книги из ГПНТБ / Говерт А.А. Водоподготовка для локомобилей

свои катионы натрия на катионы солей жесткости [Са2+, Mg2+], в результате чего вода умягчается.

Реакции катионного обмена при натрий-катионирова- нии идут по следующим схемам:

где код символом R подразумевается сложный радикал катионита в роли двухвалентного аниона.

При прохождении через натрий-катионитовый фильтр жесткость воды снижается до 0,02—0,05 мг-экв/л-, если же воду подвергать двухступенчатому катионированию, то ос­ таточная жесткость ее может быть снижена до 0,007 мг-экв/л; поэтому двухступенчатое натрий-катиони- рование считается одним из наиболее надежных и эффек­ тивных методов водоумягчения. Эффективность действия натрий-катиенитового метода снижается с возрастанием степени минерализованности умягчаемой воды. После про­ хождения воды через натрий-катионитовый фильтр солесодержание ее увеличивается на (0,15 Са^+ОДЭ Mg2+) мг/л,

асодержание катионов натрия увеличивается на

Вбольшинстве случаев щелочность умягченной натрийкатионированием воды численно равна карбонатной жест­ кости исходной воды.

Для осуществления натрий-катионирования применяют­ ся различные катиониты: с одной стороны, естественные и искусственные и, с другой — органические и неорганиче­ ские. Одним из основных показателей, характеризующих катионит, является величина его способности к ионному обмену или так называемой рабочей емкости поглощения. Рабочая (эксплуатационная) емкость поглощения натрий-

0,035 мг-экв/л; раньше она выражалась в тонно-градусах катионов на 1 м3 катионита; 1 г-экв/м3—2,ЪЫ т-град/м3.

91

Если емкость поглощения катионита составляет, например,

50 м3 воды с жесткостью 7 мг-э,кв/л, и т. д.

Различают еще полную емкость поглощения катионита, которая представляет собой количество накипеобразователей в грамм-эквивалентах, которые может поглотить 1 м3 ка+ионита до того предела (момента истощения), когда жесткость умягченной воды станет равной жесткости ис­

в количестве 100 а. Обменная способность катионита или его емкость поглощения может в условиях эксплуатации изменяться в зависимости от химического состава и тем­ пературы умягчаемой воды, условий регенерации (восста­ новления катионита) и других факторов.

С уменьшением размера зерен обменная способность катионита увеличивается, но при слишком мелких зернах его пропускная способность уменьшается, так как возра­ стает гидравлическое сопротивление его слоя.

Несколько лет назад в качестве катионитов применяли естественные материалы — глаукониты с обменной способ­ ностью 105—145 г-экв/м3 и искусственные пермутиты. В на­ стоящее время эти материалы не применяются в связи с рядом их недостатков и выпуском промышленностью более эффективных катионитов.

Наибольшее распространение в качестве катионитов получили сульфированные угли Воскресенского химкомби­ ната (сульфоугли), которые представляют собой органиче­ ские вещества, искусственно изготовляемые обработкой олеумом (дымящейся серной кислотой) каменных или бу­ рых углей. Сульфоугли представляют собой зернистые, сы­ пучие материалы черного цвета, стойкие в кислой и слабо­ щелочной среде; они могут применяться для умягчения воды с температурой до 65—70° С. Характеристика сульфоуглей в соответствии с техническими условиями приведена в табл. 6.

Помимо сульфоуглей, за последнее время в качестве катионитов нашли применение синтетические смолы (эспатиты, вофатиты), представляющие собой продукты различ­ ных фенолов и их сульфопроизводных с формалином. Ха­ рактеристики этих органических катионитов приведены в табл. 7.

92

Способностью к катионному обмену обладают также многие пластмассы, гумусовые угли, бурые угли, вермику­ лит, полевые шпаты, гумус почв.

Для катионитовых фильтров второй ступени может быть применен карбоксильный катионит КБ-4..

93

Катионитовые материалы загружаются в катионитовый фильтр, который обычно представляет собой вертикаль­

94

‘груб большого диаметра. На высоту 1,5—3 м фильтр за­ гружают кагионитовым материалом, поверх которого оста­ ется свободное пространство 4 для создания так называе­ мой водяной подушки. Эта подушка служит для обеспече­ ния равномерного прохождения умягчаемой воды через ка­ тионит, возможности расширения катионита при взрыхле­ нии и предотвращения .выноса его зерен в дренаж. Каждый фильтр снабжается запорной арматурой для осуществле­ ния переключений (задвижки, вентили, многоходовой кран), ограничителем интенсивности взрыхления и кон­ трольно-измерительными приборами; на фронтовой части катионитового фильтра располагаются пробоотборники.

Нашей промышленностью для установок малой энерге­ тики выпускаются специальные катионитовые фильтры (рис. 33). Эти фильтры успешно применяются на локомо­ бильных электростанциях и имеют следующие характери­ стики:

Люк .в верхней части фильтра служит для загрузки ка­ тионита и периодических осмотров.

В случае невозможности получения катионитовьих филь­ тров промышленного изготовления можно сделать на месте фильтры упрощенной конструкции М. Ф. Шапрова; эти фильтры (рис. 34) успешно применяются для стационарных паровых котлов железнодорожного транспорта и локомо­ бильных котлой. Катионитовые фильтры конструкции М. Ф. Шапрова простьи в изготовлении и недороги; харак­ теристики этих фильтров приведены в табл. 8.

