Контрольные вопросы:

1. В чем заключается умягчение воды методом ионного обмена?

2. Какие процессы умягчения методом ионного обмена используют на ВПУ ТЭС и АЭС?

3. Из каких процессов состоит полный цикл работы ионитных фильтров?

4. Написать реакции ионного обмена на Na-фильтре.

5. Назначение операции «взрыхления катионита».

6. Написать реакции регенерации.

7. Назначение операции «отмывка катионита» .

8. Проанализировать достоинства и недостатки натрий-катионированной воды.

Лабораторная работа № 10 Обессоливание воды методом ионного обмена.

Цель работы: Ознакомление с процессом обессоливания воды путем eё последовательной обработки на водород – катионитовых и ОН–ионитовых фильтрах. Изучение свойств водород-катионированной и обессоленной воды.

Общие сведения

Обессоливание воды предполагает удаление из нее всех катионов и анионов растворенных солей.

Рисунок 2.116 - Ступень химического обессоливания воды

Метод ионообменного обессоливания воды основан на последовательном осуществлении процессов H⁺ и ОН^– - ионирования. На рис. 2.11 представлена ступень химического обессоливания воды.

При водород – катионировании происходит обмен всех растворенных в воде катионов (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) на обменный катион H⁺ по приведенным реакциям:

_(2.85)

_(2.85)

СаСl₂ + 2HR  CaR₂ + 2HCl (2.87)

MgSO₄ + 2HR  MgR₂ + H₂SO₄ (2.88)

Анализ приведенных реакций показывает, что за счет разрушения бикарбонат иона , который при водород-катионировании переходит в свободную углекислоту СО₂, изменяется не только катионный, но и анионный состав воды. Снижается общая жесткость воды, полностью удаляется карбонатная жесткость. Присутствующие в исходной воде сульфаты, хлориды, силикаты и нитраты кальция, магния, натрия преобразуются в минеральные кислоты (серную, соляную, кремниевую, азотную). Вода приобретает кислую реакцию. Максимальная величина кислотности эквивалентна суммарной концентрации всех анионов сильных кислот в исходной воде ( , , ).

Величина кислотности водород-катионированной воды непостоянна. Она снижается в процессе фильтрования по мере истощения катионита. Для того, чтобы получить обессоленную воду, необходимо предотвратить поступление в фильтрат катионов . Поэтому водород – катионитные фильтры в схемах обессоливания отключают на регенерацию по проскоку в фильтрат катионов . Косвенным показателем проскока катионов служит снижение кислотности. Процесс восстановления водород – катионитного фильтра аналогичен процессу восстановления натрий – катионитного фильтра (см. лабораторную работу № 9). Отличие состоит в регенерационном растворе.

Регенерация водород – катионитных фильтров производят 1,0 – 1,5% - ным раствором H₂SO₄ по реакциям:

_{2NaR+H2SO42HR+Na2SO4 (2.89)}

_{2СaR2+H2SO42HR+СaSO4 (2.90)}

_{2MgR2+H2SO42HR+MgSO4 (2.91)}

При проведении регенерации концентрацию кислотности раствора увеличивают постепенно во избежание обрастания зерен катионита отложениями сульфата кальция CaSO₄, нерастворимыми в воде (загипсовывание катионита).

При ОН – ионировании воды обменным анионом является анион OH^–, который в процессе фильтрования воды через слой анионита поглощает находящиеся в ней анионы.

Для удаления из обрабатываемой воды анионов сильных кислот ( , , , ) фильтр загружают слабоосновным анионитом на котором протекают следующие реакции:

(2.92)

Н₂SO₄+2ROHR₂SO₄+2H₂O (2.93)

(2.94)

Анионы слабых кислот ( ) не вступают в обменные реакции со слабоосновным анионитам. Для удаления из водород – катионированной воды всех анионов фильтр загружают высокоосновным анионитом, который способен удалять из воды, кроме анионов сильных кислот, также и анионы слабых кислот по реакциям:

(2.95)

(2.96)

Сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных, а их обменная емкость невелика, поэтому их применяют на второй и третьей ступнях обессоливания для удаления из воды в основном анионов кремниевой кислоты. Для удаления основного количества угольной кислоты в схемах ВПУ используют декарбонизаторы. Углекислота, оставшаяся в воде после декарбонизатора, удаляется сильноосновным анионитом.

При истощении анионита анионитные фильтры первой ступени обессоливания отключают на регенерацию по проскоку в фильтрат ионов , а анионитовые фильтры второй ступени – по проскоку ионов .

Для восстановления обменных свойств слабо – и высокоосновных анионитов используют 4,0 % - ый раствор NaOH.

(2.97)

(2.98)

RCl+NaOH  ROH+NaCl (2.99)

На ВПУ ТЭС технологический процесс обессоливания воды складывается из нескольких ступеней. В зависимости от количества ступеней обессоливания различают следующие схемы:

 упрощенное обессоливание;

 двухступенчатое обессоливание;

 трехступенчатое обессоливание.

Выбор конкретной схемы обессоливания зависит от качества исходной воды, а также от типа парогенераторов, установленных на ТЭС. На АЭС выбор схемы обессоливания воды зависит от типа реактора (приложение №4).