Н-катионирование

Принцип водород-катионитового умягчения воды и происходящие при этом химические реакции. Схемы параллельного, последовательного и совместного водород-натрий-катионитового умягчения воды. Технологические данные для расчета Н-катионитных фильтров.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Теплоэнергетика»

Pасчётно гpафическая pабота

На тему: «Н-катионирование»

Выполнил:

Ахметшин Э.И.

Проверил:

Фёдоров Р.В.

Ульяновск 2013

Содержание

Введение

1. Водород - катионитовое умягчение воды

2. Схемы катионирования

3. Технологические данные для расчета Н-катионитных фильтров

Заключение

Список литературы

Введение

Целью данной работы является подробное изучение процесса Н-катионировании.

В процессе водоподготовки применяется один из основных процессов для удаления из воды примесей - катионирование. Существуют H - катионирование и Na - катионирование. Na - катионирование имеет самостоятельное значение, как процесс и используется для умягчения воды при водоподготовке. H - катионирование, как процесс используется в обессоливании воды. Процесс использования катионита при Na - катионировании и H - катионировании на установках водоподготовки протекает в насыпных ионитных фильтрах раздельного и смешанного действия.

1. Водород - катионитовое умягчение воды

Обработка воды водород-катионированием (Н-катионированием) основана на фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода. Процесс описывается следующими реакциями:

При Н-катионировании воды (табл. 20.6) значительно снижается ее рН из-за кислот, образующихся в фильтрате. Выделяющийся при Н-катионировании оксид углерода (IV) можно удалить дегазацией, и в растворе останутся минеральные кислоты в количествах, эквивалентных содержанию сульфатов и хлоридов в исходной воде.

Таблица 1

Н-катионирование в различных схемах обработки воды

Технологическая схема обработки воды	Показатель отключения Н-катнонитного фильтра на регенерацию	Результат обработки воды	Рекомендации к применению
Н-катиоиирование с «голодной» регенерацией фильтров и последующим фильтрованием через буферные саморегенерирующиеся фильтры	Повышение щелочности фильтрата	Що< 0,7-4-1,5 мг-экв/л; Жо = Жн + +(0,7-f-l,5) мг-экв/л; снижение солесодержания	рис. 20.15
Последовательное H-Na- катионирование с «голодной» регенерацией Н-ка- тионитных фильтров	То же	Що < 0,7 мг-экв/л; Жо = 0>01 мг-экв/л; снижение ссшесодер- жания	Схема используется при подготовке добавка к питательной воде паровых котлов, испарителей и т. п.
Параллельное Н- Nа-катионирование	Повышение общей жесткости фильтрата	Жо = 0>1 мг-экв/л; Щ0 = 0,4 мг-экв/л; снижение солесо держания. При наличии Na-катионитного фильтра второй ступени Жо = 0,01 мг-экв/л	Применяется, когда по составу исходной воды невозможно осуществить схему с «голодной» регенерацией. Пригодна для обработки мало- и средне- минерализованных вод при содержании (С1---- < 4 мг-экв/л; Na+ < 2 мг-экв/л
Частичное химическое обессоливание	«Проскок» жесткости	0,1 мг-экв/л; снижение щелочности; снижение ссшесодержания	рис. 20.15, а. Схема используется, когда ие требуется удалять из воды ионы натрия
Частичное химическое обессоливание	Снижение кислотности фильтрата	Снижение солесодер- жания, удаление углекислоты; удаление части Na+ в соответствии с необходимым снижением солесодержания	рис. 20.15, б, в.
Полное химическое обессоливание	«Проскок» ионов натрия	Полное удаление катионов, анионов и кремниевой кислоты	В котельных низкого и среднего давления не применяется

Из приведенных выше реакций для натрий-катионитового умягчения воды видно, что щелочность воды в процессе ионного обмена не изменяется. Следовательно, пропорционально смешивая кислый фильтрат после Н-катионитовых фильтров со щелочным фильтратом после Na-катионитовых фильтров, можно получить умягченную воду с различной щелочностью. В этом заключается сущность и преимущество Н--Na-катионитового метода умягчения воды. Применяют параллельное, последовательное и смешанное (совместное) Н--Nа-катионирование.