Для изготовления катионитовых фильтров (и солерастворителей) можно-применять корпуса старого, непригод­ ного для использования по назначению оборудования, тако­ го, как бойлеры, баллоны и т. п.

При умягчении воды по схеме чистого натрий-катиони- рования надо устанавливать два фильтра, из которых один работает, а второй находится на регенерации, в ремонте или резерве.

95

За последние годы в конструкции катионитовых филь­ тров внесено много усовершенствований: разработаны!дре­ нажные устройства, стойкие в отношении температурный, химических и механических воздействий; вместо воронок

flo г-1

для удобства обслуживания катионитовых фильтров разра­ ботаны многоходовые кра,ны с ручным или электрическим приводом, заменяющие одновременно несколько задвижек и вентилей. Общий вид катионитового фильтра е многохо­ довым краном показан на рис. 35.

96

При катионировании вода, подлежащая умягчению, подводится к фильтру по трубопроводу и затем через за­ движку и распределительное устройство (или конусную воронку) попадает внутрь фильтра, проходит через слой катионита и через дренажную систему выводится наружу. Скорость фильтрования при использовании оульфоуглей и синтетических смол должна составлять 5—15 м/ч\ времен­ ное увеличение скорости допускается до 25—30 м/ч; при очень больших скоростях фильтрования (40—50 м/ч) воз­ растают потери напора и сильно уплотняется фильтрующий слой, в результате чего работа фильтра ухудшается. Кон­ троль за скоростью фильтрования осуществляется по пока­ заниям водомера или дифма.нометра.

Непрерывное умягчение воды проводится до тех шор, пока жесткость ее не увеличится до 0,35—0,5 мг-экв/л. Про­ должительность цикла умягчения воды или так называемо­ го рабочего цикла между двумя регенерациями прини­ мается обычно равной 8—12 ч (не менее 6 ч), однако в це­ лях удобства ее можно увеличивать, доводя до 24 ч.

Впроцессе фильтрования воды происходит загрязнение

иуплотнение катионита, поэтому перед регенерацией его

надо периодически взрыхлять. Взрыхление уменьшает гидравлические сопротивления и облегчает доступ регене-

Катионит

Вдренаж

через распределительное устройство или конусную ворон­ ку сбрасывается в дренаж. На вьиходе воды из фильтра устанавливается регулятор (или дроссельная шайба), ограничивающий поступление воды на взрыхление.

98

Интенсивность взрыхления зависит от типа и зернисто­ сти катионитового материала и уточняется в процессе 'экс­

Если при взрыхлении будет наблюдаться вынос зерен катионита, то .надо уменьшить скорость подачи воды на фильтр. Продолжительность операции взрыхления состав­ ляет для сульфоугля примерно 10—15 мин\ если после это­ го срока сливаемая вода не осветлилась, то операцию взрыхления надо продолжать до полного осветления воды, так как в противном случае из фильтра не выносится «ме­ лочь» и работа его ухудшается. Взрыхление .сульфоугля необязательно производить перед каждой регенерацией; его можно осуществлять 1 раз за 5—10 регенераций.

После .взрыхления производится регенерация фильтра, в процессе которой катионит получает катионы натрия (вы­ тесняющие катионы! кальция и магния) и снова приобре­ тает способность умягчать воду. Обычно регенерация осу­ ществляется путем пропуска через катионит раствора поваренной соли. Реакции при этом протекают по следую­ щим схемам:

Продукты регенерации (хлористый кальций и хлори­ стый магний) сбрасываются в дренаж.

Поваренная соль пропускается через катионит сверху вниз в виде 5—10%-ного раствора, обычно в количестве примерно 125—175 а хлористого натрия ,на 1 г-экв факти­ чески поглощенных солей жесткости, что в 3—4 раза пре­ вышает расчетную потребность. Раствор соли пропускают со скоростью 3—4 м/ч в течение 20—30 мин. Иногда в це­ лях экономии поваренной соли применяют более медлен­ ный пропуск раствора через фильтр (в течение 1—2 ч); улучшения эффекта регенерации можно достичь также пу­ тем выдерживания .в фильтре 8—10%-ного раствора соли в течение 12—15 мин\ при этом объем регенерационного раствора должен быть не меньше, чем объем самого катио­ нита. Эффект регенерации снижается при содержании в соли повышенных количеств кальция и магния. Во избе­ жание нарушения нормальной работы фильтра нельзя до-

пускать попадания в катионитовьий материал воздуха, для чего надо все время держать фильтр под слоем воды и пе­ риодически выпускать воздух, накапливающийся в верхней части фильтра.

Для приготовления соляного раствора в промышлен­ ной энергетике получили распространение еолерастворители проточного типа, один из которых изображен на рис. 36. Этот солераетворитель состоит из цилиндрического свар­ ного корпуса с плоским или сферическим днищем и крыш­

в дренаж

Рис. 36. Солераетворитель промышленного изготовления.

кой на фланцах с загрузочным устройством; в нижней ча­ сти солерастворителя имеется дренажное устройство, кото­ рое служит для равномерного прохождения раствора соли и отвода его из солерастворителя. Дренажное устройство покрывается гравийной подстилкой и слоем кварцевого песка для удержания соли, загружаемой • в солераетвори­ тель, и осветления ее раствора при регенерации. Располо­ женный в средней части солерастворителя люк служит для засыпания и замены фильтрующей загрузки и периодиче­ ских ее осмотров, а также для удаления с поверхности за­ грузки невымываемых загрязнений. Загрузка соли произ-1

100