4. Водоподготовка

Водоподготовка зависит от качества исходной воды и предъявляемых к ней требований.

Водоподготовка для пищевой промышленности, включает операции освобождается от грубодисперсных и коллоидных примесей, ряда растворенных веществ и обеззараживиния воды,

Применение новых технологий водоподготовки в пищевой промышленности позволяет в большей степени обезопасить население, а также увеличить сроки хранения и годности питьевой воды. Опасность заболеваний от микробиологических загрязнений воды во много тысяч раз выше (до 100 000 раз), чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы.

Наиболее распространенным способом обеззараживания питьевой воды является хлорирование. Причина состоит в том, что хлорирование - наиболее экономичный и эффективный метод обеззараживания питьевой воды в сравнении с любыми другими известными методами. Все остальные методы обеззараживания воды, даже озонирование и ультрафиолет, не обеспечивают обеззараживающего последействия и, следовательно, требуют хлорирования на одной из стадий водоподготовки. Это правило не является исключением и для Беларуси, где имеющаяся система озонирования питьевой воды работает совместно с оборудованием для хлорирования.

Одним из основных нежелательных примесей природной воды является двухвалентное железо. Обезжелезивание воды проводят следующим образом. Вначале аэрированием кислородом воздуха железо переводят в нерастворимый гидроксид трехвалентного железа по реакции

4Fe⁺² + O₂ + 8HCO₃^- + 2H₂O = 4Fe(OH)₃↓+ 8CO₂.

Затем образующийся осадок гидроксид железа(III) удаляют.

5. Водоумягчение

Для водоумягчения применяют методы осаждения и ионного обмена.

Методом осаждения катионы Са²⁺ и Mg²⁺ переводят в малорастворимые соединения, выпадающие в осадок. Это достигается применением в качестве осадителя соды или извести:

СаС1₂ + Nа₂СО₃ = СаСО₃↓ + 2NаC1,

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃↓ + 2Н₂О.

При добавке извести устраняется только карбонатная жесткость.

Из данной реакции видно, что известь необходимо добавлять в стехиометрическом количестве. При недостатке извести будет остаточная жесткость за счет не прореагировавшего гидрокарбоната кальция, а при избытке – за счет не прореагировавшей извести.

Методом ионного обмена воду пропускают через слой катионита. При этом катионы Са²⁺ и Mg²⁺, находящиеся в воде, обмениваются на катионы Na⁺, содержащиеся в катионите. При последовательном пропускании воды через катионит, содержащий в обменной форме катионы водорода (Н-катионит) и анионит, содержащий в обменной форме гидроксид–ионы (ОН-анионит), вода освобождается как от катионов металлов, так и от анионов солей, что приводит к полному удалению солей из воды. Такая вода является деионизированной. Не следует путать с дистиллированной водой, которую получают методом перегонки.

Когда обменная емкость ионита заканчивается, он утрачивает способность умягчать воду. Для регенерации катионита через него пропускают концентрированный раствор NaCl, Na₂SO₄, HCl или H₂SO₄ при этом ионы Са²⁺ и Mg²⁺ замещаются на ионы Nа⁺ или H⁺ , а для регенерации анионита через него пропускают раствор щелочи или соды (последний, вследствие гидролиза, имеет щелочную среду), что приводит к замещению анионов соли на группы ОН^–.

Для умягчения воды применяются также физические методы: электродиализ, магнитно–ионизационный метод, магнитную и ультразвуковую обработку воды.

Метод электродиализа основан на движении катионов и анионов к противоположно заряженным электродам, подключенным к сети постоянного тока. Катионы и анионы задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно–ионизационный метод так же, как и метод электродиализа, использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и объединение их в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды так же, как и магнитная, приводит к укрупнения частиц осадка.

Задачи:

1. В 50 л воды содержится 7 г гидрокарбоната магния. Ж-?

Решение:

М(Мg(НСО₃)₂) = 146 г∕моль,

М(½Мg(НСО₃)₂) = 73 г∕моль экв.,

_{n(½Мg(НСО3)2)) = m/М =}

_{7/73 = 0,096 моль экв. = 96 ммоль экв.}

_{Ж = n/v = 96/50 = 1,92 моль экв. /л.}

2. Какую массу карбоната натрия надо добавить к 400 л воды, чтобы устранить её жёсткость, равную 3 ммоль экв./л?

Решение:

СаС1₂ + Nа₂СО₃ = СаСО₃↓ + 2NаC1,

_{Ж = n/v => n = Ж · v =}

_{3 · 400 = 1200 ммоль экв. = 1,2 моль экв.}

М(Nа₂СО₃) = 108 г∕моль, М(½Nа₂СО₃) = 54 г∕моль экв.

m(Nа₂СО₃) = 1,2 · 54 = 64,8 г.

3. Чему равна жесткость воды, если для её устранения к 50л воды потребовалось прибавить21,2 г карбоната натрия?

4. Какая масса гидроксида кальция требуется для устранения временной жесткости 200 л воды, если её карбонатная жесткость составляет 6 ммоль экв./л?

ЛЕКЦИЯ № 18

«СВОЙСТВА Р-ЭЛЕМЕНТОВ

III и IV ГРУПП»

1. Р-ЭЛЕМЕНТЫ III ГРУППЫ

1.1. Электронное строение и общая характеристика

В III главную подгруппу входят элементы: бор(В), алюминий(Аl), галлий(Gа), индий(In) и таллий(Тl). Электронная формула валентной зоны данных атомов в невозбуждённом со­стоянии - ns²nр¹. То есть содержат в наружном электронном слое три электрона. Поэтому данные элементы могут в своих соединени­ях проявлять валентности I и III. Но только тал­лий в своих соединениях может быть одно- или трёхвалентен.

Бор является неметаллом, а остальные элементы металлами, при этом в ряду Al-Ga-In-Т1 усиливаются металлические свойства простых ве­ществ. Оксид бора проявляет кислотные свойства, оксиды алюминия, галлия и индия - амфотерные, а оксиды таллия – основные.

1.2. Бор

Свободный бор представляет собой кристаллическое вещество чёрного цве­та, по твёрдости уступающее лишь алмазу.

Бор применяется в в металлургии как добавка к стали и некоторым цветным сплавам. Применяется также насыщение поверхности стальных изделий бором(борирование) – значительно повышающее твердость и коррозионную стойкость поверхностного слоя. Борирование проводится при повышенной температуре бором или его соединениями в атмосфере водорода. При высокой температуре бор взаимодействует со многими металлами с образованием боридов обладающих твердостью и коррозионной стойкостью и сохраняющих эти свойства при высоких температурах, что позволяет их использовать в ракетной технике.

При нагревании бора до температуры 700 ⁰С он сгорает с образованием оксида бора и выделением большого количества тепла

2В_(к) + 3∕2О_2(г) = В₂О_3(г), ΔН = -1254 кДж.

Осид бора растворяется в воде с образованием ортоборной кислоты

В₂О₃ + 3Н₂О = 2Н₃ВО₃.

Особенностью борной кислоты является то, что при её нейтрализации рас­твором щёлочи образуется соль не ортоборной, а тетраборной кислоты (Н₂В₄О₇)

4 Н₃ВО₃ + 2 NаОН = 4 Nа₂В₄О₇ + 7 Н₂О .

Соли тетраборной кислоты называются тетрабораты. Десятиводный кристаллогидрат тетрабората натрия Nа₂В₄О₇·10Н₂О называется бура. Осно­вное её применение при сварке, резании и паянии металлов, в производстве легкоплавкой глазури для эмалирования различных изделий.

При накаливании смеси бора с углем образуется образуется очень тугоплавкое и твердое вещество – карбид бора (В₄С).

С азотом бор образует нитрид, существующий в алмазоподобной или графитоподобной модификациях. Алмазоподобная кристаллическая модификация (эльбор, кубонит, боразол) по твердости немного уступает алмазу, но значительно превосходит его по термостойкости. Выдерживает нагревание на воздухе до 2000 ⁰С, в то время как алмаз сгорает при уже при температуре 800 ⁰С. Графитоподобная кристаллическая модификация как и графит является высококачественным смазочным материалом, но в отличие от графита бесцветна и неэлектропроводна.

При действии соляной кислоты на борид магния образуются бороводороды (бораны), летучие жидкости с неприятным запахом и легко воспламеняющиеся на воздухе.