2. Схемы катионирования

При параллельном Н--Nа-катионировании (рис. 1, а) одна часть воды пропускается через Na-катионитовые фильтры, другая -- через Н-катионитовые фильтры, а затем оба потока смешивают. Образующиеся щелочные и кислые воды смешивают в такой пропорции, чтобы их остаточная щелочность не превышала 0,4 мг-экв/л. Для получения устойчивого и глубокого умягчения (до 0,01 мг-экв/л) воду после дегазатора пропускают через барьерный натрий-катионитовый фильтр.

Схему параллельного Н--Na-катионирования целесообразно применять в тех случаях, когда суммарная концентрация сульфатов и хлоридов в умягчаемой воде не превышает 4 мг-экв/л и содержание натрия не более 2 мг-экв/л.

При последовательном Н--Nа-катионировании (рис. 20.15,6) часть воды пропускают через Н-катионитовые фильтры, затем смешивают с остальной водой, полученную смесь пропускают через дегазатор для удаления оксида углерода (IV), а затем всю воду подают на натрий-катионитовые фильтры. Количество воды, подаваемое на Н-катионирование, определяют, как и при параллельном Н--Nа-катионировании. Подобная схема позволяет более полно использовать обменную емкость Н-катионита и снизить расход кислоты на его регенерацию, поскольку отключение Н-катионитовых фильтров в данном случае диктуется не проскоком катионов жесткости порядка 0,5 мг-экв/л, а допускаемым их содержанием -- 1,0 мг-экв/л. При повышенных требованиях к умягчению воды схема дополняется барьерными натрий-катионитовыми фильтрами. К недостатку схемы следует отнести большой расход электроэнергии, затрачиваемой на передачу воды через последовательно включенные фильтры. Схему последовательного Н--Nа-катионирования применяют при умягчении воды с повышенными жесткостью и содержанием солей; остаточная щелочность при этом составляет примерно 0,7 мг-экв/л.

Известна схема последовательного Н-Nа-катионирования воды при «голодном» режиме регенерации Н-катионитовых фильтров.

При обычном Н-катионировании регенерация проводится с удельным расходом кислоты, в 2,5--2 раза больше теоретически необходимого, который отвечает процессу эквивалентного обмена катионов между раствором и катионитом. Избыток кислоты, не участвующий в реакциях обмена ионов, сбрасывается из фильтра вместе с продуктами регенерации. При «голодной» регенерации Н-катионитного фильтра удельный расход кислоты равен его теоретическому удельному расходу, т. е. 1 г-экв/г-экв, или в пересчете на граммы для H2S04 -- 49 г/г-экв. Все ионы водорода регенерационного раствора при этом полностью задерживаются катионитом, вследствие чего сбрасываемый регенерационный раствор и отмывочные воды не содержат кислоты. В отличие от обычных Н-катионитных фильтров, в которых весь слой катионита при регенерации переводится в Н-форму, при «голодном» режиме регенерируются, т. е. переводятся в Н-форму, только верхние слои, а нижние слои остаются в солевых формах и содержат катионы Ca(II), Mg(II) и Na(I).



Рис. 1 Схемы параллельного (а), последовательного (б) и совместного (в) водород-натрий-катионитового умягчения воды.

1 -- подача исходной и отвод умягченной воды; 2 -- солерастворитель; 3 -- группа натрий-катионитовых фильтров; 4 -- бак для взрыхления; 5 -- дегазатор; 6 - резервуар умягченной воды; 7 -- вентилятор; 8 -- группа водород-катионитовых натрий фильтров; 9- бак для хранения раствора кислоты; 10 -- насос; 12 -- водород-- катионитовый фильтр; 13 -- буферный натрий-катионитовый фильтр

В верхних слоях катионита, отрегенерированного «голодной» нормой кислоты, при работе фильтра имеют место все реакции ионного обмена, приведенные выше. В нижележащих, неотрегенерированных слоях катионита ионы водорода образовавшихся минеральных кислот обмениваются на ионы Ca(II), Mg(II) и Na(I) по уравнениям

т. е. происходит нейтрализация кислотности воды и при этом восстанавливается ее некарбонатная жесткость, а зона слоя, содержащего ионы Н+, смещается постепе...