Лекции по "Химии"

     

 

     Сода  натрий гидроксидінің  гидрокарбонотпен реакциясы кезінде түзілетін ескерсін, оның суға косылатын қажетті дозасының көлемі азаяды. Гидрокарбонаттардың жоғарғы концентрациясы кезінде, ал карбонатты емес кермектіліктің төменгі концентрациясы кезінде соданың артығы жұмсартылған суда қалуы мүмкін. Сондықтан бұл әдісті карбонатты және карбонатты емес кермектілікті ескеріп колданады.  

     Содалы-натрий арқылы жұмсарту

     Содалы-натрий әдісін көбіне, карбонатты кермектілігі  карбонатты емес кермектіліктен сәл көп болған кезде суды жұмсартуға қолданады. Егер карбонатты кермектілік карбонатты жақын болса , онда соданы мүлдем қоспауға болады. Кальцийленген соданың мөлшері карбонатты кермектілікпен бірге артады. Сода регенерациялық әдіс соданың жұмсарту процессі кезінде соданың жаңаруына негізделген, суды төмен қысымды бу қазандықтарын қоректендіруге қолданады.

     

 

     Натрий  гидрокарбонаты жұмсартылған сумен қазандыққа түскенде жоғарғы температура әсерімен ыдырайды.

     

  

     Бұл кезде пайда болатын сода алдын  ала енгізілген су жұмсартқышпен  бірге, натрий гидроксиді мен көміртегі оксиді (ІV) түзіп гидролизденеді, ол үрме сумен бірге су жұмсартқышқа түседі. Ол жерде жұмсартылған судан кальций және магний гидрокарбонаттарын жоюға қолданады. Бұл әдістің кемшілігі СО₂ айтарлықтай көп көлемінің пайда болуы, металл коррозиясына әкеледі және қазандықта көп құрғақ қалдық қалады.

     Суды  барий әдісімен жұмсарту

     Суды  барий әдісімен жұмсарту басқа әдістермен бірлесіп қолданады. Бірінші сульфитті кермектілікті жою үшін құрамында барий бар реагенттер енгізеді (Ва(ОН)₂, ВаСО₃, ВаАІ₂О₄), суды түссіздендіргеннен кейін жұмсарту үшін оны әкпен және содамен өндейді Процесстің химизмі келесідегідей реакциялармен сипатталады.

     

 

     Реагенттердің қымбат құнына байланысты ол әдіс өте  сирек қолданады. Ауыз суын токсикалық барий реагенттерінен қодану үшін ол жарамсыз. Пайда болатын барий сульфаты өте жай тұнады, сондықтан үлкен көлемдегі түссіздендіргіштер мен тұндырғыштар керек болады. 

     Суды  оскалатты жұмсарту

     Суды  оксалалатты жұмсарту әдісі, оксалат натрийын қолдануға және оксалат кальцийдың суда аз еруіне негізделген (6,8мг/л 18˚С)

     

     Әдіс  өзінің технологияның және құрал жабдықтарының қарапайымдылығымен ерекшеленеді, бірақ реагенттің қымбаттылығына байланысты оны судың аз көлемін жұмсартуда пайдаланады.

      

     Суды  фосфатты жұмсарту

     Фосфатты  әдіс суды алдын-ала жұмсарту үшін қолданады. Суды әкті-содалы реагентті әдіспен жұмсартқаннан кейін міндетті түрде қалдық кермектілік болады (шамамен 2 мг-экв/л) оны фосфатты алғына дейін жұмсартумен 0,02-0,03 мг-экв/л дейін төмен болады. Бұл әдіс кейбір жағдайда катионды жұмсартуға мүмкіндік береді

     Фосфаттаумен судың үлкен тұрақтылығына қол жекізеді,металл трубаларындағы каррозиялық әректін төмендетеді және тұрбалардың ішкі қабатының карбонаттық шегерілуін ескертеді.

