1А, 1Б, КрАК, 3, 5А, 5Б в качестве питательной воды для систем парообразования и в технологии.
Определить число ступеней экстрагирования в условиях примера 8.12, если степень извлечения NаОН равна 0,98.
3. Теоретический анализ стадии процесса
Сущность ионного обмена
Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых, практически нерастворимых в воде органических материалов – ионитов вступать в ионнный обмен с растворимыми в воде солями, сорбируя 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. Решение задачи 8.13 по ПАХТ из задачника Павлова Романкова Носкова
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 слабокислотные, содержащие в основном карбоксильные активные группы. Сильнокислотные катиониты способны к катионному обмену в любой среде, слабокислотные – только в щелочной.
В Н-катионитовых фильтрах I и II ступени в качестве фильтрующего материала используется сильнокислотный катионит КУ-2-8, представляющий собой высокомолекулярное соединение, имеющее ионогенные активные сульфогруппы, способные к реакциям ионного обмена в кислой, щелочной и нейтральных средах. Катионит нерастворим в воде, растворах минеральных кислот, щелочей, органических растворителей, стоек к некоторым окислителям при температуре до 120оС. Из-за различной активности ионов, поглощение их ионитами происходит избирательно. Более активные к адсорбции ионы способны вытеснять из ионитов менее активно поглощаемые.
Для Н-катионитов справедлив так называемый ряд селективности поглощения:
Са2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+
В данном ряду каждый предыдущий катион более активно поглощается катионитом, чем последующий. По мере истощения катионита катион Са2+, содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснять катион Na+, ранее поглощенный катионитом. Проскок катиона Na+ в фильтрах служит сигналом к началу регенерации.
В зависимости от характера активных групп различают слабоосновные аниониты, содержащие в своем составе в качестве активных групп вторичные и третичные аминогруппы (АН-31, LEWATIT) и сильноосновные аниониты, содержащие в качестве активных групп четвертичные аминогруппы (АВ-17-8).
Слабоосновные аниониты способны к обмену анионов только в кислой среде, т.е. способны обменивать свой обменный анион (ОН)- на анионы сильных кислот – SО42-, NО3-, Сl-.
Анионы слабых кислот (НSiO3, НСО3 и др.) не вступают в реакции обмена со слабоосновными анионитами.
Для слабоосновных анионитов (АН-31, LEWATIT) ряд селективности анионов выглядит так:
Определить число ступеней экстрагирования в условиях примера 8.12, если степень извлечения NаОН равна 0,98.
SO4 2- > NO3 > NO2 - > Cl-
При истощении слабоосновных анионитов первыми в фильтрат проскакивают ионы Cl-. Сильноосновные аниониты – (АВ-17-8) способны к реакциям обмена в любой среде, т.к. способны извлекать из воды анионы как сильных, так и слабых кислот.
Сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных, поэтому применяют, главным образом, для поглощения анионов кремниевой и угольной кислот.
Для сильноосновных анионитов справедлив ряд селективности:
NO3- > Cl- > НСО3- > НSiO3-
При истощении сильноосновных анионитов первыми в фильтрат проскакивают анионы кремнекислоты. Продолжительность рабочего цикла ионитных фильтров определяется обменной емкостью ионита, т.е. способностью его к ионному обмену. После использования до заданного предела обменной емкости ионита необходимо восстановление его работоспособности путем удаления задержанных ионитом из обрабатываемой воды ионов и введения взамен их обменных ионов, которые содержатся в регенерационных растворах.
Фильтроцикл ионитного фильтра сводится к последовательному проведению следующих операций:
1. фильтрация;
2. взрыхление;
3. регенерация;
4. отмывка.
По мере фильтрования воды через слой ионита все большая часть обменных ионов, его активных групп замещается ионами, поглощаемым из воды. Истощение ионита происходит послойно. Когда обменная емкость ионита исчерпана, 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.
Операция взрыхления, регенерации, отмывки являются операциям по восстановлению ионообменной способности ионита.

4. Описание технологической схемы
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. Определить число ступеней экстрагирования в условиях примера 8.12, если степень извлечения NаОН равна 0,98.

4.1 Н-катионирование Ι ступени
Н-катионитные фильтры предназначены для поглощения из обрабатываемой воды катионов Са2+, Мg2+ и Nа+ с заменой поглощенных катионов эквивалентным количеством обменных катионов Н+, содержащихся в активных группах катионита.
Фильтрование осветленной воды
Процессы, протекающие при прохождении воды через катионит можно изобразить следующими реакциями:

В фильтрате появляются минеральные кислоты (серная, соляная, угольная, кремниевая и др.), которые обуславливают кислотность Н-катионированной воды.
При фильтрации осветленной воды через катионит происходят следующие процессы:
­ распад бикарбонатов с выделением углекислоты;
­ образование сильных минеральных кислот, содержание которых в фильтрате Н-катионитных фильтров эквивалентно содержанию сульфатов, хлоридов, нитратов в воде, подаваемой на Н-катионитные фильтры;
­ образование слабой кремниевой кислоты при наличии растворенных силикатов натрия в исходной воде.
Осветленная на механических фильтрах вода, тремя потоками поступает на группы фильтров Н-катионирования I ступени:
Фильтропара состоит из 2-х корпусов, каждый из которых представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическим днищем и крышкой. Диаметр фильтра 3400 мм, высота 5740 мм.
Внутри корпуса размещены верхнее распределительное устройство лучевое, служит для равномерного распределения обрабатываемой воды, регенерационного раствора и отмывочной воды по сечению фильтра и отвода взрыхляющей воды. Представляет собой вертикальный коллектор, к которому в горизонтальной плоскости присоединены трубки меньшего диаметра с отверстиями на боковой стороне.
Нижнее дренажное устройство – щелевое. Служит для отвода обработанной воды, регенерационного раствора и отмывочных вод, подвода воды для взрыхления. Нижнее дренажное устройство представляет собой горизонтальный коллектор, к которому присоединены патрубки с отверстиями, прикрыты полукожухами с щелевыми прорезями шириной 0,4±0,1 мм. Внутренняя поверхность фильтра и относящихся к нему коммуникации гуммирована. У фильтра имеется нижний и верхний люки для установки и монтажа внутренних устройств, ремонта и ревизии состояния фильтра в условиях эксплуатации и воздушник для удаления воздуха и снятия давления с фильтра. Фильтр загружен катионитом КУ-2-8, высота загрузки 2,0 м в каждом корпусе. Со стороны фронта фильтра имеются трубопроводы и арматура для подвода и отвода обрабатываемой воды, подвода и выпуска промывочной воды и регенерационного раствора.
Фильтр снабжен пробоотборными трубками для отбора проб с входа и выхода воды, контрольно-измерительными приборами – расходомером и манометрами на входе и выходе воды из фильтра.
При фильтрации воды на Н-катионитных фильтрах I ступени устанавливается расход 60-110 м3/час.
В процессе работы Н-катионитных фильтров I ступени периодически ведут контроль за качеством Н-катионированной воды, которая должна иметь следующие показатели:
- жесткость общая, не более - 0,03 ммоль/дм3;
- кислотность, не более - 7,0 ммоль/дм3;
- содержание Nа+, не более - 6,9 мг/дм3
Отключение Н-катионитных фильтров I ступени на регенерацию производится при проскоке катиона Nа+ в фильтрат в количестве более 6,9 мг/л.
4.2 ОН-анионирование Ι ступени
ОН-анионирование Ι ступени осуществляется для поглощения из Н-катионированной воды анионов сильных кислот (SО4-2 , Сl- , NО3- , NO2- и т.д.) с заменой поглощенных анионов эквивалентных количеством обменных гидроксильных анионов ОН- , содержащихся в активных группах анионита.
ОН-анионирование Ι ступени осуществляется на анионитных фильтрах Ι ступени поз.2 (8 шт.) и 14 (3 шт.).
По устройству ОН-фильтры Ι ступени аналогичны Н-фильтрам Ι ступени; фильтрующий материал – слабоосновной анионит марки АН-31, высота загрузки 2,0 м, LEWATIT – 18 м3.
При пропускании Н-катионированной воды через слой анионита Ан-31 происходит замена анионов сильных кислот SO4-2, NO3-, Cl- и др. на анион гидроксила ОН-, что можно выразить следующими реакциями:
(Ан)+ОН- + НСl = (Ан)+Сl- + Н2О
2(Ан)+ОН- + Н2SO4 = (Ан)2+ SО4 + Н2О
(Ан)+ОН- + НNО3 = (Ан)+NО3- + Н2О
(Ан)+ОН- + НNО2 = (Ан)+NО2- + Н2О, где
(Ан)+ОН- – условное обозначение ОН-анионита, способного к реакциям ионного обмена:
(Ан)+Сl-; (Ан)2+ SO42; (Ан)+NО3-; (Ан)+NO2- – истощенный анионит
При фильтрации Н-катионированной воды на ОН-анионитных фильтрах I ступени устанавливается расход в пределах 60-120 м3/час, контролируется по расходомеру, установленному по месту.
ОН-анионированная вода должна иметь следующие показатели:
щелочность общая, не более - 0,8 ммоль/дм3;
содержание Сl-, не более - 6,0 мг/дм3
Фильтрация Н-катионированной воды I ступени через ОН-фильтры I ступени проводится до проскока аниона хлора (Сl-) в фильтрат 6,0 мг/дм3 и выше, после чего фильтр отключается на регенерацию.
4.3 Декарбонизация
Свободную угольную кислоту, появляющуюся в обрабатываемой воде в результате распада бикарбонатов при Н-катионировании по реакции
НСО3- + Н+ = СО2 + Н2О, необходимо удалять с целью снижения ее корродинирующего действия и уменьшения нагрузки на ОН-фильтры II ступени.
Анионит марки АВ-17-8, загруженный в фильтры ОН-II ступени, хорошо поглощает из воды анионы слабых кислот, поэтому присутствие в обрабатываемой воде угольной кислоты приведет к снижению кремнеемкости анионита. Для удаления свободной угольной кислоты предусматриваются пленочные декарбонизаторы поз.5 (2 шт.) с насадкой из колец Рашига размером 25х25х3 мм и 50х50х3 мм. Декарбонизаторы работают по принципу десорбции в условиях противотока воды и воздуха, подаваемого снизу под слой насадки вентилятором поз.9 (2 шт.).
Декарбонизатор поз.5 (2 шт.) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат объемом 20 м3, производительностью 250 м3/ч. Аппарат заполнен кольцами Рашига на высоту 3300 мм. Парциальное давление углекислоты в обрабатываемой воде значительно больше, чем в воздухе, поэтому при соприкосновении потока воздуха, подаваемого снизу и потока воды, подаваемой сверху, углекислота переходит из воды в воздух и вместе с ним через брызгоотделитель поз.Е-8 (2 шт.) выбрасывается в атмосферу.
Брызгоотделитель поз.Е-8 – представляет собой цилиндрический аппарат объемом 0,8 м3, внутри которого под углом 20о к плоскости входного патрубка укреплена отбойная перегородка.
Вода после декарбонизатора с содержанием свободной углекислоты в пределах 3-10 мг/дм3 собирается в резервуарах декарбонизированной воды поз.Е-6 (2 шт.) емкостью 200 м3 каждый. Резервуары декабонизированной воды поз.Е-6 (2 шт.) оборудованы пъезометрическими уровнемерами с показаниями значений уровня на приборе на щите контроля и управления в ЦПУ. Декарбонизированная вода из резервуаров поз.Е-6 (2 шт.) подается:
- насосами поз.Н-7 (2 шт.) на II ступень обессоливания;
- вместе с газовым конденсатом насосами поз.Н-11 в сеть завода потребителям (цеха 5, ННС, 3а, аргон).
Газовый конденсат подается из цехов 1А и 1Б на всас насосов поз.Н-111,2 с содержанием:
- жесткость общая, не более - 0,03 ммоль/дм3;
- щелочность общая, не более - 0,8 ммоль/дм3;
- солесодержание - 55 мг/дм3;
- содержание аммиака - 3 мг/дм3
4.4 Н-катионирование II ступени
Н-катионитовые фильтры II ступени предназначены для поглощения всех катионов, как прошедших при обработке воды на I ступени Н-катионирования, так и попавших в фильтрат при различного рода случайных отклонениях в условиях работы фильтров I ступени.
Н-катионитовый фильтр II ступени поз.3 (4 шт.) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 3000 мм, высотой 4385 мм со сферическими днищем и крышкой. Внутреннее устройство аналогично устройству фильтров I ступени, внутренняя поверхность фильтра и коммуникаций гуммируется. Фильтрующий материал – катионит КУ-2-8, высота слоя 1,5 м. Расход воды на фильтрах замеряется с помощью камерной диафрагмы ДК-6 и контролируется по расходомеру ДСП-7814. Процессы, протекающие при фильтрации, можно выразить реакциями:
(кат)Н+ + NaHCO3 = (кат)Na + CO2 + H2O
2(кат)H+ + Na2SiO3 = 2(кат)Na + H2SiO3
(кат)H+ + NaCl = (кат)Na + HCl
Катионы Nа+, содержащиеся в обрабатываемой воде, адсорбируются катионитом, обмениваясь на катионы водорода.
При фильтрации декарбонизированной воды на Н-фильтрах II ступени устанавливается расход 120-250 м3/час. Н-катионированная вода II ступени должна отвечать показателям:
- жесткость общая, не более - 0,005 ммоль/дм3;
- кислотность, не более - 0,05 ммоль/дм3;
- солесодержание, не более - 6,0 мг/дм3;
- рН - 2,5-5;
- Na, не более - 2,3 мг/дм3
Отключение Н-фильтров II ступени на регенерацию производится при содержании катионов Nа+ в фильтрате более 2,3 мг/дм3.
4.5 ОН-анионирование II ступени
Анионитовые фильтры II ступени поз.4 служат баръерными фильтрами для улавливания анионов-хлоридов и кремниевой кислоты. Анионитовые фильтры по конструкции аналогичны фильтрам I ступени. В качестве фильтрующего материала использован сильноосновной анионит АВ-17-8, представляющий собой высокополимерное соединение, содержащее четвертичные аммониевые функциональные группы с обменным гидроксильным ионом.
При фильтровании Н-катионированной воды II ступени через ОН-анионитовый фильтр II ступени происходят следующие процессы:
- извлечение остатков анионов сильных кислот SO4-2 и Сl-
2(Ан)ОН- + Н2SO4 = (Ан)2SO4-2 + 2Н2O
(Ан)ОН- + НСl = (Ан)Cl + Н2О
- извлечение анионов угольной кислоты:
(Ан)ОН- + Н2СО3 = (Ан)НСО3- + Н2О
- обескремниевание воды
(Ан)ОН- + Н2SiО3 = (Ан)НSiО3- + Н2О
При "проскоке" катионов натрия – Na+ в фильтрат более установленных регламентом норм резко повышается щелочность фильтрата после ОН-фильтров I и ΙΙ ступени.
При фильтрации Н-катионированной воды II ступени на ОН-фильтрах II ступени устанавливается расход 70-140 м3/час.
ОН-анионированная вода должна иметь показатели:
- щелочность общая, не более - 0,15 ммоль/дм3;
- содержание кремния, не более - 0,15 мг/дм3
При повышении содержания аниона кремниевой кислоты в фильтрате сильноосновных ОН-анионитовых фильтров II ступени 0,15 мг/дм3 и выше фильтр выводится на регенерацию.
4.6 Дополнительная ступень Н-катионирования
Н-катионитные фильтры предназначены для поглощения из обрабатываемой воды катионов Са2+, Мg2+ и Nа+ с заменой поглощенных катионов эквивалентным количеством обменных катионов Н+, содержащихся в активных группах катионита.
Фильтрование воды
Процессы, протекающие при прохождении воды через катионит можно изобразить следующими реакциями:
Мg+2

К+ ,NH4+ , + Сl- + Н+(кат) == К+ , NH4 +, Na + (кат) + 2НСl
Nа2 + SiO3-2 + 2Н+(кат) = 2Nа+(кат) + Н2SiО3
где: Н+ - работоспособный катионит;
Са+2 (кат); Мg+2 (кат); Nа+ (кат); К+ (кат); NH4+ (кат) – истощенный катионит.

В фильтрате появляются минеральные кислоты (серная, соляная, угольная, кремниевая и др.), которые обуславливают кислотность Н-катионированной воды.
При фильтрации осветленной воды через катионит происходят следующие процессы:
­ распад бикарбонатов с выделением углекислоты;
­ образование сильных минеральных кислот, содержание которых в фильтрате Н-катионитных фильтров эквивалентно содержанию сульфатов, хлоридов, нитратов в воде, подаваемой на Н-катионитные фильтры;
­ образование слабой кремниевой кислоты при наличии растворенных силикатов натрия в исходной воде.
Осветленная на механических фильтрах вода, тремя потоками поступает на группы фильтров Н-катионирования доп.ступени:
Фильтропара состоит из 2-х корпусов, каждый из которых представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическим днищем и крышкой. Диаметр фильтра 3400 мм, высота 5740 мм.
Внутри корпуса размещены верхнее распределительное устройство лучевое, служит для равномерного распределения обрабатываемой воды, регенерационного раствора и отмывочной воды по сечению фильтра и отвода взрыхляющей воды. Представляет собой вертикальный коллектор, к которому в горизонтальной плоскости присоединены трубки меньшего диаметра с отверстиями на боковой стороне.
Нижнее дренажное устройство – щелевое. Служит для отвода обработанной воды, регенерационного раствора и отмывочных вод, подвода воды для взрыхления. Нижнее дренажное устройство представляет собой горизонтальный коллектор, к которому присоединены патрубки с отверстиями, прикрыты полукожухами с щелевыми прорезями шириной 0,4±0,1 мм. Внутренняя поверхность фильтра и относящихся к нему коммуникации гуммирована. У фильтра имеется нижний и верхний люки для установки и монтажа внутренних устройств, ремонта и ревизии состояния фильтра в условиях эксплуатации и воздушник для удаления воздуха и снятия давления с фильтра. Фильтр загружен катионитом КУ-2-8, высота загрузки 2,0 м в каждом корпусе. Со стороны фронта фильтра имеются трубопроводы и арматура для подвода и отвода обрабатываемой воды, подвода и выпуска промывочной воды и регенерационного раствора.
Фильтр снабжен пробоотборными трубками для отбора проб с входа и выхода воды, контрольно-измерительными приборами – расходомером и манометрами на входе и выходе воды из фильтра.
При фильтрации воды на Н-катионитных фильтрах доп.ступени устанавливается расход 60-110 м3/час.
В процессе работы Н-катионитных фильтров доп.ступени периодически ведут контроль за качеством Н-катионированной воды, которая должна иметь следующие показатели:
- жесткость общая, не более - 0,03 ммоль/дм3;
- кислотность, не более - 7,0 ммоль/дм3;
- содержание Nа+, не более - 6,9 мг/дм3
Отключение Н-катионитных фильтров доп.ступени на регенерацию производится при проскоке катиона Nа+ в фильтрат в количестве более 6,9 мг/л.
4.7 Дополнительная ступень ОН-анионирования
ОН-анионирование доп.ступени осуществляется для поглощения из Н-катионированной воды анионов сильных кислот (SО4-2 , Сl- , NО3- , NO2- и т.д.) с заменой поглощенных анионов эквивалентных количеством обменных гидроксильных анионов ОН-, содержащихся в активных группах анионита.
ОН-анионирование доп.ступени осуществляется на анионитных поз.14 (3 шт.).
По устройству ОН-фильтры доп.ступени аналогичны Н-фильтрам доп.ступени; фильтрующий материал – слабоосновной анионит марки АН-31, высота загрузки 2,0 м, LEWATIT – 18 м3.
При пропускании Н-катионированной воды через слой анионита Ан-31 происходит замена анионов сильных кислот SO4-2, NO3-, Cl- и др. на анион гидроксила ОН-, что можно выразить следующими реакциями:
(Ан)+ОН- + НСl = (Ан)+Сl- + Н2О
2(Ан)+ОН- + Н2SO4 = (Ан)2+ SО4 + Н2О
(Ан)+ОН- + НNО3 = (Ан)+NО3- + Н2О
(Ан)+ОН- + НNО2 = (Ан)+NО2- + Н2О
где: (Ан)+ОН- – условное обозначение ОН-анионита, способного к реакциям ионного обмена;
(Ан)+Сl-; (Ан)2+ SO42; (Ан)+NО3-; (Ан)+NO2- – истощенный анионит
При фильтрации Н-катионированной воды на ОН-анионитных фильтрах доп.ступени устанавливается расход в пределах 60-120 м3/час, контролируется по расходомеру, установленному по месту.
ОН-анионированная вода должна иметь следующие показатели:
щелочность общая, не более - 0,8 ммоль/дм3;
содержание Сl-, не более - 6,0 мг/дм3
Фильтрация Н-катионированной воды доп.ступени через ОН-фильтры доп.ступени проводится до проскока аниона хлора (Сl-) в фильтрат 6,0 мг/дм3 и выше, после чего фильтр отключается на регенерацию.

5. Метод Na-катионирования
Na-катионитный метод умягчения воды основан на способности некоторых нерастворимых в воде веществ (сульфоуголь, синтетические смолы), отрегенерированных поваренной солью, обменивать подвижно расположенный катион Na+ на Ca2+ и Mg2+ по следующим реакциям:
Са(НСО3)2 + 2NaR ↔ СаR2 + 2NaНСО3
CaSO4 + 2NaR ↔ СаR2 + Na2SO4
CaCl2 + 2NaR ↔ СаR2 + 2NaCl
Mg(HCO3)2 + 2NaR ↔ MgR2 + 2NaНСО3
MgSO4 + 2NaR ↔ MgR2 + Na2SO4
MgCl2 + 2NaR ↔ MgR2 + 2NaCl,
где: R – катионит (сульфоуголь, катионы КУ-2, КУ-1 и др).
В результате приведенных реакций происходит более или менее полная замена катионов Ca2+ и Mg2+ в воде катионами Na+, вследствие чего остаточная жесткость Na-катионированной воды снижается до 10 мг-экв/кг и ниже, щелочность и анионный состав не изменяются, а солесодержание ее несколько возрастает.
Для катионитов справедливым является следующий ряд катионов:
Ca2+ > Mg2+ > К+ > NH4+ > Na+, в котором каждый предыдущий катион извлекается из воды катионитом в результате обменной реакции с катионом катионита более интенсивно и в большом количестве, чем последующий.
После того как рабочая обменная емкость полностью исчерпана и значительная часть обменных катионов заменена катионами Ca2+ и Mg2+, катионит истощается и теряет способность умягчать воду.
Для восстановления рабочей обменной емкости катионита необходимо извлечь из него задержанные катионы, заменив их обменными катионами. Процесс восстановления обменной емкости истощенного катионита называется его регенерацией. В качестве такого регенерационного раствора применяют поваренную соль (NaCl), являющийся доступным и сравнительно дешевым реагентом.
При пропускании через истощенный катионит сверху вниз регенерационного раствора NaCl наиболее полный обмен катиона Na+ на содержащиеся в истощенном материале катионы Ca2+ и Mg2+ будет происходить в верхних слоях загрузки фильтра. Далее, по мере прохождения раствора NaCl в нижележащие слои катионита в нем будет все более и более возрастать концентрация вытесняемых из ионита катионов Ca2+ и Mg2+ при одновременном снижении концентрации катионов Na+, переходящих в отрегенерированные слои катионита.
Поваренная соль применяется для регенерации в основном вследствие ее доступности, а также вследствие того, что получающиеся при этом хорошо растворимые CaCl2 и MgCl2 легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой.
Метод Na-катионирования рекомендуется применять для артезианской или осветленной воды с содержанием взвешенных веществ не более 5-8 мг/л и цветностью не более 300, если не требуется снижения бикарбонатной щелочности и допустимо увеличение солесодержания обрабатываемой воды за счет обмена кальция и магния на натрий. /4, с.96/
Основным недостатком Na-катионирования является превращение карбонатной жесткости воды в бикарбонат натрия.
Достоинство Na-катионирования – доступный и сравнительно дешевый реагент (NaCl), который является отходом производства цеха нитрит-нитратных солей.

6. Устройство основного аппарата. Режим его работы
Основным аппаратом стадии обессоливания является ионитный фильтр. В процессе обессоливания Н – катионитные и ОН – Анионитные фильтры.
Н – катионитные фильтры предназначены для поглощения из обрабатываемой воды катионов кальция, магния, натрия с заменой поглощенных катионов эквивалентным количеством обменных катионов водорода, содержащихся в активных группах катионита. В Н – катионитных фильтрах Ι и ΙΙ ступеней в качестве фильтрующего материала используется сильнокислотный катионит КУ-2-8. Он представляет собой высокомолекулярное соединение, имеющее ионогенные активные группы (SO3H), способные к реакциям ионного обмена в кисло, щелочной и нейтральных средах. Катионит не растворим в воде, растворах минеральных кислот, щелочей, органических растворителях, стоек к некоторым окислителям при температуре до 120оС.
ОН – Анионитные фильтры Ι ступени предназначены для поглощения из воды анионов сильных кислот (серной, соляной, азотной, азотистой) с заменой поглощенных анионов на гидроксид-ион, содержащийся в активных группах анионита. Фильтрующий материал – слабоосновной анионит АН-31, способный к обмену анионов только в кислой воде. Анионит АН-31 – высокомолекулярное соединение, стоек в водных растворах кислот, щелочей, стоек к действию некоторых окислителей при температуре до 40оС. Анионитные фильтры ΙΙ ступени служат для улавливания анионов хлора и кремниевой кислоты. В качестве фильтрующего материала используется сильноосновной анионит АВ-17-8, способный к реакциям обмена в любой среде.
Фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическими днищем и крышкой. Внутри корпуса размещено верхнее распределительное устройство и нижнее дренажное устройство. Верхнее распределительное устройство – лучевое, служит для равномерного распределения обрабатываемой воды, регенерационного раствора и отмывочной воды по сечению фильтра и отвода взрыхляющей воды. Представляет собой вертикальный коллектор, к которому в горизонтальной плоскости присоединены трубки меньшего диаметра с отверстиями на боковой стороне. Нижнее дренажное устройство – щелевое. Служит для отвода обрабатываемой воды, регенерационного раствора и отмывочных вод, подвода воды для взрыхления. Нижнее дренажное устройство представляет собой горизонтальный коллектор, к которому присоединены патрубки с отверстиями, прикрыты полукожухами с щелевыми прорезями шириной 0,3 мм.
У фильтра имеется нижний и верхний люки для установки и монтажа внутренних устройств, ремонта и ревизии состояния фильтра в условиях эксплуатации и воздушник для удаления воздуха и снятия давления с фильтра. Корпус и наружные трубопроводы изготавливают из углеродистой стали и внутри покрывают защитным слоем. Нижнее днище рекомендуется заливать битумом с наполнителем – антрацит. Допускается заливать днище бетоном с цементной крошкой.