5.3 Аппаратура и материалы. 5.4 Методика и порядок выполнения работы. 5.5 Содержание отчета и его форма. 5.6 Вопросы для защиты работы

5. 3 Аппаратура и материалы

Экспериментальный стенд, схема приведена на рисунке 5. 1.

Секундомер.

Весы аналитические с разновесами.

Мерный цилиндр.

Фотоколориметр.

Мутномер.

Загрязнитель – глина или песок.

Схема экспериментального стенда приведена на рисунке 5. 1. Стенд состоит из колонки 1, то есть осветлительного фильтра, мерного 12 и расходного 13 сосудов. Колонка заполнена фильтрующим материалом – дробленым антрацитом 2 на высоту Н_сл. В нижней части колонки имеется дренажная система из пористого материала 3. Верхняя его кромка закупоривается резиновой пробкой 4. В отверстие по его центру плотно устанавливается штуцер-тройник 5. Аналогично закупоривается и расходный сосуд 13. Колонка оснащается запорно-регулирующими кранами 6, 7, 8 и 9, с помощью которых и резиновых шлангов 11 к ней присоединяется расходный сосуд 13, а также составляется схема фильтрации или взрыхляющей промывки фильтрующей загрузки. Отбор проб фильтрата или промывочной воды производится открытием крана 6 в мерную посуду 12. Скорость фильтраций искомой воды регулируется степенью открытия крана 6. Расходы фильтруемой и взрыхляющей вод контролируются объемным способом при помощи мерного сосуда 12 и секундомером.

Рисунок 5. 1

5. 4 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.

5. 5 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

5. 6 Вопросы для защиты работы

1. Сущность технологии фильтрации.

2. Основные технологические параметры процесса фильтрации воды.

3. Устройство опытного стенда.

Практическое занятие № 6

ИЗУЧЕНИЕ ИОНООБМЕННОГО МЕТОДА УМЯГЧЕНИЯ

ВОДЫ

6. 1 Цель и содержание

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

6. 2 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.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: