2.3. Вода в химической промышленности

Вода – наиболее распространенное вещество на Земле. При этом основная масса воды сосредоточена в мировом океане, и это соленая вода, которая для промышленности практически непригодна без опреснения. Общая масса пресной воды на Земле составляет чуть больше 2,5 масс. % от мировых запасов (35 млн. км³). При этом почти 99 % пресной воды – это подземные воды и ледники вместе со снежным покровом.

Химическое производство – одно из крупнейших потребителей воды. Этот факт объясняется рядом достоинств воды, из которых можно выделить следующие:

– наличие комплекса ценных физических свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения);

– доступность и дешевизна;

– нетоксичность;

– удобство транспортировки и использования в производстве.

В химической промышленности вода используется в различных направлениях.

Для технологических целей в качестве:

– растворителя, среды для проведения некоторых физических и механических процессов;

– промывной жидкости для газов;

– экстрагента и абсорбента;

– для перекристаллизации;

– для флотации;

– катализатора или инициатора каталитического процесса (взаимодействие щелочных металлов и водорода с хлором, алкилирование на катализаторе Фриделя – Крафтса проводят в присутствии следов воды).

В качестве теплоносителя в виде горячей воды и перегретого водяного пара и хладоагента.

В качестве сырья или реагента для производства разнообразной химической продукции – синтезы водорода, ацетилена, минеральных кислот, спиртов

Объемы потребления воды химическим производством зависят от типа производимой продукции и колеблются в широких пределах. Так, для производства азотной кислоты требуется 200 т H₂O/т продукции, вискозного волокна – 1200 т H₂O/т; аммиака – 1500 т H₂O/т; капронового волокна – 2500 т H₂O/т.

Колоссальный расход технологической воды с учетом большого объема загрязненных сточных вод требует рационального подхода к ее использованию в химической промышленности. Эти задачи решают следующими способами:

– разработкой научно обоснованных норм расхода на технологические нужды;

– максимально полного использования отходов;

– заменой, где возможно, водяного охлаждения на воздушное;

– организацией замкнутых бессточных производств и водооборотных циклов.

Критерием эффективности водооборотного цикла является коэффициент использования воды, составляющий в химической промышленности 0,8 – 0,9.

2.3.1. Основные показатели качества воды

Вода, используемая в химической промышленности, должна удовлетворять по качеству определенным требованиям. Качество воды определяется совокупностью физических и химических характеристик, среди которых следует отметить: жесткость, окисляемость, рН, долю примесей.

Жесткость – это свойство воды, связанное с присутствием в ней растворенных солей кальция и магния. Жесткость (Ж) характеризуют концентрацией ионов Са²⁺ и Mg²⁺ и измеряют в миллимолях на литр воды. По значению Ж вода бывает мягкой (Ж < 2), средней жесткости (Ж = 2 – 10) и жесткой (Ж > 10).

Окисляемостью называют свойство воды, связанное с присутствием в воде неорганических веществ, легкоокисляющихся соединений железа и сероводорода, способных окисляться различными окислителями, и измеряется количеством КМпО₄или эквивалентным количеством кислорода, израсходованным на окисление 1 л воды, то есть миллиграмм на литр (мг/л).

Активная реакция воды характеризует ее кислотность или щелочность (рН). Она определяется присутствием в воде некоторых газов (хлор, диоксид углерода), гидрокарбонатов, силикатов, реже карбонатов, а также растворимых гуминовых кислот и веществ, вносимых в водоем промышленными стоками. Большинство природных вод имеют рН = 6,5 – 8.

Примеси в природных и сточных водах присутствуют во взвешенном, коллоидном или растворенном состоянии. Примеси во взвешенном состоянии – это эмульсии или суспензии. Они кинетически неустойчивы. Примеси в коллоидном состоянии – это гидрофильные и гидрофобные минеральные и органические коллоидные частицы.