- •Водоподготовка в энергетике
- •к.т.н., доцент Константин Александрович Орлов
- •Литература
- •Дополнительная литература
- •Лекции
- •Очистка воды методом ионного обмена
- •Ионный обмен
- •Ионный обмен
- •Иониты
- •Получение ионитов: матрица
- •Получение ионитов: матрица
- •Получение ионитов: функциональные группы
- •Структура элемента ионита
- •Структура элемента ионита
- •Обозначения
- •Типы ионитов
- •Функциональные группы
- •Функциональные группы
- •Реакции ионного обмена
- •Na-катионирование
- •Na-катионирование
- •H-катионирование
- •H-катионирование
- •OH-анионирование
- •OH-анионирование
- •Характеристики реакций ионного обмена
- •Эквивалентность обмена ионов
- •Обратимость обмена ионов
- •Преимущественная адсорбция (селективность)
- •Заряд иона
- •Радиусы и гидратация ионов щелочноземельных металлов
- •Основной ряд селективности
- •Коэффициент селективности
- •Коэффициент селективности зависит от:
- •Определение коэффициента селективности
- •Скорость ионного обмена
- •Определяющий (медленный) процесс
- •Фронт фильтрования
- •Типы фронтов фильтрования
- •Фронт фильтрования и выходная кривая фильтрования
- •Ионный обмен
- •Физические свойства
- •Гранулометрический состав
- •Насыпная масса ионита
- •Механическая прочность и осмотическая стабильность
- •Структура матрицы ионита
- •Структура матрицы ионита
- •Химические свойства
- •Сила кислотности
- •Сила основности
- •Полная обменная емкость
- •Рабочая обменная емкость
- •Рабочие обменные емкости
- •Термическая стойкость
- •Радиационная устойчивость
- •Органопоглощение
- •Механизмы органопоглощения
- •Межмолекулярное притяжение
- •Усредненные значения допустимой органической нагрузки на аниониты
- •Ионный обмен
- •Два типа процессов ионного обмена
- •Катионирование
- •Анионирование
- •Типы обработок воды
- •Na-катионирование
- •Na-катионирование
- •Na-катионирование
- •Недостатки Na-катионирования
- •Применение Na-катионирования
- •Выходная кривая жесткости при Na-катионировании
- •Регенерация катионита при Na-катионировании
- •Влияние расхода NaCl на регенерацию
- •Регенерация на практике
- •Выходные кривые фильтрования
- •Типы регенераций
- •H-катионирование
- •H-катионирование
- •Распределение ионов по высоте
- •Регенерация ионитного фильтра
- •Изменение качества H-кат. воды при работе H-кат. фильтра
- •Режимы работы H-кат. фильтра
- •Регенерация H-кат. фильтров
- •Реакции при регенерации H-кат. фильтров
- •Удельный расход H2SO4
- •OH-анионирование
- •Реакции при OH-анионировании
- •OH-анионирование
- •Регенерация
- •Ионный обмен
- •Номенклатура ионитных фильтров
- •Наименование ионитных фильтров
- •ФИПа-I
- •ФИПа-II
- •НДРУ
- •ВДРУ
- •Противоточная регенерация
- •Параллельноточные системы
- •Противоточные системы
- •Задачи противоточных систем
- •Основные различия противоточных систем
- •Противоточные системы
- •Блокировка слоя водой/воздухом
- •Обработка восходящего потока: Швебебед, Амберпак, Пьюропак
- •Обработка восходящего потока
- •Противоточная регенерация Амберпак
- •Этапы работы UPCORE
- •UPCORE
- •Дополнительный слой очистки
- •Отечественные ФИПр, ФИПр-2П
- •Результаты перехода на противоточные фильтры
- •Результаты перехода на противоточные фильтры
- •ФИПр-2П
- •Сравнение стоимости фильтров
- •Фильтр с погруженной коллекторной системой (ФИПр)
- •Недостатки фильтров с погруженной коллекторной системой
- •Фильтры с блокировкой инертной массой
- •Недостатки фильтров с блокировкой инертной массой
- •Система с уплотненным слоем (Швебебед)
- •Система с уплотненным слоем (Швебебед)
- •Недостатки системы с уплотненным слоем (Швебебед)
- •Рабочий цикл UP.CO.RE.
