Методика и порядок выполнения работы

 

Исходные данные для расчетов:

– скорость фильтрования w_ф= 5м/ч;

– интенсивность взрыхляющий промывки i = 10 л/(см²);

- грязеемкостъ загрузки (контрольная) g_г = 2 кг/м³ =2 мг/см³;

– продолжительность взрыхляющей промывки =20 мин.

Основные режимные характеристики процесса:

– объем промывной воды

V_взр =(60 i f_k t _взр)/1000, м³;

– расход взрыхляющей воды

g_взр = (V_взр 10³)/ , мл/мин;

– расход фильтрующей воды через фильтр

g_ф = (W_ф f_k 10⁶) /60, мл/мин;

– количество загрязнений, вводимых в исследуемую воду

, г;

– объем фильтруемой воды (сравнивается с опытными данными)

V_Ф = (G_г 10⁶)/С_г, мл;

– время фильтрации исследуемой воды

_ф=(V_ф 60)/(W_ф f_ф 10⁶), мин.

Содержание отчета и его форма

Отчет по выполняемой работе должен содержать следующее:

• краткое описание основных положений теории осветления
фильтрованием;

• описание экспериментального стенда;

• результаты расчетов основных режимных характеристик процесса осветления воды фильтрованием

Вопросы для защиты работы

1. Сущность технологии фильтрации.

2. Основные технологические параметры процесса фильтрации воды.

3. Устройство опытного стенда.

Практическое занятие № 6

ИОНООБМЕННЫЙ МЕТОД УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

6.1 Цель и содержание

Опытное определение технологи­ческих показателей ионообменного способа очистки при различных режимных факторах и установление их взаимной зависимости.

Теоретическое обоснование

Сущность процесса ионообмена заключается в обмене ионами в эквивалентных количествах между исходной водой (раствором) – сорбатом и твердым веществом – ионитом (сорбентом).

В практике очистки различных вод используют иониты, раздельно поглощающие как катионы, так и анионы. Первые называюткатионитами, а вторые – анионитами, соответственно и протекающие процессы – катионированием и анионированием.

В качестве катионитов на практике широко используют сульфоуголь и синтетическую смолу марки КУ-2-8, а в качестве анионитов – АВ-17-8, АН-18 и др.

Рассматриваемый процесс ионообмена обуславливается, в основном, следующими обстоятельствами: во-первых, практически все растворенные в воде неорганические соли, щелочи и кислоты в большей степени диссоциированы на ионы – на катионы кальция (Са²⁺), магния (Mg²⁺), натрия (Na⁺) и др., и анионы – бикарбонаты (HCO₃^–), хлориды (Cl^–), сульфаты (SO₄^2–) и др. и, во-вторых, способностью ионитов к ионному обмену с ионами, находящимися в воде. Любой ионит состоит из твердой основы, не растворимой в воде в виде молекулярной сетки, называемой матрицей. К ее поверхности и внутри ее массы тем или иным способом присоединены химически активные специальные функциональные группы атомов, способные к электролитической диссоциации в воде.

Технология процесса катионирования в практике водоочистки применяется для умягчения воды и в технологии ее обессоливания.

При Na- катионировании вода пропускается через слой катионита, загруженного в цилиндрический вертикальный сосуд, называемый фильтром, и предварительно заряженного в Na- форму концентрированным раствором натриевой соли. В результате соприкосновения воды с зернами катионита происходит процесс ионообмена между катионами Са ²⁺ и Mg²⁺ солей жесткости, находящихся в воде, и катионами Na ⁺, находящимися в диффузионном слое гидратной оболочки каждого зерна катионита. Первые (Са ²⁺ и Mg²⁺), адсорбируясь в отмеченной оболочке, вытесняют из нее в эквивалентном количестве катионы Na⁺. Схему такого катионного обмена можно представить реакциями:

Са²⁺+2Na⁺IR^–→ Са²⁺ IR₂^– + 2Na⁺;

Mg²⁺+ 2Na⁺IR^–→ Mg²⁺ IR^–+2Na⁺,

где R – обозначение радикала твёрдого катионита.

В результате такого катионного обмена воду можно умягчить до остаточной жесткости 5 мкг экв/л.

Этот процесс будет наблюдаться до проскока жесткости выше установившейся величины. В этом случае фильтр отключается, и катионит подвергается восстановлению, т.е. регенерации концентрированым раствором натриевых солей (например, NaCl).

