Черновик методички

Лабораторная работа № 5

Определение активности ионов водорода (значения pH среды)

Примеси, загрязняющие воду, можно разделить по дисперсности на три группы: грубодисперсные (более 100 нм), коллоидно-дисперсные (от 1 до 100

нм) и молекулярно-дисперсные (менее 1 нм). Ионы водорода H+ и гидроксид-

ионы OH- образуются в результате диссоциации согласно уравнению:

H2O H+ + OH-

Водородные ионы могут появляться в результате реакции:

HCl H+ + Cl- ,

а гидроксид-ионы в результате реакции:

NaOH Na+ + OH- .

В химически чистой воде при температуре 23 °С концентрация ионов H+ и OH-

равны 10-7 (г-ион)/кг. В этом случае вода химически нейтральна. При увеличении концентрации водород-ионов реакция среды кислая, тогда как при увеличении гидроксид ионов среда становится щелочной. На практике используют показатель качества воды, называемый водородным показателем - pH, который рассчитывается следующим образом:

pH = - lgCH+ ,

где CH+ - концентрация ионов водорода. Химически нейтральной воде соответствует pH = 7, кислой среде pH < 7, а щелочной pH > 7.

Значение pH воды, используемой в энергетике, влияет на надежность работы теплоэнергетического оборудования (скорость коррозии и накепеобразования). Подготовка питательной и подпиточной воды проводится при строго контролируемом pH, обеспечивая тем самым водный режим станции. Так, коллоидные частицы в зависимости от pH способны дислоцировать в воде и как щелочи, и как кислоты (свойство амфотерности). Для коллоидных частиц определённого вещества существует такое значение pH, при котором молекулы не диссонируют и заряд молекулы равен нулю (pH изоэлектрического состояния). Если же pH больше или меньше pH изоэлектрического состояния, то молекулы дислоцируют как кислоты или щелочи, соответственно. Подкисляя или подщелачивая воду, можно создавать условия, благоприятные для коагуляции коллоидно-дисперсных растворов.

Определение активности ионов водорода проводят потенциометрическим способом: определяют разность потенциалов на измерительном и

вспомогательном электродах. В качестве измерительных обычно используют водородный, сурьмяный или стеклянный электроды, а в качестве вспомогательных нормальный, водородный или хлорсеребряный электроды.

Порядок выполнения работы

где точность измерительного прибора, NX диапазон измерений (в

нашем случае N = 14). Также необходимо построить график зависимости водородного показателя от температуры pH=f(t).

Лабораторная работа № 6

Обессоливание воды методом обратного осмоса

Лабораторная работа знакомит с принципом обратного осмоса. Обратный осмос (далее ОО) фильтрация водных растворов под давлением, превышающем осмотическое, через полупроницаемую мембрану, пропускающую молекулы растворителя (в данном случае воды) и задерживающую молекулы или ионы растворенных веществ – прежде всего –

органических а также HCO3-, SO42-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, F- и т.д.

Обратный осмос протекает под давлением 8-55 бар в направлении от более концентрированных к менее концентрированным растворам. При проведении ОО солесодержание воды снижается в среднем на 96-99%, при этом удаляется до 99% органических веществ.

В процессе фильтрации исходная вода разделяется на два потока: поток концентрата (загрязненная вода) и поток пермеата (чистая вода). Разделяемый поток исходной воды движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного модуля, пермеата –спиралеобразно по дренажному материалу и поступает в отводящую трубку (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Мембранный элемент

Соотношение пермеата и концентрата регулируется таким образом, чтобы поддержать необходимую скорость потока и избежать появления отложений на поверхности мембраны. Чрезмерное концентрирование вызывает осаждение на поверхности мембраны слоя малорастворимых соединений (солей жесткости, железа) и может вывести мембрану из строя. Количество сбрасываемой воды обычно составляет 35-75% от исходного потока воды, поступающей на вход системы. Для уменьшения количества сбросных вод система оснащена рециркуляционным контуром, позволяющим вернуть часть

концентрата на вход системы. Гидравлическая схема лабораторной установки представлена Приложении 2.

Рабочие параметры отслеживаются следующими контрольноизмерительными приборами:

1.Давление на входе в установку – манометр М1.

2.Давление после мембранного блока – манометр М2.

3.Рабочее давление на выходе из насоса – манометр М3.

4.Расход пермеата – ротаметр Р1.

5. Рецикл концентрата – ротаметр Р2.

6. Расход концентрата, сбрасываемого в дренаж – ротаметр Р3.

7.Температура очищенной воды – контроллер Е1.

8.Качество очищенной воды – контроллер Е1.

УСТАНОВКА

Установка подключается к линии водопроводной воды, линии отвода пермеата и линии канализации. Для защиты повышающего насоса и мембранных элементов от повреждения механическими частицами данная установка оборудована механическим предфильтром 5 мкм. Исходная вода поступает на повышающий насос H1, обеспечивающий необходимое рабочее давление и расход, и далее подается на мембранный аппарат МА1. Реле низкого давления Pе отключает систему и блокирует все операции, входной электромагнитный клапан Кэ1 перекрывает поток воды через систему, если на вход насоса H1 поступает недостаточное количество исходной воды (давление воды падает ниже 1 атм), а также при входном давлении, превышающим предустановленное значение (по умолчанию 6 бар). Если давление воды возрастает выше 1 бар, система может быть включена вручную или автоматически по сигналу реле низкого давления Pе. Концентрат сбрасывается в канализацию, обеспечивая постоянную промывку поверхности мембран. Если необходимо, часть концентрата может быть возвращена на вход насоса H1 по рециркуляционному контуру через регулировочный вентиль Вр1 и ротаметр. Расходы концентрата, пермеата и рецикла концентрата, выход пермеата и рабочее давление на мембранных модулях настраиваются регулирующими кранами Вр1 на линии рецикла концентрата и Вр2 на линии концентрата. Расходы рецикла, концентрата и пермеата измеряются с помощью расходомеров (ротаметров) P2, Р3 и P1 соответственно.

На линии отвода пермеата установлен обратный клапан КО1 для предотвращения обратного тока и защиты от обратного удара при отключениях системы. Качество пермеата отслеживается по его остаточному солесодержанию путем измерения удельной электропроводности. Для этого к контроллеру подключен датчик электропроводности Е1, который установлен на линии пермеата.

Рабочие параметры отслеживаются следующими контрольноизмерительными приборами:

1.Давление на входе в установку – манометр М1.

2.Давление после мембранного блока - манометр М2.

3.Рабочее давление на выходе из насоса - манометр М3.

4.Расход пермеата - ротаметр Р1.

5.Расход концентрата, сбрасываемого в дренаж - ротаметр Р3.

6.Рецикл концентрата - ротаметр Р2.

7.Температура очищенной воды, совмещённый с Е1.

8.Качество очищенной воды ячейка Е1.

Список литературы

1.Водоподготовка. Учебник для вузов. Под ред. М. С. Шкроба. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973. 416 с.

2.Справочник химика-энергетика /Под ред. Гуревича С.М. -2-ое изд.-М.:

Книга, 1972.-Т.1.-456с.

3.Водоподготовка. Процессы и аппараты /Под ред. О.И. Мартыновой.-

М.:Атомиздат, 1977.-328 с.

4.Книга «Коагуляция в технологии очистки природных вод», Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманец С.В., Научное издание, Москва, 2005 г., 576 с.

5.Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды. 2004 г.

6.Копылов А.С. Водоподготовка в энергетике: учеб. пособие / А. С. Копылов, В. М. Лавыгин, В. Ф. Очков. - Москва : МЭИ, 2003. - 309 с.

7.Водоподготовка: Справочник. /Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии С.Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. – 240 с.

8.Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды : Свойства. Получение. Применение / А. К. Запольский, А. А. Баран. - Л. : Химия : Ленингр. отд-ние, 1987. – 203

Приложение А

Показатели качества питательной воды котлов с естественной и многократной принудительной циркуляцией.

Таблица 1. Паровые газотрубные котлы

Таблица 2. Водотрубные котлы с естественной циркуляцией (в том числе котлы - бойлеры) и рабочим давлением пара до 4 МПа (40 кгс/см2)

Таблица 3. Паровые и энерготехнологические котлы и котлы - утилизаторы с рабочим давлением пара до 5 Мпа (50 кгс/см2)

Таблица 4. Показатели качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов

Таблица 8. Котлы паровые общего назначения. Оборудование водных лабораторий (пример)