- •Особенности работы зарубежных противоточных систем
- •OH-анионирование
- •Разделение на две ступени
- •Регенерация OH-анион. фильтров
- •Избыток NaOH
- •Удаление HSiO3-
- •Фильтры смешанного действия
- •Фильтры смешанного действия
- •Фильтр смешанного действия
- •ФСД с внутренней регенерацией
- •Фильтры смешанного действия
- •ФСД с наружней регенерацией
- •ФСД с наружней регенерацией
- •Ионный обмен
- •Na-катионирование
- •Н-катионирование с "голодной" регенерацией
- •Na-катионирование с дозированием кислоты
- •Последовательное H-Na-катионирование
- •Na-Cl-ионирование
- •Подготовка химически обессоленной воды
- •Частичное химическое обессоливание
- •Глубокое химическое обессоливание
- •Полное химическое обессоливание
- •Схемы соединения фильтров
Особенности работы зарубежных противоточных систем
•работоспособность зарубежных противоточных фильтров может быть гарантирована только при использовании дорогостоящих монодисперсных ионитов определенного типа
•реконструкция отечественных параллельноточных фильтров в противоточные системы требует изменения конструкции дренажно-распределительных устройств;
•при использовании лучевых конструкций для верхних ДРУ в фильтре d = 3,4 м создается "мертвый" объем, для заполнения которого будет израсходовано около 6,0 м3 инерта, стоимость которого соизмерима со стоимостью монодисперсной анионообменной смолы;
•загрузка противоточных фильтров ионитами практически на всю его высоту не оставляет свободного объема для проведения взрыхляющей промывки в свободном пространстве, что предъявляет жесткие требования к качеству осветленной воды по содержанию грубодисперсных примесей, предельная концентрация которых не должна превышать 1 мг/дм3
•организация противоточного обессоливания в одну ступень снижает надежность получения фильтрата требуемого качества, а быстрое нарастание проскоковых концентраций ионитов Na+ или SiO32- в обессоленную воду требует организации прецезионного химического контроля;
•построение схемы обессоливания в виде цепочки из Н- и ОН- фильтров с полной загрузкой их ионитами приводит к недоиспользованию обменной емкости одного из фильтров, так как регулирование равной продолжительности фильтроциклов изменением высоты слоя ионитов исключается в соответствие с технологией "зажатия" слоя ионитов в противоточных фильтрах зарубежной конструкции;
•эффективное использование противоточных фильтров требует более высокой культуры их эксплуатации, строгого соблюдения технического регламента, оснащения установок разнообразными
автоматическими приборами для контроля физических и химических параметров, включенных в
© кафедра ТОТ НИУ «МЭИ», 2022 147
систему автоматизации процессов управления установкой
OH-анионирование
Замена всех анионов из воды на OH– Реакции:
2ROH + SO42– R2Ca + 2OH–
ROH + Cl – RCl + OH–
Избыток OH– – высокий pH:
H2CO3 + OH– H2O + HCO3–
H2SiO3 + OH– H2O + HSiO3–
И тогда (только высокоосновные аниониты):
ROH + HSiO3– RHSiO3 + OH–
ROH + HCO3– RHCO3 + OH–
© кафедра ТОТ НИУ «МЭИ», 2022 |
148 |
Разделение на две ступени
•Слабоосновный анионит в A1: удаление
SO42- и Cl-
•Высокоосновный анионит в A2: HCO3- и
HSiO3-
© кафедра ТОТ НИУ «МЭИ», 2022 |
149 |
Регенерация OH-анион. фильтров
4% раствором NaOH
RCl + nOH- ROH + Cl - + (n - 1)OH- R2SO4 + nOH- 2ROH + SO42- + (n - 2)OH-
RHCO3 + nOH- ROH + HCO3- + (n -
1)OH-
RHSiO3 + nOH- ROH + HSiO3- + (n - 1)OH-
© кафедра ТОТ НИУ «МЭИ», 2022 |
150 |