Водоподготовка
.pdf
161
Слабоосновный анионит АН-31 (ГОСТ 20303-74) получают поликонденсацией эпихлоргидрина и полиэтиленполиамина в присутствии аммиака. Анионит полифункционален, имеет группировки вторичных
итретичных аминов [1]:
–N – CH2 – CH2 – NH – CH2 – CH – CH2 – N –
CH2 CH2
CH2- CH2
– N – CH2 – CH2 – NH – CH2 – CH – CH2 – N –
Контрольные вопросы к главе 6
1.Дайте определение иониты, перечислите способы его получения.
2.Приведите реакции ионного обмена на ступенях Н(I), Н(II), Н(III).
3.Приведите реакции ионного обмена на ступенях А(I), А(II), А(III).
4.Опишите кинетику и механизм Н-катионирования.
5.Опишите кинетику и механизм ОН-анионирования.
6.Опишите устройство и работу фильтра смешанного действия.
7.Сравните устройство и работу фильтров смешанного действия
свнутренней и внешней регенерации.
8.Нарисуйте типы регенерации ионитных фильтров.
9.Зарисуйте технологические схемы очистки турбинного и производственного конденсата на ТЭС и объясните принцип их работы.
10.Охарактеризуйте реагентное хозяйство ионитных установок.
11.Назовите технологические характеристики ионитов.
162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В условиях высокой единичной мощности агрегатов ТЭС, повышенных удельных тепловых нагрузок и роста требований к надѐжной и безопасной работе оборудования все большую значимость продолжают приобретать проблемы подготовки воды надлежащего качества и высокоэффективной очистки конденсатов различных типов. При этом
внедрение |
в |
практику |
эксплуатации |
мощных |
энергоблоков |
с использованием |
новых водно-химических |
режимов и |
углубленное |
||
изучение |
поведения примесей пара в турбоустановках, требования |
||||
к качеству питательной воды и соответственно к качеству турбинного конденсата, добавочной питательной воды должны быть реализованы на фоне повышения качества работы оборудования водоочистки при
сокращении объѐмов вредных стоков |
от ВПУ. При проектировании |
и эксплуатации водоподготовительных |
установок необходимо решать |
инженерно-оптимизационные задачи при выборе оборудования и схем, технологических режимов. Решение этих задач определяется большим числом исходных и конечных параметров, таких как различное качество исходной воды, требования к качеству конечного продукта, малосточность установок, экономические и надѐжностные показатели.
163
Приложение
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ
Показатели качества исходной воды Исходной водой является вода поверхностного источника реки
Северная Двина города Архангельска. Показатели качества воды представлены в табл. 1.
Таблица 1
Показатели качества исходной воды
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание |
|
|
|
|
|
Химический состав |
|
3 |
3 |
|
|
3 |
||||
|
|
мг/дм |
|
мг-экв/дм |
|
моль/дм3 10 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Ca |
2 |
|
102 |
|
5,090 |
|
2,545 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mg |
|
2 |
|
16,8 |
|
1,382 |
|
0,691 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Na |
|
|
6,9 |
|
0,300 |
|
0,300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
264 |
|
4,328 |
|
4,328 |
|
|
|
|
HCO |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SO |
2 |
|
112,8 |
|
2,350 |
|
1,175 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Cl |
|
|
7,1 |
|
0,200 |
|
0,200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
SiO |
|
2 |
|
10,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окисляемость (Ок), мг O 2 |
/дм3 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|||||
Солесодержание |
|
|
|
509,6 |
|
|
|
|
|
|||
Общая жесткость ( Ж о ) |
|
|
|
6,472 |
|
|
|
|||||
Щелочность карбонатная (Щк) |
|
|
4,331 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Щелочность |
|
|
некарбонатная |
|
|
2,14 |
|
|
|
|||
( Щ |
нк |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щелочность общая (Щк) |
|
|
|
4,33 |
|
|
|
|||||
Физико-химический расчет предочистки
1. Проверка электронейтральность исходной воды:
∑Kt = ∑Аn (мг-экв/дм3),
|
|
|
|
|
|
164 |
∑Kt = C |
Na |
C |
Ca |
2 C |
Mg |
2 , |
|
|
|
|
∑Kt = 0,3 + 5,090 + 1,382 = 6,772 мг-экв/дм3.
∑Аn = CHCO3 CSO24 CCl ,
∑Аn = 4,328 + 2,35 + 0,2 = 6,878 мг-экв/дм3.
Ошибка электронейтральности определяется по формуле:
∆=
Kt
Kt
An
An
100 %
6,771 6,878
6,771 6,878
100 % = 0,776 % < 1.
Так как ошибка электронейтральности составила менее < 1 % , следовательно, анализ исходной воды и расчѐты выполнены правильно.
2. Ионная сила исходной воды:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
n |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Ci zi |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Ci |
концентрация i-го иона, моль/л; zi – заряд i-го иона. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
С |
Na |
z 2 |
|
C |
Ca 2 |
z 2 C |
Mg 2 |
z 2 C |
HCO3 |
z 2 C |
|
z 2 |
|
|
|||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SO42 |
|
|
10 |
3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
CCl z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
= |
1 |
·10 3 |
(0,31 + 2,545·4 + 0,691·4 + 4,328 1 + 1,175·4 + 0,21) = |
|
|||||||||||||||||||
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 11,236·10 3 моль/дм3. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
3. Коэффициенты активности: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lg f = |
|
; |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
165
для однозарядных ионов:
lg f1 =
0,5 12 
11,237 10 3 1 
11,237 10 3
0,048
,
f |
10 |
0,048 |
|
||
1 |
|
|
0,89
;
для двухзарядных ионов:
|
|
|
0,5 2 |
2 |
|
11,237 10 |
3 |
|
lg f |
|
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
3 |
|
||
|
|
1 |
|
11,237 10 |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
0,19,
f2
10 |
0,19 |
|
0,643
;
для трѐхзарядных ионов:
lg
|
|
|
0,5 3 |
2 |
11,237 |
10 |
3 |
f |
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
3 |
|
||
|
|
1 |
|
11,237 10 |
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
0,431
,
f3
10 |
0,431 |
|
0,37
.
4. Определяем равновесная концентрация CO32 .
На стадии предочистки происходит известкование воды для этого добавляется 8 % раствор Ca(OH) 2 – известкового молока. В результате на
дно осветлителя осаждается шлам. В состав шлама входит CaCO3 , поэтому для исходной воды в осветлителе характерно равновесие:
CaCO |
|
Ca |
2 |
2 |
. |
|
3 |
|
CO |
|
|||
|
|
|
3 |
|
|
|
ПрCaCO3 aCa 2 aCO32 f2 CCa 2 f2 CCO32 = 4,810 |
9 |
|||||
|
||||||
величина ПрCaCO3 4,810 9 находится по справочнику при t = 25
,
С,
166
|
|
|
Пр |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
CaCO |
|
||
C |
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
CO |
|
2 |
C |
|
|
|
||
|
3 |
f |
|
2 |
|
|||
|
|
2 |
Ca |
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
|
|
|
|
|
4,8 10 |
9 |
|
|
C |
|
2 |
|
|
|
|
||
CO |
|
2 |
2,545 10 |
3 |
||||
|
3 |
|
0,643 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
= 4,562·
10 |
6 |
|
моль/дм3.
5. Концентрация свободной угольной углекислоты:
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
II |
|
|
|
C |
|
2 C |
2 |
f |
2 |
f |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
CO |
|
Ca |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCO |
|
|
|
|
||
C |
CO |
|
C |
H |
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
ПР |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
CO |
3 |
|
CaCO |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
где |
K |
1 |
|
|
|
, |
K |
II |
|
|
|
|
H |
2 |
CO |
3 |
H |
2 |
CO |
3 |
|||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
соответственно по первой
– константа диссоциации угольной кислоты и второй ступени;
H |
CO |
3 |
2 |
|
H |
|
|
; |
|
HCO3 |
KI
HCO 3
KII
H |
|
|
CO2 3
;
K1H 2CO3 5,06 10 7 ;
K |
II |
|
|
|
|
H |
2 |
CO |
3 |
||
|
|||||
|
|
|
5,65
10 |
11 |
|
;
C |
H |
CO |
3 |
|
|
2 |
|
|
f |
2 |
C |
2 |
K |
II |
f |
2 |
C |
2 |
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
Ca |
|
||||
|
|
|
HCO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KI ПРCaCO |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
,
C |
C |
|
|
0,892 |
(4,328 10 3)2 5,65 10 11 0,643 2,545 10 3 |
= |
H2CO3 |
|
|
||||
|
|
|||||
CO2 |
|
|
|
5,06 10 7 4,8 10 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 5,64810 4 моль/дм3= 1,130 мг-экв/дм3.
167
6. рН исходной воды.
Для определения рН исходной воды используют уравнение диссоциации H2CO3 по I ступени:
H |
2 |
CO |
|
3 |
KI
H
+ HCO 3
.
K |
I |
|
|
|
|
H |
2 |
CO |
3 |
||
|
|||||
|
|
|
=
a |
H |
a |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
HCO |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
a |
|
CO |
|
||
|
|
H |
2 |
3 |
||
|
|
|
|
|
||
=
f |
C |
|
|
f |
C |
|
1 |
|
H |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
HCO |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
C |
CO |
|
H |
3 |
|
2 |
|
,
C |
H |
|
|
|
|
K I |
C |
H 2CO3 |
|
|
= |
H CO |
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
f12 C |
|
|
|
|
|
|
|
HCO3 |
|
|
a |
H |
C |
H |
|
|
|
|
f1
,
pH =
lg a |
|
|
lg C |
|
|
lg f |
lg K |
I |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
H |
|
HCO |
1 |
|
H |
CO |
3 |
||
|
|
|
3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
lg C |
CO |
|
H |
3 |
|
2 |
|
,
рН = lg(4,328
10 |
3 |
|
) + 2 lg (0,89) –
lg(5,06
10 |
7 |
|
)
– lg (5,85
10 |
4 |
|
) = 7,064.
7. Доза коагулянта.
Основными технологическими процессами предочистки являются коагуляция коллоидных примесей и известкование, которые обычно совмещаются одновременно в одном аппарате – осветлителе. Это проводят с целью улучшения, т.е. оптимизации суммарного технологического процесса и снижения денежных затрат. Коагуляцию проводят при 40 С 8 %-ным раствором коагулянта. Коагулянтом служит FeSO47H2O.
В связи с тем, что показатели исходной воды средние, мы выбрали среднюю дозу коагулянта (табл. 2).
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Таблица выбора дозы коагулянта |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Доза коагулянта Дк, |
|
Общая щелочность Що, |
|
Окисляемость Ок, |
||
мг-экв/дм3 |
|
мг-экв/дм3 |
|
мг O |
2 |
/дм3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
< 1,5 |
|
> 10,0 |
||
0,75 |
|
1,5–2,0 |
|
5,0–10,0 |
||
0,50 |
|
> 2,0 |
|
< 5 |
||
|
|
|
168 |
|
|
|
О |
= 8,5 мг O2 /дм3, тогда Д |
= 0,75 мг-экв/дм3. |
||||
к |
|
к |
|
|
|
|
Отсюда доза извести Ди: |
|
|
|
|
||
|
Ди Cисх |
Cисх |
|
C |
|
2 dизв Дк , |
|
CO2 |
HCO3 |
|
Mg |
|
|
где dизв |
= 0,2 мг-экв/дм3 – избыток извести, |
|
||||
Ди = 1,130 + 4,328 + 0,816 + 0,2 + 0,75 = 7,25 мг-экв/дм3.
8. Концентрация |
гидроксил-ионов |
|
протона Н |
+ |
и рН |
|
OH , |
|
|||||
обработанной воды. |
|
|
|
|
|
|
В исходную воду при известковании добавляем 8 % |
Ca(OH) 2 . |
|||||
Ca(OH) 2 |
– сильное |
основание, значит рН |
воды увеличивается, |
|||
концентрация
OH
определяется избытком извести dизв.
Ca(OH) 2
Ca |
2 |
|
|
2OH |
|
|
,
C |
|
|
OH |
|
|
а |
|
|
OH |
|
|
= dизв |
= 0,2 мг-экв/дм3 = 0,2 10 3 моль/дм3, |
|
|
||
f1 С |
OH |
|
= 0,899 0,2 = 0,178 мг-экв/дм3 = 1,78 |
10 4 |
моль/дм3. |
|
|
|
|
|
|
Концентрацию Н+ находим из ионного произведения воды.
|
|
|
IH2O аH |
||||
|
|
IH O |
|
10 |
14 |
||
аH |
|
|
|
|
|||
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
aOH- |
|
1,78 10 |
|
||
|
аOH 10 |
14 |
, |
|
|
|
|||
|
= 5,618 10 |
11 |
||
4 |
|
|
||
|
|
|
|
|
моль/дм3,
рН = –
lg a |
|
H |
|
lg ( 5,618 10 |
11 |
) |
|
10,25
,
СH |
|
аH |
|
5,618 10 11 |
= 6,312 10 11 моль/дм3 = 6,312 10 8 мг- |
f1 |
0,89 |
экв/дм3.
169
2 |
|
|
9. Концентрация сульфат-аниона (SO4 |
). |
|
Поскольку в воду добавляем 8 % раствор |
FeSO |
|
концентра-ция сульфат-иона в воде увеличивается на
4 7H2O , то величину дозы
Д к
.
C |
кон |
|
|
2 |
|
||
|
|||
SO |
|
||
|
4 |
|
|
=
C |
исх |
|
|
2 |
|
||
|
|||
SO |
|
||
|
4 |
|
|
+
Д к
= 2,35 + 0,75 = 3,10 мг-экв/дм3 = 1,55
10 |
3 |
|
моль/дм3.
Концентрация ионов |
Na |
|
|
||
не изменяется. |
|
|
Содержание кремнекислоты |
H2SiO 3 |
|
и |
Cl |
|
на стадии предочистки |
|
уменьшается на 40 %.
C |
кон |
|
||
H |
SiO |
3 |
||
|
||||
|
2 |
|
||
= 0,6
C |
исх |
|
|||
H |
2 |
SiO |
3 |
||
|
|||||
|
|
|
|||
= 0,6· 10,2 = 6,12 мг/дм3.
10. В результате коагуляции на дно осветлителя оседает шлам. Продуктом коагуляции является гидроксид железа Fe(OH)3 :
Fe(OH)3
осадок
3 |
+ 3OH |
Fe |
раствор
,
ПРFe(OH)3
=
а |
Fe |
3 |
|
|
а |
3 |
|
|
OH |
|
||
|
|||
|
|
= 3,8
10 |
38 |
|
, t = 25 С,
а |
Fe |
3 |
|
|
=
ПРFe(OH)3
а3 OH
3,8 10 38 = (1,78 10 4 )3
= 6,738
10 |
27 |
|
моль/дм3,
С |
Fe |
3 |
|
|
=
а |
Fe |
3 |
|
|
|
|
f |
|
|
3 |
|
=
6,738 10 |
27 |
|
|
0,37 |
|
= 1,821
10 |
26 |
|
моль/дм3.
11.
Mg(OH) 2
В результате известкования катиона Mg2 образуется осадок , который выпадает на дно осветлителя в виде шлама:
Mg(OH) 2
осадок
Mg2 + 2 OH ,
раствор
ПРMg(OH) 2 = аMg 2 аOH2 = 5,5 10 12 , t = 25 С,
170
а |
Mg |
2 |
|
|
=
ПРMg(OH) 2
а2 OH
=
5,5 10 |
12 |
|
|
|
|
|
|
(1,78 10 |
4 |
) |
2 |
|
|
||
= 1,736
10 |
4 |
|
моль/дм3,
C |
кон |
|
||
Mg |
2 |
|
||
|
||||
|
|
|
||
= аMg 2 f2
=
1,736 10 |
4 |
|
|
0,643 |
|
= 2,700
10 |
4 |
|
моль/дм3 = 0,540 мг-экв/дм3.
Определяется избыток C |
Mg |
2 |
|
|
минимальное значение концентрации:
. Для этого необходимо выбрать
= min (0,691
10 |
3 |
|
|
кон |
= min ( С |
исх |
кон |
|||
C |
Mg |
2 |
Mg |
2 ; C |
Mg |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
моль/дм3; 0,283 10 3 моль/дм3) = 2,83 10 4 мг-экв/дм3.
) =
= 0,270
10 |
3 |
|
моль/дм3 =
CMg2 =
C |
исх |
|
||
Mg |
2 |
|
||
|
||||
|
|
|
||
–
C |
кон |
|
||
Mg |
2 |
|
||
|
||||
|
|
|
||
= 0,691
10 |
3 |
|
– 0,270
10 |
3 |
|
=
= 0,421
10 |
3 |
|
моль/дм3 = 0,842 мг-экв/дм3.
12. Концентрация
HCO 3
.
Для нахождения этой концентрации используется уравнение диссоциации угольной кислоты по 2-ой ступени.
HCO 3
KII
H +
CO2 3
,
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
а |
|
2_ |
|
|
f С |
|
|
f |
|
С |
CO32- |
|
||||
|
|
|
K |
II |
|
H |
|
|
CO3 |
|
1 |
|
H |
|
|
2 |
|
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
- |
|
|
|
|
|
|
f1 |
С |
|
|
- |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCO3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCO3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KII = 5,61 |
10 |
11 |
, t = 25 С, |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
a |
H |
|
C |
H |
|
f1; a |
2 С |
2 f2 |
; |
a |
|
|
|
С |
|
f1, |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
CO3 |
|
|
CO3 |
|
|
|
|
HCO3 |
|
HCO3 |
||||||||||