C ЕВАСТОПОЛЬСКІЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГІЇ ТА ПРОМИСЛОВОСТІ
Контрольна робота З ДИСЦИПЛІНИ "ХІМІЯ"
Тема: "ОЧИЩЕННЯ ВОДИ НА іонітних фільтрів"
Виконав: Студент заочного відділення
Електротехнічного Факультету
ЕСЕ-21в
Левицький П.В.
Севастополь
2007
ПЛАН
ВСТУП
1. ВИДИ ФІЛЬТРІВ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ БУДОВИ
1.1 Фільтри ФІПа, іонітні параллельноточние першого ступеня
Призначення
1.1.2 Опис конструкції
1.1.3 Матеріали
1.2 Фільтри іонітні паралельно-точні другого ступеня
1.3 Фільтр ФІПр, іонітних протиточний
1.4 Фільтри іонітні змішаної дії
2. ДЕЯКІ МЕТОДИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ В іонітних фільтрів
2.1 Натрій-катіонітние метод пом'якшення води
2.2 Водень-натрій-катіонітние метод пом'якшення води
2.3 Опріснення і знесолювання води
ВИСНОВОК
ВСТУП
Вода - це велика цінність, яку людина отримала в дар від природи. Її треба оберігати і вміти раціонально використовувати. Споживання неякісної води може завдати непоправної шкоди здоров'ю людини. Що стосується неочищеної води технічного призначення, домішки, що містяться в ній, руйнують побутові прилади, сантехніку. Накип та осад в кінцевому підсумку призводять до виходу з ладу трубопроводів і підвищення витрати палива. Щоб зробити воду придатною для застосування в побуті та промисловості, її необхідно попередньо готувати за допомогою обладнання для очищення води.
Способів, якими можна очистити воду, існує кілька. У кожному конкретному випадку необхідно знати від чого доведеться чистити воду. Це можна з'ясувати за допомогою аналізу води.
Іоніти (іонообмінники) - тверді нерозчинні речовини, здатні обмінювати свої іони з іонами зовнішнього середовища (іонний обмін).
Іонний обмін - оборотна хімічна реакція, при якій відбувається обмін іонами між твердою речовиною (іонітів) і розчином електроліту або між різними електролітами, що знаходяться в розчині. Іонний обмін застосовують для знесолення води, в гідрометалургії, в хроматографії.
Іоніти поділяються на аніоніти і катіоніти, що обмінюють відповідно негативно або позитивно заряджені іони, і амфолітом, здатні обмінювати одночасно ті й інші іони. Найбільш поширені синтетичні органічні іоніти - іонообмінні смоли. Іонообмінні смоли-синтетичні органічні іоніти. Смоли, що обмінюють з іонами зовнішнього середовища негативно заряджені іони, називаються аніонообмінних, позитивно заряджені іони - катіонообменних, а одночасно іони того й іншого знака - поліамфолітамі. Отримують полімеризацією або поліконденсацією органічних сполук, а також шляхом хімічних перетворень готових полімерів. Широко поширені іонообмінні смоли на основі сополімерів стиролу з дивинилбензола, феноло-формальдегідних смол, поліамінів.
З неорганічних іонітів важливі природні й синтетичні алюмосилікати, гідроксиди та солі полівалентних металів. Застосовуються головним чином для зм'якшування і демінералізації води, а також вилучення з розчинів слідів металів, очищення цукрових сиропів, ліків та багатьох ін
Алюмосилікати - група породоутворюючих мінералів класу силікатів; алюмокремніевих сполук з катіонами лужних металів (польові шпати, слюди, мінерали глин та ін.)
Іонітні паралельно-точні фільтри призначені для пом'якшення і знесолення природних вод. Виготовляються іонообмінні фільтри з нижнім розподільним пристроєм на бетонній основі або копіює типу з нержавіючої сталі. Фільтри діаметром 0,7; 1,0; 1,4; 1,5 м можуть бути виготовлені з пристроєм нижнім збірно-розподільних "помилкове днище", укомплектованим нержавіючими щілинними ковпачками типу ФЕЛ. Верхнє розподільний пристрій ВРУ виготовлено з двох перфорованих склянок вставлених один в одного. Іонітних протитечійні фільтри для технології з гідравлічним затисненням верств виготовляються з пристроями збірно-розподільними з нержавіючої сталі. Корпус може мати фланцевий роз'єм для зручності та безпеки нанесення протикорозійного покриття. У цих фільтрах затискання шару іоніту здійснюється через середнє і верхнє збірно-розподільчий пристрій за рахунок спрямування частини відпрацьованого регенераційних розчинів або подачі вихідної води по контуру рециркуляції.
1. ВИДИ ФІЛЬТРІВ І ОСОБЛИВОСТІ ЇХ БУДОВИ
Іонітні фільтри класифікуються в залежності від принципу дії, а також від цілей, переслідуваних при проходженні води через них.
1.1 Фільтри ФІПа, іонітні паралельно-точні першого ступеня
1.1.1 Призначення
Фільтри іонітні паралельно-точні першого ступеня використовуються на водопідготовчих установках електростанцій, промислових та опалювальних котелень і призначені для обробки води з метою видалення з неї катіонів накіпеобразователей (Ca2 + і Mg2 +) в процесі натрій-водень-або амоній-натрій-катіонірованія, а також сульфатних , хлоридних і нітратних аніонів в процесі знесолення природних вод. Фільтри іонітні паралельно-точні першого ступеня для водень-катіонірованія призначені для заміни катіонів Са-, Мg2 + і Nа + початкової води на катіони Р + в схемах пом'якшення та хімічного знесолення води, використовуються на водопідготовчих установках промислових та опалювальних котелень. Завантаження іонітних фільтрів ФІПа - Сульфовуголь, Катіоніт Ку-2,
1.1.2 Опис конструкції
Іонітні паралельно-точні фільтри першого ступеня складаються з корпусу, нижнього і верхнього розподільних пристроїв, трубопроводів, запірної арматури і пробовідбірних пристроїв. Корпуси фільтрів циліндричні, зварні з листової сталі, з привареними еліптичними штампованими днищами. До нижнього днища приварені три опори для установки фільтрів. У центрі верхнього та нижнього днищ фільтрів приварені фланці, до яких зовні по фронту фільтра приєднують трубопроводи, а всередині - пристрої-розподільники. Верхнє розподільний пристрій типу "стакан в стакані" складається з перфорованих труб, одна з яких вставлена в іншу, нижній кінець їх заглушений. Верхній кінець внутрішньої труби з'єднаний з подачі трубою, зовнішня труба знизу з'єднана з внутрішньої трубою, а верхнім кінцем упирається в еліптичне днище. У фільтрах діаметром до 1,5 м нижнє збірно-розподільчий пристрій виготовляється двох видів: "помилкове днище" або "копіює типу". У фільтрах діаметром 2,0 м до 3,0 м нижнє збірно-розподільчий пристрій-"копірующего_тіпа". Фільтри ФІПаI 1,5-0,6; ФІПаI 2,0-0,6; ФІПаI 2,6-0,6 мають нижнє розподільний пристрій копіює типу-"павук". 1.1.3. Матеріали.
Копрус фільтра виготовлений з вуглецевої сталі і пристосований для нанесення протикорозійного покриття. Трубопроводи зовнішньої обв'язки-з вуглецевої сталі для Na - катіонітових фільтрів і з нержавіючої сталі для H-OH - іонірованія. Верхнє та нижнє збірно-розподільчий пристрій та щілинні ковпачки типу ФЕЛ-з нержавіючої сталі.
1.2 Фільтри іонітні паралельно-точні другого ступеня
Фільтри іонітні паралельно-точні другого ступеня призначені для роботи в різних схемах установок глибокого і повного хімічного знесолення для другої і третьої ступені натрій-катіонірованія, водень-катіонірованія і аніонірованія і використовуються на водопідготовчих установках електростанцій, промислових та опалювальних котелень. При використанні даних фільтрів у схемах глибокого знесолювання з води віддаляються практично всі катіони і аніони, за винятком кремнієвої кислоти, а при використанні в схемах повного хімічного знесолення віддаляється і кремнієва кислота.
1.3 Фільтр ФІПр, іонітних протиточний
Фільтри іонітні протитечійні ФІПр призначені для використання в складі установок знесолення або пом'якшення води на водопідготовчих системах електростанцій, промислових та опалювальних котелень. Завантаження іонітних фільтрів ФІПр - Сульфовуголь, Катіоніт Ку-2,
Варто звернути увагу на опис противоточного фільтра, так як протівоточная технологія іонірованія - реальний шлях до економії коштів, реагентів і води на власні потреби.
Очищення води в теплоенергетиці - вельми відповідальна і високовартісні. На водопідготовчих іонообмінних установках теплових станцій, опалювальних та промислових котелень актуальним є питання зниження питомих витрат реагентів на регенерацію, іонітів, скорочення витрат води на власні потреби та зменшення сольових стоків. Одним з найбільш ефективних способів вирішення цієї проблеми на сьогодні є перехід на противоточную технологію іонірованія. Позитивні особливості противоточной схеми іонірованія:
Скорочення витрат реагентів в 1,5-2 рази; Скорочення витрат води на власні потреби - у 2 рази; Скорочення кількості фільтруючого матеріалу - в 1,5 рази; Зменшення обсягу сольових стоків - в 1,5 рази. Зменшення числа працюючих фільтрів
Крім того, збільшується одинична продуктивність фільтрів: наприклад, фільтр діаметром 3000 мм може працювати з продуктивністю 250-280 м 3 / годину і давати необхідну кількість води в один ступінь.
1.4 Фільтри іонітні змішаної дії
Фільтри іонітні змішаної дії з внутрішньої і зовнішньої (виносної) регенерацією іонітів призначені для глибокого знесолення і обескремніеванія турбінного конденсату і додаткової води. Фільтрування конденсату і додаткової води здійснюється через шар перемішаних зерен Н-катіоніту і ОН-аніоніти. Фільтри змішаної дії використовуються на електростанціях в складі водопідготовчих установок для обробки додаткової води і в складі конденсатоочісток.
2. ДЕЯКІ МЕТОДИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ В іонітних фільтрів
2.1 Натрій-катіонітние метод пом'якшення води
Натрій-катіонітние метод слід застосовувати для пом'якшення підземних вод і вод поверхневих джерел з мутністю не більше 5-8 мг / л і кольоровістю не більше 30 град. При натрій-катіонірованіе лужність води не змінюється. При одноступінчастому натрій-катіонірованіе загальна жорсткість води може бути знижена до 0,05-0,1 г-екв/куб.м, при двухступенчатом - до 0,01 г-екв/куб.м . Обсяг катіоніту W (к), куб.м, у фільтрах першого ступеня слід визначати за формулою
де q (у) - витрата пом'якшеної води, куб.м / год; Ж (о.ісх) - загальна жорсткість початкової води, г-екв/куб.м; - Робоча обмінна ємність катіоніту при натрій-катіонірованіе; г-екв/куб.м; n (р) - число регенераций кожного фільтра на добу, прийняте в межах від однієї до трьох.
Швидкість фільтрування води через Катіоніт для напірних фільтрів першого ступеня при нормальному режимі не повинна перевищувати при загальній жорсткості води: до 5 г-екв/куб.м - 25 м / год; 5-10 г-екв/куб.м - 15 м / ч;
Натрій-катіонітние фільтри другого ступеня слід розраховувати приймаючи висоту шару катіоніту - 1,5 м; швидкість фільтрування - не більше 40 м / год; питома витрата солі для регенерації катіоніту у фільтрах другого ступеня 300-400 г на 1 г-екв затриманих катіонів жорсткості ; онцентрацію регенераційної розчину - 8-12% .- 15 г-екв/куб.м - 10 м / ч.
При обгрунтуванні для пом'якшення води підвищеної мінералізації допускається застосування схем противоточного або східчасто-противоточного натрій-катіонірованія.
2.2 Водень-натрій-катіонітние метод пом'якшення води
Водень-натрій-катіонітние метод слід приймати для видалення з води катіонів жорсткості (кальцію і магнію) і одночасного зниження лужності води. Цей метод слід застосовувати для обробки підземних вод і вод поверхневих джерел з мутністю не більше 5-8 мг / л і кольоровістю не більше 30 град.
Пом'якшення води слід приймати за схемами: паралельного водень-натрій-катіонірованія, що дозволяє отримати фільтрат загальною жорсткістю 0,1 г-екв/куб.м із залишковою лужністю 0,4 г-екв/куб.м; при цьому сумарний вміст хлоридів і сульфатів у вихідній воді має бути не більше 4 г-екв/куб.м і натрію не більше 2 г-екв/куб.м. та послідовного водень-натрій-катіонірованія з "голодною" регенерацією водень-катіонітних фільтрів; при цьому загальна жорсткість фільтрату склали 0,01 г-екв/куб.м, лужність - 0,7 г-екв/куб.м; і водень-катіонірованія з "голодною" регенерацією і наступним фільтруванням через буферні саморегенерірующіеся катіонітние фільтри; при цьому загальна жорсткість фільтрату буде на 0,7-1,5 г-екв/куб.м вище некарбонатних жорсткості вихідної води, лужність фільтрату - 0,7-1,5 г-екв/куб.м.
Катіонітние буферні фільтри допускається не передбачати, якщо не потрібно підтримки залишкової жорсткості, лужності та рН в суворо визначених межах.
Слід передбачати можливість регенерації буферних фільтрів розчином технічної кухонної солі.
Обсяг катіоніту W (н), куб.м, в водень-катіонітних фільтрах слід визначати за формулою
Обсяг катіоніту W (Na), куб.м, в натрій-катіонітних фільтрах слід визначати за формулою
де Ж (o) - загальна жорсткість зм'якшеної води, г-екв/куб.м; n (p) - число регенераций кожного фільтра на добу. - Робоча обмінна ємність водень-катіоніту, г-екв/куб.м;
робоча обмінна ємність натрій-катіоніту, г-екв/куб.м; С (Na) - концентрація у воді натрію, г-екв/куб.м.
Відпрацьовані регенераційні розчини іонітних умягчітельних установок в залежності від місцевих умов слід направляти в накопичувачі, побутову або виробничу каналізацію; слід також розглядати можливість обробки концентрованої частини вод для їх повторного використання. Відпрацьовані розчини перед скиданням у каналізацію після усереднення належить при необхідності нейтралізувати. При цьому виходять опади карбонату кальцію і магнію двоокису слід виділяти відстоюванням і направляти в накопичувач.
2.3 Опріснення і знесолювання води
Іонний обмін
Знесолення води іонним обміном слід проводити при загальному солевмісті води до 1500-2000 мг / л і сумарному змісті хлоридів і сульфатів не більше 5 мг-екв / л. Вода, яка подається на іонітні фільтри, повинна містити, не більше: завислих речовин - 8 мг / л, кольоровість - 30 ° і перманганатная окислюваність - 7 мг О / л. Вода, яка не відповідає цим вимогам, повинна попередньо оброблятися. Знесолення води іонним обміном по одноступінчастої схемою слід передбачати послідовним фільтруванням через водень-катіони і слабоосновним аніоніт з подальшим видаленням двоокису вуглецю з води на дегазатор. Солевміст води, обробленої по одноступінчастої схемою, має становити не більше 20 мг / л (питома електропровідність - 35-45 мкОм / см), вміст кремнію при цьому не знижується. При двоступеневої схемою знесолення води слід передбачати: водень-катіонітние фільтри першого ступеня; аніонітние фільтри першого ступеня, завантажені слабоосновним аніонітів; водень-катіонітние фільтри другого ступеня; Дегазатори для видалення двоокису вуглецю; аніонітние фільтри другого ступеня, завантажені сільноосновним аніонітів для видалення кремнієвої кислоти. Солевміст води, обробленої за двоступеневою схемою, має бути не більше 0,5 мг / л (питома електропровідність 1,6 - 1,8 мкОм / см) і зміст кремнекислоти - не більше 0,1 мг / л. При триступеневої схемою знесолення води , предусматр третій ступінь фільтрів зі змішаною завантаженням, що складається з висококислотних катіоніту і високоосновних аніоніти (ФСД). Солевміст води, обробленої за триступеневою схемою, не повинен перевищувати 0,1 мг / л (питома електропровідність 0,3 - 0,4 мкОм / см) і зміст кремнекислоти не більше 0,02 мг / л.
ВИСНОВОК
Перспективні напрями.
А) Сьогодні іонітні фільтри знайшли широке застосування. У цій області ведеться велика наукова робота, зокрема винайдений новий спосіб регенерації іонітних фільтрів, що дозволяє підвищити економічність способу. Спосіб регенерації включає розпушування промивної водою шару іоніту і блокуючого шару, періодичну подачу розчину реагенту через шар іоніту та гідравлічне затискання блокуючого шару локальними потоками, здійснюване почергової подачею вихідної води і розчину реагенту зі швидкістю руху локального потоку розчину реагенту в блокирующем шарі, яка визначається за формулою 
, Де v δ л - швидкість руху локального потоку; V осн - швидкість руху розчину реагенту в шарі іоніту; λ - коефіцієнт рівний 4-5; h δ л і h осн - - висота відповідно блокуючого і основного шарів.
Б) Одна з тенденцій сучасного ринку іонообмінних смол - витіснення полідисперсних смол монодисперсних. Існують нові розробки на основі технології UPCORE. До них слід віднести використання в катіонітние фільтрі додаткового шару крупнозернистого сополімерастірола і дивинилбензола, наявного над шаром катіоніту, що дозволяє: використовувати більш високі швидкості фільтрації і захистити катіоніти від забруднень.
В) Розроблена нова технологія іонного обміну для отримання глубокообессоленной води - Multrex. Застосовуючи звичайну схему H-OH c противоточной регенерацією, можна отримати частково обессоленную воду з провідністю 0,8-2,0 мкСм / см, після чого використовуються фільтри змішаної дії для отримання глубокообессоленной води якістю 0,2-0,5 мкСм / см. Вода, що отримується потехнологіі Multrex, має електропровідність 0,06-0,1 мкСм / см. Нововведення системи - використання Н-катіонітових фільтра в якості полірувального для отримання глубокообессоленной води і автоматична гідроперегрузка полірованого шару смоли в цей фільтр після кожної регенерації іонітних ланцюжка. Цим досягається високоякісна і економічна регенерація полірувального фільтра. У Росії вже використовуються системи з полірувальним Н-фільтром, але без виносної регенерації, а ця технологія успішно експлуатується на кількох заводах хімічної промисловості в Румунії протягом 4 років.