     Фосфатты  реагенттер ретінде гексаметафосфат, үшфолифосфат натрий (ортофосфат) және т.б. қолданады.

     Фосфатты  суды жұмсарту әдісі кезінде реагент ретінде үш натрий фосфатын қолдану ең тиімді әдіс боп табылады. Үш натрий фосфаты химизм процессі келесі формуламен суреттеледі.

     

 

     Берілген  реакциядан көрсетілгендей әдістің  мәні фосфат қышқылынан  кальций  және магний суда аз еритін сондықтан  толық тұнбаланатын тұздарының пайда болуына негізделген. Суды фосфатты жұмсарту көбіне 105...150^оС температурада қыздыру арқылы жүзеге асады және оның жұмсаруы 0,02...0,3 мг-экв/л дейін жетеді. Натрий үшфосфатының қымбатқымбаттылығна байланысты , фосфатты әдіс әк пен сода арқылы жұмсартылған суды жұмсарту үшін қолданлады.

     Фосфаттық әдіс кезінде Са₂(РО₄) және Mg₃(РО₄)₂ тұнбалары жұмсартылған судан коллоидтарды жақсы абсорбциялайды және кремний қышқылын бұл ол суды қоректендірумен судың дайындауда қазандықтар үшін жоғарғы қысымды (58,5...98,0 МПа) қолданады. 

     Суды  жұмсартудың термохимиялық  әдісі

     Термохимиялық жұмсартуды тек бу қазандарына су дайындағанда ғана қолданылады, себебі бұл жағдайда суды жылытуға кеткен энергия ұтымды пайдаланады.

     Бұл әдіспен суды жұмсартқанда температура 100°С-ден жоғары болады. Суды қыздырғанда, оның интенсивті жұмсаруына ауыр жіне ірі тұнбаның түзілуі, оның тұтқырлығы төмендеуінен жылдам тұнбаға түсуі, сонымен қатар көміртек оксиді қыздырғанда реагенттерді енгізгенше жойылуы, әктастың аз кетуі әсер етеді.

     Термохимиялық әдіспен суды когулянтпен және қатысынсыз жұмсартуға болады, себебі коагулянттың тығыздығы көп болғанда оны ауырлатыдың  қажеті жоқ.

     Коагулянттан  басқа әк пен соданың фосфатты қоспасын немесе натрий мен соданы қосуға болады. Натрий гидроксидін пайдалану реагентті дайындау технологиясын жеңілдетеді, бірақ экономикалық жағынан бағасы қымбат болғандықтан ол өте тиімсіз.

     Судың карбонатты емес кермектілігін жою  үшін сода керек мөлшерден көбірек  етіп алады.

     3-cуретте термохимиялық жұмсарту кезіндегі соданың артық мөлшерінің кальцийлі және жалпы кермектіліктерге әсері көрсетілген. Графикте көрсетілгендей соданың артық мөлшері 0,8 мг-экв/л кальцийлі кермектілікті 0,2-ге дейін, ал жалпы кермектілікті 0,23 мг-экв/л-ге дейін төмендетеді.

     Соданың мөлшері көбейген сайын, кермектілік  төмендейді.

        

     3-cурет.Термохимиялық жұмсарту әдісіндегі соданың артық мөлшерінің кальцийлі және жалпы кермектілікке әсері. 

     Судағы  магний мөлшері 0,05…0,1 мг-экв/л-ге дейін  дейін төмендейді.  4-суретте суды термирмиялық жұмсартудың құрылғысы көрсетілген. 

     

     4-сурет.Фосфатты жұмсартқышы бар әктасты – содалы суды жұмсарту құрылғысы.1-жинақтағыштан ; 2,3-жұмсарған суды жинағыш; 4-сода мен іктасты енгізу; 5,11-бастапқы судың берілуі және жұмсарған судың ; 6-буды енгізу; 7,8-І және ІІ сатының термореакторы; 9-тринатрийфосфатты енгізу; 10-жылдам жарықтандырғыш фильтр. 

     Әктасты-доломитті жұмсарту әдісі

     Әктасты-доломитті  әдіс суды 120°С температурада жұмсартуда және кремнийсіздендіру үшін қолданылады. Бұл әдіспен сода немесе сода және әктас арқылы артық мөлшерсіз жұмсартқанда кермектілік кальций концентрациясы 1,5 мг-экл/л  болғанда 0,3  мг-экв/л –ге дей–ге дейін, ал Са  концентрациясы 0,4 мг-экв/л болғанда   0,5  мг-экв/л-ге дейін төмендейді. Бастапқы су әктасты-доломитті ерітіндімен өңделеді және ол үдемді  жарықтандырғыш арқылы тазартылады. Содан соң  ол үдемді антрацитті Na-катионитті фильтрлер арқылы өткізіледі.

     Жарықтандырғыштардағы жарықтандыру аймағын бірдей 1,5 м етіп алады, әктеудегі шығатын ағынның жылдамдығы 2 мм/с – тан көп емес.

     Судың ластанған түрінің жойылуына тәуелді жарықтандырғышта болу уақыты 0,75-тен 1,5 сағат аралығында.Темірдің (ІІІ) валентті когулянтын  0,4 мг –экв/л мөлшерінде қосу ұсынылады. 

     Жоғары температурада жұмсарту әдісі

     Жоғары  температурада суды жұмсарту әдісін оны толық практикалық жұмсарту үшін қолданылады.Термохимиялық суды жұмсарту қондырғылары өте ыңғайлы. Олар: реагент дозаторынан, жұқақабатты тұндырғыш қыздырғыштарынан немесе түссіздендіргіш және фильтрден тұрады. 

     Диализ  әдісі бойынша суды жұмсарту

     Диализ-молекулалық  массаларымен ерекшелетін еріген  заттарды бөлу әдісі. Жартылай өткізгіш мембранасы арқылы бөлінген концентрлі және сұйылтылған ерітіндінің диффузиясының  әр түрлі жылдамдығына негізделеді. Градиент концентрациясы әсерінен (массаларының әрекеттесуші заңына байланысты) еріген заттар сұйылтылған ерітінділер жағына  мембрана арқылы әр түрлі жылдамдықпен диффурлинеді. Еріткіш (су) еріген заттарды тасымалдайтын жылдамдығын төмендету барысында кері бағытта диффурленеді. Диализді мембранды аппараттарда нитро және ацетатцеллюлозды пленканы мембрана арқылы жүзеге асырылады.

     Суды  жұмсарту үшін жартылай өткізгішті мембрананың  эффективтілігі жұмыс уақыты кезінде  сақталатын суөткізгіштік және селективтілігінің  жоғары мәнімен анықталады. Мембрананың селективтілігін келесі теідікпен анықталады:

                                                            

     мұндағы: Ж_и – бастапқы заттың концентрациясы (кермектілігі);

                      Ж_у – жұмсартылған судың кермектілігі.

     Жартылайөткізгішті  мембрананы бірнеше гипотезді үлгілеріне тоқталайық.

     Гиперфильтрлеу  жартылай өткізгіш мембранасында диализ кезінде гипотезасы гидратталған ионның және ассоционаттарды өткізетін  болуын болжайды. Теориялық  зерттеу  негізінжартылайөткізгіш мембранада су мен еріген тұздар диффузия кезінде кеуек арқылы өтетіндігі ереже қалады.

     Өткізгіштіктің  сорбциялық үлгісі мембрана мен кеуек  терең бетінде нашар еритін қабілеті бар, байланысқан су қабаты адсорбцияланады  деген ережеге негізделеді. Мембрананың  селективтілігі оның диффузия коэффициенттері мен жүйе компоненттерінің материалда еруіндегі айырмашылықтармен түсіндіріледі.

