ИОНООБМЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕСНЕНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ

При использовании ионообменного метода опреснения и обессоливания соленая вода последовательно проходит через фильтры, загруженные катионитом в Н+-форме и анионитом в ОН--, С032-- или НС03"-формах. При этом Н+-катионы обмениваются на Са+, Mg2+, Na+ из воды:

А в анионитовых фильтрах, заряженных в ОН--, СО2-- или НС03- -формы процесс ионного обмена может быть представлен следующими уравнениями реакций:

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов С02 удаляется в дегазаторе или разбрызгиванием воды в градирне.

Аниониты и катиониты являются синтетическими высокомолекулярными соединениями. Катиониты по своим свойствам разделяются на слабо- и сильнокислотные, а аниониты — на слабо- и сильноосновные. В ионитных обессоливающих установках применяют как слабоосновные аниониты (например, АН—31), так и сильноосновные (например, АВ—17—8, ЭДЭ—10П—среднеосновный).

Слабоосновные аниониты могут поглощать только ионы сильных кислот, например SO^-; СГ. Сильноосновные аниониты отличаются от слабоосновных тем, что кроме ионов сильных кислот они могут поглощать также и ионы слабых кислот, например угольной, кремниевой и др., заменяя их на ионы ОН", если анионит в ОН_-форме.

Слабоосновные аниониты применяют для разгрузки сильноосновных анионитов. Распределение ионов в слое (в фильтре) сильноосновного анионита происходит в следующем порядке (сверху вниз): SO^Cl-, CO]-, Si|_. Преимуществом слабоосновных анионитов по сравнению с сильноосновными является их меньшая стоимость при высокой рабочей способности поглощения, а также меньший расход реагента на регенерацию.

Характеристика ионообменных смол, используемых в качестве анионитов, приведена в табл. 36.1.

Вода, подаваемая на обессоливающие установки, должна быть предварительно очищена от механических примесей и органических веществ. При окисляемости воды более 7 мг02/л должны быть предусмотрены фильтры с активированным углем. Суммарное содержание сульфатов и хлоридов не должно превышать 5 мг-экв/л.

В соответствие с необходимой глубиной обессоливания воды проектируют одно-, двух- и трехступенчатые установки. Для удаления

Таблица 36.1

Характеристика анионитов

Марка анионита

Активная

группа

Насыпная масса продукта, т/м3

Размер зерен, мм

Полная обменная емкость, г-экв/м3 по S042-

товарного

набухшего

АН-31

=N, =NH

0,72-0,75

0,31

0,4-2,0

1500

АВ-17-8

-N + R,

0,74

0,33

0,35-1,25

1400

АВ-17-8г Э

-N + R,

0,74

0,33

0,4-1,25

эдэ-юп

=N, =NH

0,6

0,45

0,4-1,6

1200

Амбсрлайт:

IRA-400

IRA-410

-N + R, -N + R,

  • 0,71
  • 0,75
  • 0,45
  • 0,46
  • 0,3-0,85
  • 0,3-0,85
  • 1300
  • 1300

Зеролит:

FF-lp

М-1р

-N + R, -N + R,

  • 0,62
  • 0,71
  • 0,46
  • 0,44

0,3-0,92 0,3-1,2

  • 1400
  • 1400

Наиболее часто применяются аниониты, содержащие амино- и аммониевые химически активные группы. Аниониты, содержащие вторичные (=NH) и третичные (=N) аминогруппы, характеризуются слабоосновными свойствами, а при содержании четвертичных аммониевых групп (—N+R3) — сильноосновными свойствами.

Окончание табл. 36.1

Аниониты Пьюролайт

Сильноосновные аниониты

Аниониты

Тип матрицы и смолы

Полная

обменная

емкость,

г-экв/м3

Влажность, %

Примечание

А 400

Полисти- рольная Тип 1

1300

48-54

Прозрачный анионит гелевого типа с высокой рабочей емкостью. Большая скорость обмена, обеспечивающая высокую степень обессоливания. Хорошее удаление кремния. Аналог АВ-17-8

А 600

Полисти- рольная Тип I

1400

43-48

Прозрачный анионит гелевого типа. Хорошая механическая прочность. Применяется для производства воды высшей степени очистки. Хорошее удаление кремния.

Аналог АВ-17-8

А 200

Полисти- рольная Тип II

1300

45-51

Прозрачный гелевый анионит. Хорошая кинетика, рабочая емкость и механическая прочность. Применяется для обессоливания, обеспечивает хорошее удаление кремния в режиме регенерации противотоком. Аналог АВ-29-12П

А 870

Полиакриловая

1350

57-62

Бифункциональный (низко/высоко основный) гелевый анионит. Имеет высокую обменную емкость и хорошую сопротивляемость к органическим отравителям. Используется для обессоливания воды

Слабоосновные аниониты

А 100

Полисти-

рольная

1300

53-60

Анионит макропористого типа с хорошей осмотической прочностью, устойчив к органическим отравлениям. Применяется для обессоливания воды и сахарозы. Заменитель АН-31

А 845

Полиакриловая

1600

56-62

Гелевый анионит с высокой рабочей емкостью. Служит для обессоливания воды, сильно загрязненной органикой, органических растворов(сахарных спиртов, желатина). Заменитель АН-31

из воды ионов металлов применяют сильнокислотные катиониты с большой обменной способностью.

При одноступенчатой схеме обессоливания (Н-катионирова- ние — удаление углекислоты — ОН-анионирование) общее содержание растворенных солей может быть снижено до 2—10 мг/л, что не всегда удовлетворяет технологическим требованиям. При обессоливании воды в две ступени общее содержание растворенных солей в воде может быть снижено до 1—3 мг/л, а содержание кремниевой кислоты — до 0,15 мг/л. При более высоких требованиях к качеству обессоленной воды (содержание солей 0,05—0,1 мг/л, кремниевой кислоты — 0,02—0,05 мг/л) применяют технологические схемы с трехступенчатым ионированием.

