Ионитные фильтры смешанного действия, принцип работы, методы регенерации

ФСД применяются для обессоливания и обескремнивания конденсатов, а также в качестве барьерных фильтров на установках, обессоливающих природные воды.

Фильтрование в этих фильтрах осуществляется через слой специального ионообменного материала, состоящего из смеси катионита и анионита.

Назначение: Фильтры ионитные смешанного действия (ФИСД) предназначены для удаления из входящего потока катионов Na⁺, K⁺ и анионов кремниевой кислоты как конечная ступень обессоливания воды. Получаемая глубоко обессоленная вода чаще всего используется для подпитки паровых котлов. Один фильтр ФИСД заменяет два последовательно включенных Н- и ОН-ионитных фильтра.

Принцип действия ФИСД:

Исходный поток под напором поступает в фильтр, равномерно распределяется и приходит через слой смешанной катионитно-анионитной шихты в направлении сверху вниз.

Катионы Na⁺, K⁺ и анионы кремниевой кислоты остаются в зернах материала, обеспечивая глубокообессоленный фильтрат, который выводится из аппарата в сборный коллектор.

Взрыхление (разделение) ионитов производится снизу-вверх. Регенерация ионитов раствором щелочи и раствором кислоты может производиться одновременно или поочередно. Отмывка ионитов производится глубоко обессоленной водой. По окончании отмывки производится операция перемешивания ионитной шихты сжатым воздухом.

Различают фильтры смешанного действия с внутренней регенерацией и с выносной регенерацией.

ФСД с внутренней регенерацией:

Ионитный фильтр смешанного действия: 1 – вход обрабатываемой воды; 2 – выход обрабатываемой воды; 3 – подвод раствора щелочи; 4 – подвод раствора кислоты; 5 – подвод осветленной воды; 6 – подвод сжатого воздуха; 7 – выход отмывочной воды; 8 – отвод воздуха.

Схема установки для обессоливания конденсата с внешней регенерацией ионитов: 1 – бункер для смеси отрегенерированных ионитов; 2 – гидроперегрузка отрегенерированных ионитов; 3 – ловушки для ионитов; 4 – осветлительные фильтры; 5 – фильтры смешанного действия; 6 – внешний регенератор; 7 – вход воды.

Наличие готовой загрузки отрегенерированных ионитов в запасном бункере 1 значительно сокращает продолжительность вывода ионитных фильтров на регенерацию. В то время как при внутренней регенерации ФСД выводятся из работы на 4-5 часов, при внешней регенерации истощенные иониты заменяются путем гидроперегрузки 2 заранее отрегенерированной смесью катионитов и анионитов в течение не более 1 часа, что увеличивает долю рабочего времени ФСД.

Технология деионизации воды методом водород-катионирования. Объяснить, на каких участках выходной характеристики водород-катионитового фильтра возможно его использование в схемах частичного и глубокого обессоливания.

Деионизация — процесс исчезновения положительных и/или отрицательных ионов, а также электронов из занимаемого газом объёма.

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

2HR+Ca(HCO₃)₂=CaR₂+H₂O+CO₂;

2HR+MgCl₂=MgR₂+2HCl₂.

Анализ процесса:

1. В результате обмена всех катионов обрабатываемой воды фильтрат получается мягким, но кислым;

2. В фильтрате образуются как сильные, так и слабые кислоты;

3. Щелочность разлагается;

4. Вследствие удаления карбонатной жесткости происходит снижение солесодержания исходной воды.

Водород- катионированная вода является кислой и непригодной для питания паровых котлов. Поэтому процесс водород- катионирования применяется всегда в сочетании с натрий- катионированием или другими процессами.

Достоинство водород- катионирования: снижение щелочности исходной воды до заданного значения.

Выходные кривые при Н- катионировании:

Изменение качества H- катионированной воды: 1 – концентрация Na⁺ в исходном растворе; 2 – жесткость исходного раствора; 3 – концентрация Na⁺ в фильтрате; 4 – жесткость фильтрата; точки: a – проскок Na⁺, b – отсутствие поглощения Na⁺, c – максимум вытеснения Na⁺ из катионита, d – окончание вытеснения Na⁺, e – начало проскока жесткости, f – выравнивание жесткости в фильтрате и в исходном растворе.

1. На линии 0-а в фильтрате нет Na и жесткости;

2. В точке а наблюдается проскок натрия в фильтрат, который усиливается на линии а-b до исходного значения;

3. На линии b-c количество Na в фильтрате превосходит исходное значение, так как более селективные катионы начинают вытеснять Na, в этот момент кислотность фильтрата меняется на щелочной цикл;

4. После точки c на линии c-d концентрация Na падает и в точке d весь входной Na появляется на выходе;

5. В точке e в фильтрате начинает появляться проскок Жо, который усиливается на линии e-f и в точке f концентрация Жо на входе равна концентрации Жо выходе, что означает, что фильтр исчерпал свою емкость;

6. Таким образом, в процессе работы Н- фильтрата наблюдается 2 проскока (Na и Жо) и 2 периода работы фильтра (кислый: 0-а и щелочной);

7. Если в воде нету Na, то щелочной период не наступает.