ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

С.Ж.АСФЕНДИЯРОВ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ МЕДИЦИНАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ФАРМАЦЕВТИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТ

«Фармацевт - технолог» модулі

Натрий катионирования

4 Курс 13-002-01

Проверила: Бошкаева А.К.

Выполнила : Уахитова Д.Б

Алматы-2017

Натрий катионирование

ПРИНЦИП  ДЕЙСТВИЯ: 

Умягчение (натрий-катионирование) - процесс извлечения из воды ионов жесткости - кальция и магния и замена их на ионы натрия. Кальций и магний составляют жесткость воды, следовательно, после их извлечения вода умягчается. Ионы натрия находятся непосредственно в смоле (засыпке). В процессе работы установки происходит обмен ионами, натрий поступает в воду, а кальций и магний - в смолу. По истечении некоторого времени смолу необходимо регенерировать, т.е. восстановить ее свойства. Для этого через нее пропускают раствор поваренной соли, и происходит обратный процесс - натрий насыщает смолу, а кальций и магний поступают в раствор, который после сливается.

Умягчение Na⁺ - катионированием

Основными уравнениями натрий-катионирования для кальциевых и магниевых солей жесткости являются:

Са(НСО₃)₂ + 2NaR СаR₂ + 2NaНСО₃

CaSO₄ + 2NaR  СаR₂ + NaSO₄

CaCl₂ + 2NaR  СаR₂ + 2NaCl

Mg (HCO₃)₂ + 2NaR  MgR₂ + 2NaНСО₃

MgSO₄ + 2NaR  MgR₂ + NaSO₄

MgCl₂ + 2NaR  MgR₂ + 2NaCl,

Где R – полианион катионита. В уравнении R представлен однозарядным лишь формально, для упрощения записи. Фактически полианион катионита имеет потенциальное число зарядов, равное числу его функциональных групп и эквивалентно выражаемое через ПДОЕ отнесенное к объему любого зерна катионита.

В процессе натрий-катионирования общее солесодержание воды не уменьшается, оставаясь эквивалентным исходному, а в весовых единицах даже несколько увеличивается, но качественный состав солей совершенно изменяется потому, что катионы жесткости (Са²⁺ и Mg²⁺) оказываются задержанными на катионите.

Н–Na – катионирование в процессе умягчения воды

При Н – катионировании ионитовые фильтры загружаются катионитом уже не в Na⁺ - форме, а в Н⁺ - форме. Соответственно уравнения ионного обмена наиболее часто содержащихся в воде солей примут следующий вид:

Са(НСО₃)₂ + 2НR  СаR₂ + 2СО₂ + 2Н₂О

CaSO₄ + 2НR  СаR₂ + Н₂SO₄

CaCl₂ + 2НR  СаR₂ + 2НCl

Mg (HCO₃)₂ + 2НR  MgR₃ + 2СО₂ + Н₂О

MgSO₄ + 2НR  MgR₂ + Н₂SO₄

MgCl₂ + 2НR  MgR₂ + 2НCl,

NaНСО₃ + НCl  NaR + СО₂ + 2Н₂О

NaSO₄ + 2НR  NаR + Н₂SO₄

NaCl + НR  NаR + НCl

В первой части приведенных уравнений видно, что не только катионы жесткости (Са⁺и Mg²⁺), но и другие катионы (Na⁺) оказались поглощенными катионитом. Произошло полное превращение солей в кислоты. В присутствии сильных кислот (NaSO₄ и НCl) бикарбонатные ионы не могут существовать: происходит их превращение в углекислый газ и воду, что приводит к полному уничтожению щелочности воды, но вода, содержащая кислоты, непригодна для использования.

Ренегерация Na⁺ - катионитовых фильтров

Регенерацию Na⁺ - катионитовых фильтров производят 6 – 8% водным раствором поваренной соли (NaCl). При этом, расход соли при умягчении вод с содержанием сухого остатка до 800 мг/л находится в пределах 2,6 -–3,5 г-экв/г-экв регенерируемой обменной емкости. При умягчении вод с содержанием сухого остатка выше 800 мг/л допускается увеличенный расзод соли на регенерацию от 4,0 – 4,5 г-экв/г-экв.

В целях уменьшения удельного расхода соли при регенерации иногда практикуют первцю половину расходного колличества соли пропускать в виде 2 – 3%-го раствора, а вторую половину – в виде 6 – 7%-го раствора.

Скорости регенерирующих растворов обычно выдерживают на уровне 7 – 10 м/ч. после регенерации обычно следует отмывка катионита от избытка солевого раствора, оставшегося после регенерации между зернами. Полноту отмывки контролируют по содержанию хлор-ионов в отмывочной воде. Натрий-катионирование может проводиться по одно или двухступенчатой схеме, в зависимости от требования по жесткости воды на выходе установки:

• до 0,05…0,1 мг-экв/л – по одноступенчатой схеме;

• до 0,01 мг-экв/л – по двухступенчатой схеме.

Регенерация Na-катионитовых фильтров.

Регенерация N-катионитов осуществляется путем пропуска раствора хлорида натрия через смолу и описывается следующими реакциями: Ca[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + CaCl2, Mg[K]2 + 2NaCl → 2Na[K] + MgCl2.

Образующиеся в результате ионного обмена соли хлорида кальция и магния хорошо удаляются при пропуске регенерационного раствора и далее в процессе отмывки фильтра.

Процесс регенерации натрий-катионитовых установок складывается из нескольких этапов:

1. Взрыхление/обратная промывка – длится примерно 10-15 минут и имеет целью взрыхлить уплотнившиеся слои катионита и удалить принесенные взвешенные вещества;

2. Пропуск регенерационного раствора – процесс восстановления замещенных ионов Na⁺ на ионы Ca²⁺ и Mg²⁺. Время пропуска регенерационного раствора зависит от рабочей емкости фильтра, концентрации солевого раствора, требуемой степени умягчения и варьируется от 25 до 40 минут.

Вода, проходя сквозь слой катионита, умягчается и направляется в накопительный бак, откуда уже подается насосами потребителю. Такая схема позволяет избежать образование кислых стоков и, как следствие, использовать кислотостойкое оборудование и материалы.

Одноступенчатое N-катионирование, в сравнении с двухступенчатым, имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение:

• умягчение воды не более 0,05 мг-экв/л,

• неполное использование рабочей обменной емкости фильтра,

• повышенный расход соли на регенерацию.

Для более полного прохождения процессов ион-замещения при регенерации и фильтрации используют метод противоточного катионирования.

Обусловлено это тем, что в процессе регенерации сверху вниз наиболее полно замещение ионов Ca²⁺ и Mg² на ионы Na⁺ происходит в верхних слоях катионитового фильтра, в то время как нижние слои, по мере регенерации верхних, более и более концентрируют в себе замещенные ионы Ca²⁺ и Mg²⁺. Это, в свою очередь, ухудшает процесс регенерации и проводит к тому, что нижние слои оказываются не полностью регенерированы. Тот же противоионный эффект наблюдается и в процессе работы фильтра, только взамен замещаемых катионов магния и кальция выступают катионы натрия – их повышенная концентрация в нижних слоях катионита затормаживает ионообменный процесс, что приводит к уменьшению полезной обменной емкости катионитового фильтра и, как следствие, качеству воды на выходе установки.

Данный эффект, негативно влияющий на работу фильтра, устраняется методом противоточного катионирования – умягчаемая вода и регенерационный раствор подаются в разных направлениях, тем самым обеспечивая условия для наиболее полного умягчения воды в процессе фильтрации.

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

С.Ж.АСФЕНДИЯРОВ атындағы ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ МЕДИЦИНАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ФАРМАЦЕВТИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТ

«Фармацевт - технолог» модулі