     Электростатикалық теория келесіге негізделеді. Бастапқы су бір жағында селективті мембранасы бар, ал екінші жағында ас дұзынан  дайындалған рассолы бар камерада қозғалғанда натрий иондары алдымен мембранаға, кейіннен суға ауысады, ал кальций иондары қарама-қарсы бағытта қозғалады, яғни кермек судан рассолға өтеді. Камерада қосалқы әрекет қатар жүреді, диализ процесімен ілесіп жүретін судың осматикалық ауысуы, бірдей ионның ауысуы, электролит диффузиясы. Осылай суда кальций ионының жойылып орнына тұнба түзбейтін натрий ионымен алмасуы жүреді. Бұл процестер мембрананың сапасына байланысты. 
 

     Катиондау арқылы суды жұмсарту

     Ион алмасудың негізі болып ионалмастырғыш материалдың және иониттердің судағы оң және теріс иондары эквивалентті мөлшерде ионит иондарына алмастыру қабілеті болып табылады. Суды ион алмасу әдісімен өңдеу кезінде катиондардың алмасуы жүретін процестерді катиондау деп аталады. Суда катиониттердің көлемі үлкейіп, ісінеді. Бірдей массадағы катиониттердің ісінген және құрғақ күйіндегі мөлшерінің қатынасын ісіну коэффициенті деп аталады.

     Бірдей  жағдайларда әр түрлі катиондардың катионитке кіру энергиясы олардың  динамикалық белсенділігінің өсуі бойынша келесі қатармен сипатталады. Na⁺ < NH₄ ⁺< K ⁺<Mg²⁺ < Са²⁺ < Al³⁺< Fe³⁺ , яғни катионның заряды арттқан сайын, оның катионитке кіру энергиясы олардың гидратациялануына байланысты; ал сутек ионидінің катионитке кіру энергиясы, натрийге қарағанда 17 есе, ал кальцийге қарағанда 4 есе көп.

     Катиондардың  алмасу жылдамдығы катионит су бетінің  диффузиясымен және катиониттің  құрылымына тәуелді. Катионит шағын  болған жағдайда  алмасу тез және негізінен беткі қабатта жүреді-экстрамиллярды алмасу. Бұл жағдайда катиониттің собциялайтын барлық көлемі қолданылмайды. Катиониттің кезекті құрылымында, капилляр каналының өлшемі гидратталған ионының диаметрінен үлкен болғанда, алмасу ішкі беттерде жүреді-интермицеллярлы алмасу .

     Жылдамдығы  төмен болғанымен, алмасу қабілеті жоғары В.А.Клячко мәлеметтері бойынша кеуекті катионитте Са²⁺, Mg²⁺,Na⁺ иондарының сутек ионымен 90-98% -ға  алмасуы 1минутқа жетпей өтеді, ал тепе-теңдік  5-6 минутта орнайды. Сондықтан катионит арқылы суды жұмсартқанда фильтрлеу жоғары жылдамдықта жүреді.

     Әр  катиониттің фильтрацикл кезінде  катионитте алмасқан катиондар санымен  сипатталатын нақты алмасу қабілеті болады. Катиониттің сыйымдылығын 1м³ катионитте суда ісінген күйде, яғни катионит фильтрде болған кездегі г/экв катион санымен өлшейді.

     Катиониттің толық және пайдалы көлемдері  болады. Толық көлемі деп-фильтрат кермектілігі бастапқы судың кермектілігімен  бірдей болғанға дейінгі; 1м³катионитте болатын кальций, магний иондарын айтады. Пайдалы көлем деп –тұз иондары фильтратқа өткенге дейінгі,  1м³ катионатта болатын кальций және магний иондарын айтады.

     Сіңірілу  сыйымдылығы деп фильтге енгізілген барлық катионитке тиесілі алмасу сыйымдылығы.