Использование воды в химической промышленности. Характеристика природной воды. Технология подготовки питьевой воды.
Вода выполняет важную роль в химической промышленности в быту и в народном хозяйстве. Это связано с: свойств воды, ее доступностью, удобством применения. Использование воды в химической промышленности разнообразно по функциям, которые она выполняет. В ряде производств вода является сырьем и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях, например в производстве водорода, серной, азотной и фосфорной кислот,. Будучи универсальным растворителем и одним из наиболее распространенных катализаторов, вод, дает возможность осуществлять многие химические реакции с большой скоростью в растворах или в присутствии следов воды. Во многих производствах химической, металлургической, пищевой и легкой промышленности вода используется как растворитель твердых, жидких и газообразных веществ. Часто ее применяют для перекристаллизации, для очистки газообразных, жидких и твердых продуктов от примесей. Применяют воду и при различных мокрых способах подготовки сырья: флотации, гравитационного обогащения, пульпирования сыпучих материалов. В некоторых производствах вода образуется вследствие основных химических реакций: надсмольная вода при полукоксовании и коксовании; древесины, торфа, сланца, различных видов углей; вода выделяется при сжигании водородсодержащих топлив и разложении кислородсодержащих органических веществ, при окислении аммиака. Во всех перечисленных примерах вода непосредственно выполняет технологические функции. В значительно больших объемах вода используется как теплоноситель, т, е. в теплотехнических целях. Это объясняется большой теплоемкостью воды, ее доступностью и безопасностью в применении. Водой охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций, газообразные и жидкие конечные продукты. Водяным паром или горячей водой нагревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций или компенсации затрат теплоты при эндотермических процессах, для перевода материалов из одного агрегатного состояния в другое. Теплообмен между веществами и водой может быть осуществлен при их непосредственном соприкосновении. В громадных количествах воду используют как теплоноситель ТЭЦ, АЭС, промышленные и коммунальные котельные.
Химическая промышленность — крупнейший потребитель воды. Современные химические комбинаты расходуют миллионы кубических метров воды в сутки. Поэтому химические предприятия и нефтехимические заводы строят рядом с водными источниками. Природная вода, будучи хорошим растворителем многих веществ, всегда содержит различные примеси. По происхождению природные воды делят на три вида, сильно различающиеся по со держанию и характеру примесей. Атмосферная вода — вода атмосферных осадков — содержит относительно небольшое количество примесей, преимущественно в виде растворенных газов: кислорода, оксида углерода, оксида азота, особенно в летнее время, сероводорода, кислородных соединений серы, органические вещества, пыль. Атмосферная вода почти не содержит растворенных солей. Поверхностные воды — речные, озерные, морские — содержат, кроме примесей, присутствующих в атмосферной воде, самые разное образные вещества от ничтожных количеств до полной насыщенности. Почти всегда можно обнаружить гидрокарбонаты кальция, магния, натрия, калия, а также сульфаты и хлориды. В морской воде присутствуют почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, включая драгоценные и радиоактивные. Во всех поверхностных водах содержатся органически вещества, живые микроорганизмы, в том числе и болезнетворные
бактерии. Подземные воды — воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров, так же как и поверхностные воды, содержат разнообразные минеральные соли, состав которых зависит от характер горных пород и почв, через которые просачиваются атмосферные и поверхностные воды. Благодаря высокой фильтрующей способности почв и горных пород подземные воды в отличие от поверхностных имеют высокую прозрачность и характеризуются отсутствием органических примесей и бактериальной загрязненности. В зависимости от назначения используемая вода — это питьевая и промышленная, качество которой регламентируется соответственно ГОСТ. Промышленная вода может быть питательной (используется для различных технологических целей) и оборотной. Оборотной водой называется вода, которая после использования, например в теплообменниках, и последующего охлаждения вновь возвращается в производственный цикл. Качество воды определяется ее физическими и химическими характеристиками в зависимости от присутствия тех или иных примесей и оценивается следующими показателями: прозрачность, цвет, запах, жесткость, окисляемость, реакция воды и общее солесодержание. Прозрачность воды измеряется толщиной слоя воды, через который можно различать визуально или с помощью фотоэлемента изображение перекрестья или определенного шрифта. Прозрачность воды зависит от присутствия в ней грубодисперсных механических взвесей и коллоидных частиц. Эти примеси засоряют трубопроводы и аппараты, соответственно снижая их производительность, образуя пробки, которые могут вызвать аварию. Коллоидные частицы засоряют диафрагмы электролизеров, вызывают вспенивание воды и перебросы в котлах и аппаратах. Жесткость воды — различают временную, постоянную и общую жесткость. Временная (устранимая кипячением) жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении воды переходят в нерастворимые карбонаты, выпадающие в виде плотного осадка (накипи). Са (НСО3)2 = СаСО3 + Н2О 100°С 2Mg (HC03)2 = MgC08 + Mg (ОН)а Постоянная жесткость обусловлена присутствием в воде других солей кальция и магния, не удаляемых из воды при кипячении. Сумма временной и постоянной жесткости называется общей жесткостью, измеряемой в миллиграмм-эквивалентах ионов кальция или магния в 1 л воды. Жесткость воды равна 1 мг-экв, если в 1 л е содержится 20,04 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. Жесткость воды очень важная характеристика. При нагревании воды до кипения гидрокарбонаты кальция и магния разрушаются, образуя на стенках сосудов нерастворимую накипь. Малорастворимые сульфаты кальция и магния при кипячении в осадок не выпадают, однако при испарении больших количеств воды быстро образуют перенасыщение растворов и на стенках сосудов выпадают в виде плотного слоя накипи с низкой теплопроводностью. Поэтому чем толще слой накипи на нагреваемых поверхностях паровых котлов или теплообменников, тем ниже их производительность и экономичность.
Общее солесодержание характеризуется наличием в воде минеральных и органических примесей. Общим солесодержанием, или сухим остатком, называют массу вещества, полученную в результате испарения воды и высушивания остатка при 105—110°С до постоянной массы. Сухой остаток измеряется в миллиграммах на литр. Окисляемость воды обусловлена присутствием в воде органических примесей и определяется массой перманганата калия (в мг), израсходованного при кипячении 1 л воды с избытком КМпО4 в течение 10 мин. Реакция воды • — степень ее кислотности или щелочности, характеризуемая величиной рН. При рН 6,5—7,5 вода считается нейтральной, при рН < 6,5 воду называют кислой, при рН > > 7,5 —• щелочной. Реакция природных вод близка к нейтральной. Большой вред промышленному оборудованию приносит растворенный в воде газ (02 и СО2), вызывающий коррозию металлических поверхностей. Природную воду без предварительной очистки обычно использовать нельзя. Улучшение качества воды, поступающей из водоисточника, для производственных целей называется водоподготовкой. Водоподготовка представляет собой комплекс операций по очистке воды от вредных примесей, находящихся в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Выбор метода водоподготовки определяется как характером присутствующих в воде примесей, так и теми требованиями, которые предъявляются к потребляемой воде.
Водоподготовка питьевой воды. К питьевой воде предъявляются особые требования в отношении мутности, вкуса, запаха, химической и бактериальной загрязненности, которые регламентируются ГОСТ. Общее число бактерий в 1 мл воды не должно быть больше 100, а кишечных палочек в 1 л воды — не более 3. Вода рек и озер обычно не удовлетворяет этим требованиям, поэтому вода перед подачей в питьевую водопроводную сеть очищается на водоочистных станциях. Водоподготовка питьевых вод — непрерывный процесс, состоящий из четырех стадий: отстаивания, коагуляции, фильтрации и обеззараживания. Водозабор осуществляют непосредственно из водоема или чаще через промежуточный колодец (грубый отстойник), в который вода поступает самотеком. В отстойнике вода проходит с небольшой скоростью, освобождаясь от грубодисперсных взвешенных частиц путем простого отстаивания. Водозаборное устройство снабжено предохранительной сеткой, предотвращающей попадания в систему крупных предметов, в том числе и рыбы. Легкая взвесь осаждается очень медленно, а коллоидные частицы, содержащиеся в воде (глина, кремниевая кислота, гуминовые кислоты), методами осаждения и фильтрования не отделяются. Поэтому воду из водозабора первого подъема подают в смеситель (коагулятор), в который одновременно поступает раствор электролита А12 (SO4)3, FeSO4 или других соединений, называемых коагулянтами. Коагуляция - высокоэффективный процесс разделения гетерогенных систем. Физико-химическая сущность этого процесса в упрощенном виде состоит в том, что электролит в очень разбавленных растворах гидролизуется с образованием положительно заряженных частиц, которые, адсорбируясь на поверхности отрицательно заряженных коллоидных частиц, нейтрализует их заряды. Это приводит к слипанию (укрупнению) частиц, способных к осаждению. Чем выше заряд иона коагулянта (А13+, Fe8+), тем меньше расход электролита на коагуляцию. Образовавшиеся в процессе коагуляции хлопья твердых частичек с большой поверхностью слипаются с легкой взвесью, адсорбируют на поверхности органические красящие вещества и тем самым осветляют воду. Для интенсификации процесса коагуляции часто применяют дополнительные реагенты — флокулянты, ускоряющие процессы хлопьеобразования и осаждения. В качестве флокулянтов используют активированную кремниевую кислоту, химически модифицированные природные высокомолекулярные вещества, олеат натрия и синтетические полимерные материалы. Из смесителя вода поступает в отстойник, в котором завершается коагуляция (флокуляция) и выпадают в осадок крупные частицы. Отстойники представляют собой большие непрерывно действующие бетонированные резервуары с системой перегородок, увеличивающих время пребывания воды в отстойнике. Но полное осветление ее достигается после фильтрации через песчаные фильтры открытого типа, в которых вода фильтруется под давлением (столб воды высотой до 2 м), со скоростью около 0,1 м/ч. Фильтрующим материалом является слой кварцевого песка до 1 м с диаметром зерен 0,5—1 мм, поддерживаемый нижним слоем гравия. Основная масса загрязнений отлагается на поверхности песка, создавая фильтрующую пленку. По мере работы фильтра эта пленка утолщается, качество очистки воды повышается, но скорость фильтрации снижается. Обычно водоочистные станции обслуживают несколько фильтров, часть которых останавливается для очистки. Хотя коагуляция, осаждение и фильтрация уменьшают микробную загрязненность, часто она после этих операций превышает допустимые нормы. Поэтому осветленная вода из фильтра направляется в аппарат на обеззараживание — удаление из нее микроорганизмов и бактерий путем хлорирования, озонирования, кипячения и т. д. Для хлорирования воды используют хлор или гипохлорит кальция. При обработке воды гипохлоритом кальция образуется сильный окислитель — атомный кислород, который убивает микроорганизмы и окисляет органические примеси.
При хлорировании воды избыток хлора удаляют добавлением к ней аммиака или сульфита натрия. В последние годы питьевую воду обеззараживают озоном, получаемым действием тихого электрического разряда на воздух, обогащенный кислородом. При обработке воды озон разлагается с выделением атомного кислорода. Эта вода в отличие от хлорированной не имеет запаха хлора. Для обеззараживания воды также используют фторирование, ультрафиолетовые лучи, ультразвуковые колебания, ионы серебра. После обеззараживания очищенную питьевую воду насосом второго подъема подают в водонапорную башню, которая поддерживает постоянное давление воды в водопроводе.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|