При регенерации протекает обратная реакция катионного обмена:

Са²⁺ IR₂^–+2Na⁺+Cl^–→2Na⁺IR^–+ Са²⁺+ Cl^–;

Mg²⁺ IR₂^–+2Na⁺+Cl^–→2Na⁺IR^–+ Mg²⁺+ Cl^–.

Образовавшиеся продукты регенерации соли хлористого кальция и магния являются высокорастворимыми, и они отводятся с отработанными регенерационными водами в водоотводящую систему.

Процесс регенерации истощённого катионита осуществляется последовательно тремя операциями:

· взрыхление катионита;

· пропускание регенерационного раствора;

· отмывка катионита.

Взрыхление катионита осуществляется путем пропускания взрыхляющей воды через фильтр снизу вверх с целью его разрыхления, удаление мелочи (механически разрушенных зёрен катионита) и грязи, скопившейся на слое катионита в результате фильтрации умягченной воды. Взрыхление осуществляется до момента осветления воды, но дольше 15 минут.

Ввод регенерационного раствора с нормативной концентрацией в нем натриевой соли осуществляется сверху вниз с определенной нормативной скоростью фильтрации и предварительно рассчитанным объемом, в котором количество растворенной натриевой соли обеспечит полное восстановление катионита в форме Na ⁺.

Отмывка катионита после регенерации осуществляется для удаления из слоя катионита продукта регенерации и избытка регенерационной соли.

Важнейшей технологической характеристикой ионитов (в том числе и катионита) является их обменная емкость. Она выражает количество ионов, которые могут быть поглощены единицей массы (г экв/кг)или единицей объема (г экв/м)ионита. Различают полную обменную и рабочую (до проскока жесткости). В практике эксплуатации фильтров используется рабочая обменная емкость.

Обменная емкость зависит от многих факторов:

– марка ионита;

– фракционный состав ионита;

– катионный и анионный состав очищаемой воды, ее солесодержание и величина рН;

– удельный расход регенерационного реагента;

– высота фильтрующего слоя катионита;

– скорость фильтрования очищаемой воды.

Три последних фактора нормируются определенными величинами, установленными длительным опытом эксплуатации водоподготовительных установок. Удельный расход регенерационного реагента обеспечивает интенсивность и полноту восстановительного ионообмена, а два последних фактора – продолжительность контакта очищаемой воды с зернами ионита.

Аппаратура и материалы

Экспериментальный стенд, схема приведена на рисунке 6.1.

Насосы-дозаторы.

Секундомер.

Стол титровальный с бюретками.

Весы аналитические с разновесами.

рН-метр.

Солемер.

Ионообменные смолы: катиониты и аниониты.

Реагенты: NaCl; CaCl₂ или MgCl₂; набор водоподготовщика.

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 6.1. Она состо­ит из двух колонок 7, одна из которых загружена сильнокислотным катионитом 2 марки КУ–2, а другая – сульфоуглем марки СМ–1. Каждая колонка имеет дренажную систему 3 из пористого материала и запорно-регулирующие краны 4, 7, 5, 9. Верхней частью каждая колонка при помощи штуцера 5, вставленного в резиновую пробку 6 колонки, и резинового шланга 10 может быть подсоединена к дозатору 11 регенерационного раствора или к сосуду 13 взрыхляющей отмывочной или умягчаемой воды. Отбор проб исследуемой воды производится в мерную посуду 12. Колонки могут работать как индивидуально, так и последовательно в зависимости от поставленной задачи. В последнем случае кран 4 первой колонки шлангом соединяется с верхним штуцером 5 второй колонки.

Скорость пропускания регенерационного раствора и отмывочной водырегулируется степенью открытия крана 3. Скорость пропускания исходной воды при ее умягчении регулируется либо так же степенью открытия крана 3, либо, при наличии насоса, изменением его производительности. Расходы раствора и воды контролируются объемным способом при помощи мерного сосуда и секундомером.

Характеристики колонок:

– внутренний диаметр колонки d_K= 16 мм;

– площадь сечения колонки f_K= 2•10^–4 м²;

– объем загрузки катиона в колонке V_K= 6•10^{–6 м3};

- высота загрузки катионита в колонке Н_сл= 3•10^{–2 м.}

Химический состав исходной воды определяется химическим анализом,

т. е. ее показателями: жесткостью (Ж_о) и щелочностью (Щ_о).

 

Схема регенерации фильтра Схема умягчения воды

 

Рисунок 6.1

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: