Физико-химические основы производства

Взаимодействие Н⁺ - катионированной воды с анионитом можно представим, в виде реакции:

2RОН + H₂S0₄ → R₂SO₄ + 2Н₂0

ROH + HCI → RCI + Н₂0

ROH + HNO₃ → RNO₃ +Н₂0

где R - твердая, нерастворимая часть  анионита, являющаяся катионом.

Na⁺ - катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых нерастворимых в воде веществ (сульфоуголь, катионит) отрегенерированных поваренной солью, обменивать катионы Na⁺ на катионы Са²⁺ и Mg²⁺ по реакциям:

Са²⁺ + 2 NaR = CaR₂ + 2Na

Mg²⁺ +2NaR = MgR² + 2Na

«R» - обозначение сложного комплекса  катионита.

В результате приведенных реакций  видно, что в обрабатываемой воде образуется эквивалентное количество легко растворимых натриевых  солей.

Коагулирование:

Удаление из воды взвешенных веществ и коллоидных частиц достигается на стадии предочистки воды, путем введения в воду коагулянта - железного купороса (FeSO₄ х 7Н₂О) в виде раствора с массовой долей 3-4% с образованием катионов двухвалентного железа, которые участвуют в ионном обмене с катионами абсорбционного слоя коллоидных частиц загрязнений, а избыток сернокислотного железа гидролизуется:

4 FeSO₄+4Са( НС0₃)₂ +2Н₂О + 0₂= 4 Fe(OH)₃+ 4СаSO₄ +8С0₂

Как видно из приведенной  реакции, образование гидроокиси железа связано с появлением в воде ионов водорода, которые связываются присутствующими в природной воде бикарбонат-ионами с образованием воды и углекислоты

Н⁺ + НСО^-_з → Н₂О + С0₂

Гидрат закиси железа коагулирует  при величинах рН(9-9,5) в то время, как гидрат окиси железа - при более низких значениях рН.

Образующиеся частицы  гидроокиси железа заряжены положительно вследствие того, что они отдают в раствор (доссоциируют) некоторое  количество гидроксильных ионов. Возникают дисперсные частицы, заряженные положительно. Между отрицательно заряженными частицами дисперсных примесей воды и образовавшимися положительно заряженными частицами гидроокиси железа возникают силы притяжения.

Образуются укрупненные  агрегаты, которые могут осаждаться или быть легко отфильтрированы.

Известкование:

С целью снижения щелочности исходной воды применяют известкование (декарбонизация). При этом происходит эквивалентное снижение жесткости. При введении в воду извести в виде раствора сначала происходит связывание растворенной воде углекислоты с образованием бикарбонатных ионов. Затем бикарбонатные ионы переходят в карбонатные, которые реагируют с присутствующими в растворе катионами кальция и выпадают в осадок.

Параллельно магний осаждается в виде гидроокиси магния. Процессы могут быть описаны следующими уравнениями:

С0₂+ Са(OН)₂ = Са(НС0₃)₂

Са(НС0₃)₂ + Са(OН)₂  = 2СаСО₃ + 2Н₂О

НСО^-_з + Са(OН)₂ = НО^- + СаСО₃+ Н₂О

Основной задачей при  обработке воды известью является максимальное освобождение обрабатываемой воды от содержащихся в ней катионов кальция  и магния, так как они в сочетании  с анионами СО^2-_з и OH^- образуют малорастворимые соединения CaCO₃ и Mg(OН)₂.

Для повышения концентрации анионов ОН^- в воду подают известковое молоко Са(OН)₂.

Са(ОН)₂ → Са⁺ + 2OH^-

Увеличение в воде гидроксильных  ионов ОН^- приводят к превращению бикарбонатного иона НСО^-_з в карбонатный СО^-_з

НСО^-_з + OH → Н₂О + СО^-_з

OH^- + H⁺ → Н₂О

Гидроксильный ион OH^- связывается с водородным ионом, образуя воду и таким образом понижает концентрацию иона водорода, что приводит к распаду НСО^-_з

НСО^-_з – Н⁺ + СО^2-_з

Ca²+  СО^2-_з → СаС0₃

Mg² + 2OH → Mg(OН)₂

Доза извести для устранения временной шаткости определяется по формуле:

, где

Дизв. - доза извести в  расчете на СаO, мг/дмЗ

СО₂ - концентрация в воде свободной углекислоты, мг/дмЗ

(Са²⁺)- содержание в воде кальция, мг/дмЗ

Жк - карбонатная жесткость  воды, мкмоль/дмЗ

Дк - доза коагулянта FeSO₄ в расчете на безводные продукты, мг/дмЗ

Lк - эквивалентный вес активного вещества коагулянта, мкмоль

20 - эквивалентна масса  кальция

22 - эквивалентная масса  окиси углерода

Зная дозу извести можно  определить расход известкового молока, подаваемого в воду по формуле:

 дмЗ/ч 

где Qизв.  - расход известкового молока в дмЗ/ч

Qводы - расход воды на известкование в мЗ/ч

Дизв/ - доза известкового молока в г/мЗ

Сизв. - концентрация известкового молока в г/л

Ориентировочная доза коагулянта определяется по формуле:

Дк =  

где: С - количество образующейся при умягчении взвеси в расчете  на сухое вещество, мг/дмЗ

Величина С при известковом  способе умягчения определяется по формуле:

 

тионит истощается и теряет способность умягчать воду. Для восстановления рабочей обменной емкости катионита  проводят его регенерацию раствором  поваренной соли. В результате регенерации происходит замена на котионы натрия ранее поглощенных катионов кальция и магния.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание технологической схемы

 

Снабжение химически-очищенной  водой предприятия осуществляет участок химводоподготовки котельного цеха.

Производство состоит  из одного технологического потока. В  основе производства химочщенной воды положен ионообменный метод Nа⁺ - катионитовых фильтрах по одноступенчатой и двухступенчатой очистке, H⁺ - катионитовых и ОН^- - аниотитовых фильтрах с предварительной очисткой известкованием с коагуляцией и фильтровавши на механических фильтрах.

Генеральный проектировщик  – научно-технический и проектный  институт неорганических пигментов  и судовых покрытий (НИПРОИНС) ЛНПО “Пигмент” г. Ленинград.

По показателям качества производимой продукции проектом предусмотрено выпуск обессоленной воды для технологических нужд химочищенной воды для паровых котлов, котлов-утилизаторов, умягченной воды для подпитки теплосети.

Умягченная вода для подпитки теплосети с открытым водоразбором должна отвечать требованиям "Правил строительства технической эксплуатации водоподготовительных установок и способов организации и проведения водно-химического режима энергообъектов". Утвержденных Министерством промполитики и введенные в действие Приказом Минпромполитики Украины от 06.11.98г. №401.

Вода обессоленная применяется в производственных процессах технологических цехов Титан- 2, Титан-1, а также используется для приготовления воды питания паровых котлов.

Исходная техническая  вода из водохранилища по трубопроводу поступает на подогреватели технической воды тип ПСВ-200-15 поз. 13, где подогревается в зимнее время водой теплосети (при работе водогрейного котла), после подогрева поступает на всас насосов технической воды поз. I₁, I₂, I₃.

Температура исходной вода контролируется по термометру, установленному на входе воды в подогреватели.

Вода поступает после  насосов на подогреватели поз.3_1-3,где подогревается конденсатом, а затем паром в подогревателях поз.2₁-₃, где нагревается до 36⁰С.

Нагретая вода до 36°С направляется в осветлители noз. 5₁-₄, где смешивается с реагентами(коагулянтом, известковым молоком, полиакриламидом).

Перед поступлением в осветлитель  исходная вода проходит через воздухоотделитель. Удаление воздуха необходимо для того, чтобы пузырьки его не вмучивали взвешенный осадок в осветлителе. Из воздухоотделителя коагулированная вода поступает в нижнюю часть осветлителя. В конусной части вода смешивается с дозируемыми реагентами: известковым молоком и коагулянтом при интенсивном перемешивании и медленном подъемом воды в цилиндрическую часть осветлителя через нижнюю успокоительную решетку. В цилиндрической части осветлителя вода медленно поднимается вверх в рабочую зону осветлителя. При этом скорость движения воды в рабочей зоне такая, что хлопья коагулянта находятся во взвешенном состоянии. При прохождении воды через слой взвешенных хлопьев происходит их интенсивное укрупнение, а вода при этом осветляется. Осветленная вода переливается в сборный кольцевой желоб, откуда по трубопроводу поступает в бак известкованной воды поз. 6_1,2.

Избыток взвешенного осадка вместе с водой под действием  разности уровней воды в осветлителе и шламоуплотнителе поступает через шламоприемные окна, расположенные на уровне верхней границы слоя взвешенного осадка.

С уплотнившимся осадком, удаляемым из шламоуплотнителя, теряется 1-2% воды.

Известкованная вода из бака поз. 6_1-2, объемом 700м³ каждый, насосами noз.  7₁, 7₂, 7₃ подается на механические фильтры поз. 8₁, 8₂, 8₃, 8₄, 8₅, 8₆, включенных параллельно.

Давление поступающей  воды на фильтр и после фильтра определяется техническими манометрами на каждом фильтре в отдельности.

Осветленная вода после механических фильтров поступает в коллектор и далее направляется на водород-натрий -катионитовые фильтры, на отмывку натрий-катионитовых фильтров, в бак поз. II.

Фильтры ионообменные представляют собой цилиндрическую емкость со сферическими днищами установленные  вертикально. В верхней части  фильтра смонтирована распределительная система, в нижней части смонтирована дренажная щелевая система. Заполнен фильтр ионообменным материалом, катионитом или анионитом, высотой 3-2,5 метра.

 

Регенерацию катионита необходимо вести нарастающей концентрацией 1- 2-3 % раствора серной кислоты, регулируемой подачей воды в регенерационный раствор.

Регенерация с помощью инжектора:

Открыть задвижку регенерации на фильтре (поз.34/1-7), задвижку воды па инжекторе, задвижку на линии фильтрованной воды. Установить расход воды на регенерацию по показаниям прибора расхода. Открыть нижний дренаж на фильтре полностью.

Открыть вентиль на баке - мернике  поз.41 полностью, вентиль на инжекторе регенерационной линии.

Если греется труба, по которой  поступает кислота в инжектор из бака мерника поз.41 нужно закрыть вентиль кислоты на инжекторе, проверить исправность регенерационной задвижки на открытие на фильтре, открыв верхний дренаж фильтра, убедиться в поступлении воды на фильтр через регенерационную задвижку.

Концентрацию регенерационного раствора регулировать задвижкой на баке мернике  кислоты поз.41 и задвижкой воды на регенерацию, увеличивая или уменьшая расход воды или кислоты, контролируя  подачу воды на регенерацию по расходомеру в пределах 50-60 м³/ч.

Химический контроль за процессом  регенерации производится путем  отбора проб до фильтра с записью  в оперативном журнале.

Время пропуска регенерационного раствора на одну регенерацию составляет 1 ч ,45мин. - 1 ч.50 мин.

После окончания пропуска регенерационного раствора продолжать отмывать фильтр по линии регенерации 30 мин с расходом воды 40-50 м³/ч.

Заканчивать отмывку через входную  задвижку с расходом воды 50-60 м час  быстрая отмывка.

Пуск фильтра в работу - заполнить  фильтр водой в течении 2-3 мин  произвести отмывку фильтра в  дренаж, проверить на жесткость и  кислотность перед включением в  работу.

При отключении фильтра необходимо закрыть задвижку на входе и выходе.

Вода после Н⁺ - катионитовых поз.34/_1-7 фильтров поступает в общий коллектор ϕ 426 мм и далее на вход ОН^- анионитовых фильтров поз.35/_1-7.

На ОН^- - анионитных фильтрах noз.35/_1-7 (отрегенерированных 2-4% раствором NaOH), загруженных слабоосновным анионитом, анионы кислот, образовавшиеся при II - катионировании, задерживаются анионитом, в результате получается обессоленная вода.

 

Эксплуатация ОН^- - анионитовых фильтров сводится к последовательному проведению операций: взрыхление, регенерация, медленная отмывка, быстрая отмывка, рабочий период.

Взрыхление является первой технологической  операцией и заключается в том, что промывочная вода подается снизу вверх через слой анионита и сбрасывается через верхний дренаж в канализацию. Взрыхление приводит анионит во взвешенное состояние и предназначено для устранения уплотнения в его слое, образовавшихся во время работы фильтра, а также для удаления занесенных водой загрязнений и продуктов разрушения частиц анионита.

Перед взрыхлением фильтра необходимо проверить на закрытие задвижки взрыхления на работающих фильтрах.