Общие сведения

УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА

Исполнители Студенты гр. 6482	_____________ (подпись) _____________ (дата)	Е.С. Воскресенский А.А. Сичкар
Руководитель Ассистент	_____________ (подпись) _____________ (дата)	Г.А. Черкашина

Томск - 2011

Цель работы

Целью настоящей лабораторной работы является:

1. Проведение полного цикла процессов Н- или Na-катионитных фильтров: взрыхление, регенерация, отмывка и умягче­ние на каждом из указанных фильтров.

2. Определение рабочей и полной обменной емкости Н- и Nа-
катионита марки КУ-2-8 и сульфоугля.

При выполнении работы студенты выбирают один из способов катионирования и выполняют все операции на выбранной установке.

Общие сведения

Обработка воды методом ионного обмена находит широкое применение в тепловой и атомной энергетике при подготовке пита­тельной воды котлов и тепловых сетей, теплоносителя I и II контура, а также для очистки сточных вод.

Сущность обработки воды методами ионного обмена основана на пропуске исходной или частично обработанной воды через фильт­рующий слой ионообменного материала - ионита, практически не­растворимого в воде, но способного вступать в ионный обмен с со­держащимися в обрабатываемой воде ионами.

Иониты представляют собой нерастворимые высокомолеку­лярные вещества, которые благодаря наличию в них специальных функциональных групп способны к реакциям ионного обмена, то есть иониты способны поглощать из воды положительные или отри­цательные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, содержащихся в ионите, и имеющих заряд такого же знака. По знаку заряда обменивающихся ионов иониты разделяются на положитель­ные катиониты и отрицательные аниониты. Катиониты извлекают из воды катионы, этот процесс называется катионированием, аниониты извлекают анионы и этот процесс называется анионированием.

В энергетике для обработки вод применяются катиониты с обменными катионами натрия (NaR), калия (КR.), водорода (НR), лития (LiR), аммония (NН₄R.) и аниониты с обменным анионом хлора (RCl) и обменным гидроксилом (RОН).

Одним из важнейших свойств ионитов является обменная ём­кость. На практике различают полную и рабочую обменные ёмкости. Полная обменная ёмкость ионита, выраженная в грамм-эквивалентах на единицу объема ионита, определяется количеством ионов, кото­рые могут быть поглощены ионитом при полной замене всех обмен­ных ионов. Рабочая обменная емкость характеризуется количеством ионов, поглощенных ионитом, до начала «проскока» в фильтрат по­глощаемых ионов. Рабочая обменная емкость ионита выражается в грамм-эквивалентах ионов, поглощенных 1 м³ набухшего ионита (г-экв/м³).

В данной лабораторной работе при Nа-катионировании ис­пользуется сульфоуголь, при Н-катионировании катионит марки КУ-2-8.

При Na-катионировании происходит обмен катионов, нахо­дящихся в исходной воде, на ион натрия:

2NaR + Ca²⁺ = CaR₂ + 2Na⁺

2NaR + Mg²⁺ = MgR₂ + 2Na⁺

При Н-катионировании воды происходит обмен катионов, присутствующих в воде, на ион водорода:

2HR + Ca²⁺ = CaR₂ + 2H⁺

2HR + Mg²⁺ = MgR₂ + 2H⁺

В результате удаления ионов кальция и магния, как при Nа-катионировании, так и при Н-катионировании достигается умягчение воды. Одновременно с умягчением происходят следующие измене­ния качества воды.

При Na-катионировании солесодержание воды несколько повышается, так как на каждый удаленный грамм-ион кальция и магния в раствор переходит по 2 грамм-иона натрия. Анионный состав обра­батываемой воды при Nа-катионировании остается практически по­стоянным (щелочность не меняется), что является основным недос­татком этого процесса:

2NaR + Ca(HCO₃)₂ = CaR₂ + 2NaHCO₃

2NaR + MgCl₂= MgR₂ + 2NaCl₂

При Н-катионировании в воде взамен щелочности появляется кислотность, обусловленная наличием ионов H⁺, поступивших в воду из катионита, так как ионы Н⁺ взаимодействуют с находящимися в воде бикарбонат-ионами, приводя к образованию угольной кислоты:

H + HCO₃ = H₂CO₃ = H₂O + CO₂↑

поэтому щелочность при Н-катионировании уменьшается.

Для определения обменной емкости катионита пригодна вода с жесткостью для сульфоугля - 3-5 мг-экв/дм³, для катионита КУ-2-8 с жесткостью 8-10 мг-экв/дм³.