Катіонування

Катионирование

Умягчение Na+ - катионированием

Основными рівняннями натрий-катионирования для кальцієвих і магнієвих солей жорсткості являются:

Са (НСО3)2 + 2NaR СаR2 + 2NaНСО3.

CaSO4 + 2NaR СаR2 + NaSO4.

CaCl2 + 2NaR СаR2 + 2NaCl.

Mg (HCO3)2 + 2NaR MgR2 + 2NaНСО3.

MgSO4 + 2NaR MgR2 + NaSO4.

MgCl2 + 2NaR MgR2 + 2NaCl,.

Где R — полианион катионита. У рівнянні R представлений однозарядным лише формально, для спрощення записи. Фактично полианион катионита має потенційне число зарядів, однакову числу його функціональних груп, і еквівалентно яке виражається через ПДОЕ віднесене обсягу будь-якого зерна катионита.

В процесі натрий-катионирования загальне солесодержание води не зменшується, залишаючись еквівалентним вихідному, а вагових одиницях навіть дещо збільшується, але якісний склад солей цілком змінюється оскільки катиони жорсткості (Са2+ і Mg2+) виявляються затриманими на катионите.

Н-Na — катионирование у процесі умягчения воды

При М — катионировании ионитовые фільтри завантажуються катионитом не в Na+ - формі, а М+ - формі. Відповідно рівняння іонного обміну найчастіше які у воді солей приймуть наступний вид:

Са (НСО3)2 + 2НR СаR2 + 2СО2 + 2Н2О.

CaSO4 + 2НR СаR2 + Н2SO4.

CaCl2 + 2НR СаR2 + 2НCl.

Mg (HCO3)2 + 2НR MgR3 + 2СО2 + Н2О.

MgSO4 + 2НR MgR2 + Н2SO4.

MgCl2 + 2НR MgR2 + 2НCl,.

NaНСО3 + НCl NaR + СО2 + 2Н2О.

NaSO4 + 2НR NаR + Н2SO4.

NaCl + НR NаR + НCl.

В першій його частині наведених рівнянь видно, що українці катиони жорсткості (Са+ і Mg2+), а й інші катиони (Na+) виявилися поглиненими катионитом. Сталося повне перетворення солей в кислоти. У присутності сильних кислот (NaSO4 і НCl) бикарбонатные іони що неспроможні існувати: відбувається їх перетворення на вуглекислий на газ і воду, що зумовлює повного знищення лужності води, але вода, що містить кислоти, непридатна для використання. Насправді процесом М+ -катионирование мають комбінованому процесі Н±Na+ - катионирования, сутність якого у наступному: частина потоку води обробляють по способу Н±катионирования, а іншу за способом Nа±катионирования. У цьому вода від першого процесу набуває сильні кислоти, що потенційно можуть нейтралізувати надмірну лужність Na+ катионированной воды.

В процесі Н±катионирования руйнуються бикарбонаты, виділяється вуглекислий газ (СО2), і воду необхідно декарбонізувати, тобто. видалити вуглекислоту в апаратах з насадкою, званих декарбонизаторами, шляхом продувания води в противотоке воздухом.

Практически комбіноване умягчение проводять за одній із трьох можливих до застосування схем: паралельної, спільної і последовательной.

При паралельному умягчении вода ділиться на два потоку, одна з яких пропускається через М+ - катионитовые фільтри, а другий — через Na+ - катионитовые фільтри. Після цього обидва потоку об'єднуються; у своїй, подкисленная вода М+ - катионового фільтра нейтралізує лужність Na+ - катионированного фільтра по схеме НХ + NaНСО3 NaХ + СО2 + Н2О Вода проходить декарбонизатор, у якому відокремлюється і евакуюється вуглекислий газ шляхом продувания повітрям. Застосування декарбонизатора призводить до розриву струменя, а тому за декарбонизатором встановлюється насос, який прокачує декарбонизированную і нейтралізованої воду через бар'єрне Na+ - катионитовый фільтр для уловлювання проскока жорсткості й у вирівнювання коливань величини рН змішаного потоку очищаемой води. Що стосується зайве зниженого рН води відбувається утримання на катионите М+ іонів і обмін їх у Na іони, тобто. підвищення рН. При підвищеному рН, яке після Na+ - катионирования може лише з допомогою NaOH, відбувається перехід у воду затриманих раніше катионитом М+ іонів і затримка на ионите Na+ катионів, тобто. відбувається ліквідація зайвої щелочности.

Совместное М+ - Na+ катионирование виробляють без розподілу води на два потоку; всю воду пропускають через один фільтр, який своєрідно регенерирован, саме: спочатку катионит обробляється кислотою, тобто. перетворюється на М+ - форму, потім через фільтр пропускається розчин кухонної солі (NaCl) в кількості, недостатньому для перекладу всього катионита в Na+ форму. Таке перетворення отримує лише деякі з (верхній шар) завантаження. Тоді процеси, що відбуваються при паралельному умягчении після змішання двох потоків, завершуються щодо одного фільтрі, як у нашому разі. Але з способу відбуваються коливання величини лужності внаслідок нерівномірного (і однакового після кожної регенерації) розподілу Na+ і М+ - форми катионита за висотою загрузки.

В відповідність з вимогами необхідно підтримувати лужність фільтрату лише на рівні 0,2 — 0,3 мг-экв/л з метою попередження корозії. Середня лужність води, одержуваної (за цикл) у цій способу, трохи вища норми, і залишається лише на рівні ~ 1мг-экв/л. Для завершення умягчения води, як і з попередньому способу, вода пропускається через декарбонизатор і Na+ - катионитовый бар'єрне фильтр.

Последовательное умягчение з допомогою М+ - Na+ -катионирования здійснюється шляхом пропускання частини води через М+ - катионитовый фільтр, потім Na+ - катионированную воду змішують в смесителе з іншою частиною води, у своїй, відбувається нейтралізація придбаної при М+ катионировании кислотності з допомогою лужності другій частині води. Як знаємо з попереднього матеріалу, цих умовах із води повинен виділиться вуглекислий газ (СО2) і, отже, щодо його відділення воду направляють у декарбонизатор, де повітрям виробляють отдувку вуглекислого газу. Після цього здійснюється умягчение всієї води на Na+ -катионитовом фільтрі, та був її пропускають через бар'єрне Na+ -катионитовый фільтр другий ступени.

Ренегерация Na+ - катионитовых фильтров

Регенерацию Na+ - катионитовых фільтрів виробляють 6 — 8% водним розчином кухонної солі (NaCl). У цьому, витрата солі при умягчении вод із вмістом сухого залишку до 800 мг/л у межах 2,6 --3,5 г-экв/г-экв регенерируемой обмінній ємності. При умягчении вод із вмістом сухого залишку вище 800 мг/л допускається збільшений расзод солі на регенерацію від 4,0 — 4,5 г-экв/г-экв.

В цілях зменшення питомої витрати солі при регенерації іноді практикують первцю половину витратного колличества солі пропускати як 2 — 3%-го розчину, а друга половина — як 6 — 7%-го раствора.

Скорости регенерирующих розчинів зазвичай витримують лише на рівні 7 — 10 м/ч. після регенерації зазвичай настає відмивання катионита від життя сольового розчину, що залишилися після регенерації між зернами. Повноту відмивання контролюють по змісту хлор-ионов в отмывочной воде.

Регенерация М+ - катионитовых фильтров

Регенерация М+ - катионитовых фільтрів (у системі М+ - Na+ - катионирования) здійснюється 1,5 — 2% водним розчином сірчаної кислоти (найдешевша); більш концентровані розчини можуть призвести до загипсовыванию завантаження фільтрів внаслідок відкладення кристалів CaSО4. Питома витрата кислоти їх може становити від 1,3 — 3,5 г-экв/г-экв. Швидкість пропускання регенерирующего розчину рекомендується витримувати не більше 8 — 10 м/ч. Сприятливим температурою регенерації можна вважати 25 — 350С.

После того, як закінчиться пропускання розчину кислоти, слід почати відмивання катионита водою від життя кислоти з тією ж швидкістю пропускання отмывочной води, усе веде до деякого збільшення часу регенераации, на зате дозволяє досягти зниження витрати отмывочной води. Перші порції отмывочной води, містять солі жорсткості, можна спускати в нейтралізатор ії в каналізацію (~ 10 хв), іншу воду корисно скидати в бак з метою дальнешего спрямування приготування розчинів кислоти у наступні регенерации.

Применение М+ - катионирования вимагає складної апаратури, виконаною в кислотостойком виконанні. З іншого боку, виникає завдання нейтралізації кислотних стоків від избытков кислоти при регенерации.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.