На рис. 36.2 (8, с. 131) показана технологическая схема двухступенчатого обессоливания воды.

При проектировании технологии обессоливания учитывают, что наличие в Н-катионированной воде свободной углекислоты, более сильной, чем кремниевая, уменьшает кремнеемкость анионита и вызывает более ранний «проскок» ионов HSiO^ в фильтрах. Поэтому перед поступлением Н-катионированной воды на слой сильноосновного анионита из нее возможно более полно удаляется С02, для чего в схему включают декарбонизатор. Сильно снижает кремнеемкость анионита наличие в Н-катионированной воде ионов Na+, так как помимо истощения анионита анионами, уравновешивающими эти катионы, увеличивается концентрация в фильтрате противоионов ОН-, что резко ухудшает глубину обескремнивания.

Более глубокое обессоливание получают на трехступенчатых установках (рис. 36.3). В теплоэнергетике такие схемы называют схемами полного химического обессоливания. Качество обессоленной

Технологическая схема двухступенчатой ионообменной обессоливающей установки

Рис. 36.2. Технологическая схема двухступенчатой ионообменной обессоливающей установки:

Н1 и Н2— катионитовые фильтры первой и второй ступеней; А1 и А2 — анионитовые фильтры первой и второй ступеней с загрузкой соответственно слабоосновными и сильноосновными анионитами; Д — декарбонизатор; БДВ — бак декарбонизованной (частично обессоленной) воды; H2S04 — кислота для регенерации Н-катионитовых фильтров; NaOH — едконатриевая щелочь для регенерации ОН-анионитовых фильтров

Принципиальная технологическая схема трехступенчатой ионообменной обессоливающей установки

Рис. 36.3. Принципиальная технологическая схема трехступенчатой ионообменной обессоливающей установки:

  • 7 — Н-катионитовый фильтр I ступени; 2 — слабоосновный анионитовый фильтр I ступени; 3 — Н-катионитовый фильтр II ступени; 4 — декарбониратор; 5 — вентилятор; 6 — сборный бак Н-катионированной воды; 7 — насос; 8 — сильноосновный анионитовый фильтр II ступени; 9 — сильнокислотный Н-катионитовый фильтр;
  • 10 — анионитовый фильтр III ступени

воды, получаемой на таких установках, удовлетворяет требованиям прямоточных котлов любых давлений.

Исходная осветленная вода, подаваемая на обессоливание, проходит Н-катионитовый фильтр I ступени /, загруженный сульфированным углем и поступает на слабоосновный анионитовый фильтр I ступени 2. Частично обессоленная вода после I ступени проходит сильнокислотный Н-катионитовый фильтр II ступени 3 и поступает в декарбонизатор 4, снабженный вентилятором 5 и сборным баком 6, из которого кислотостойким насосом 7 вода подается на сильноосновный анионитовый фильтр II ступени 8, где из частично обессоленной воды удаляется растворенная кремниевая кислота. Одновременно с этим происходит поглощение остатков углекислоты из воды после ее продувки воздухом:

Для третьей ступени обессоливания воды предусмотрен сильнокислотный Н-катионитовый фильтр 9, предназначенный для обмена на катион водорода натрия, который может попасть из фильтра с сильноосновным анионитом 8, преждевременно включенного в рабочий цикл (при недостаточной отмывке анионита от регенерационного раствора NaOH). Анионитовый фильтр III ступени 10, загруженный сильноосновным анионитом, предназначен для увеличения глубины обессоливания и обескремнивания воды, улавливания продуктов растворения катионитов и задержания сульфатов при недостаточно тщательной отмывке Н-катионитового фильтра III ступени от неизрасходованного раствора серной кислоты при регенерации.

Регенерация Н-катионитовых фильтров ведется серной кислотой с помощью насосов-дозаторов. Регенерационный раствор серной кислоты 1—2,5%-й концентрации приготовляют для фильтров I и II ступени из осветленной исходной воды, а для фильтров III ступени — из обессоленной воды. Отмывка Н-катионитовых фильтров всех ступеней после регенерации производится водой от фильтров предшествующих ступеней. Сборные кислые воды отводятся в баки- нейтрализаторы.

Регенерация анионитовых фильтров I ступени в основном осуществляется щелочными регенерационными водами после анионитовых фильтров II и III ступеней, которые регенерируются 4%-м раствором едкого натра. Концентрированный раствор щелочи подается насосами-дозаторами, а в трубопроводе разбавляется обессоленной водой до 4%-й концентрации.

Отмывка анионитовых фильтров проводится Н-катионированной водой фильтров соответствующих ступеней. III ступень ионирования может быть заменена фильтром со смешанной загрузкой сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита, находящихся соответственно в водородной и гидроксильной формах, так называемым фильтром смешанного действия (ФСД).

Переходящие в раствор в процессе ионного обмена на чередующихся зернах катионита и анионита ионы Н+ и ОН- образуют воду, выводя из зоны ионного обмена противоионы и способствуя этим углублению степени обессоливания воды. Недостаток этой технологии заключается в необходимости тщательного перемешивания и разделения (при регенерации) составных частей смешанной загрузки.

ФСД отличается от обычного катионитового фильтра наличием на дне распределительной системы сжатого воздуха для перемешивания ионитов и дополнительной распределительной системы раствора кислоты для регенерации катионита, расположенной на границе раздела катионита и анионита.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >