Лекции по "Химии"

      

            3-кесте. «Аш» регенерациялы Н-катионды қолдану аумағы

     Бірлескен Н- Na-катиондауды бір фильтрда жүзеге асырады, бұл жүктеменің жоғарғы бөлігі болып, Н-катионит, ал төменгі бөлігі натрий катиониті.Қабатты қопсытканнан кейін катионды алдымен қышқыл қоспасымен өндеуді, содан кейін ас тұзымен. Бірлескен Н- Na-катиондау кезінде судың қалдық сілтілігі 1,5...2,0 мг-экв/л ал қаттылығы 0,1...0,3 мг-экв/л. Бұл сұлбалық артықшылығы қышқыл ағындарының болмауы, ал кемшілігі – регенерациялау қиындығы.

         

     Натрий-хлор иондаумен суды жұмсарту

     Бұл әдістің аты айтып тұрғандай, оны негізінде катионитті Na түрінде және анионитті Cl түрінде қолдану жатыр. Екі ионитті регенерациялауға ас тұзды қатысады.

     

     8 сурет.Суды натрий хлордау сұлбасы.

     1,4-алғашқы  суды беру және жұмсартылған суды апару, 2-натрий катионды фильтр, 3-хлор-аниотты немесе бірлескен натрий-хлор-ионитты фильтр.  

     Хлор-иондау алдын-ала натрий катиондаудан кейін  жасалады. Натрий катионды фильтрларда жоғарыда айтылған реакциялар жүреді. Өнделетін су жұмсайды, суда тек натрий тұздары қалады NaHCO₃, Na₂SO₄, NaCL, NaNO₃. Натрий-катионды суды қатты негізгі анионит арқылы өткізгенде хлор фториды катионды  суда болатын, хлор иондарына, анионит құрамында болатын

     

     HCO₃ ионының сербциясы кезінде өнделетін судың сілтіліг төмендейді, ол жұмыс циклының басында минимальды болады, содан кейін бірте-бірте артады. Жұмыс циклінің соңы хлор анионитты фильтрдың фильтрат сілтілігінің берілген шамаға дейін артуымен анықтайды.

     Коагуляциялануы міндетті үстіңгі сулар әкпен  өнделеді, сілтілікті төмендету үшін, одан кейін оларды Na-CL-иондық қажет болмайды.

     Анионитті регенерациялау үшін өте сапалы ас тұзу қажет болады, бөтен қоспалардың мөлшері өте төмен болуы қажет. Өзінділік қажеттілік үшін анионитті фильтрларда жұмсартылған су қолданылуы қажет.

     Na-CL-иондау әдісін ерекше жағдайларда қолдану керек, аниондар мен сульфаттар мен нитраттардың алғашқы суға қатысы 3 мг-экв/л аспау қажет.

     

     Қазандықты  қондырғыларды төмен жумсарту қажетті  болғанда суды Na-катиондаудың 2 сатысын  қолданылады. Na-CL жағдайында І сатылы натрий катиондаудан фильтрларынан кейін ІІ сатылы фильтрлар қойылады, мұнда натрий катионды фильтрлар хлор иондыларымен бірлесіп қызмет атқарады. Бұл жағдайда фильтрдың төмен бөлігіне катионит,ал жоғарғы бөлігіне АВ-17 типті анионит салынады. ІІ-сатылы фильтрды регенерациялағанда ас тұзы қоспасымен натрий иондары катионитті регенерацияланады. Өнімділігі 5-тен 50м³/сағ Na-CL-ионды әдіс Н-Na- катионды су жұмсартуәдісіне қарағанда бір қатар артықшылыққа ие, бұл кезде бір ғана реагент-ас тұзы шығындалады. Қышқыл шаруашылығында қажеттілік туындамайды, коррозияға қарсы қорғаныстың қажеттілігі туындамайды, арнайы құбырлармен арматуралар қажет болмайды. Жабдықтардың саны азаяды, су жұмсартқыш қондырғының пайдалануды басқару жеңілдейді. Әдістің кемшілігі жұмсартылған судағы хлоридтердің сілтіге қатысты артуы. 

     Аммоний-катиондаумен суды жұмсарту

     Алюминий  катиондау кезінде өнделетін  су аммоний тұздарымен регенирленген NH₄CL немесе (NH₄) SO₄ катионит қабатынан фильтрленеді. Катионағы аммоний иондары Са(ІІ), Mg(ІІ), Na(ІІ) катиондарына айналады, табиғи суда кездесетін бұл жағдайда солдан оңға қарай келесідегідей реакциялар жүзеге асады.

     

     Бұл айналым реакциялағаннан көрініп тұрғандай суда бар аниондарға сәйкес филтратта аммоний тұздары пайда болады,. Аммоний катиондауда су жұмсайды, ал оның сілтілігі бастапқы судікіндей болады. Суды қазанда қыздырғанда аммоний тұздары ыдырайды.

     

     Ыдырау  кезінде пайда болған аммоний  бикарбонаты аммиак пен көмірқышқылы бумен әкетіледі, ал қазансуында тұз және күкірт қышқылдары қалу керек. Коррозия пайда болмау мақсатында энергетикалық практикада аммоний катиондау Na-катиондаумен бірлесіп қолданылады. Na-катиондау процесс карбонаттың кермектілігі натрий бикарбонатына айналады, ол қазанда ол сода мен жегіш натрий пайда болумен ыдырайды.

     

     Көмірқышқылы  бумен әкетіледі, ал содамен жегіш натрий су қышқылдығын нейтралдайды аммоний тұздарының ыдырауы кезінде пайда болатын. Қазан суындағы сілтілік тым көп төмендеуін азайту үшін. Аммоний катиондау мен Na-катиондауды жұмсартылған судағы НСО₃ иондарының концентрациясы аммоний иондарынң концентрациясынан 0,3-0,7 мг-экв/г артық болу керек.

     Аммоний және натрий катиондау процестерін  комбинациялау паралельді және бірлескен NН₄- Na-катиондау кезінде мүмкін болады. Сұлбаны таңдау бастапқы су сапасына тәуелді болады.

     NН₄- Na-катиондаудың паралельді сұлбасы.

     

     Мұндағы [Na]%-алғашқы судағы жалпы кермектілігінде натрий формуламен аңықталады.

     

     Мұндағы [Na], Ж₀-натрий құрамы және алғашқы судың қаттылығы мг-экв/л; а катиондаудың Са(ІІ), Mg(ІІ), NН₄ аммоний иондарына айналу дәрежесі (бірлескен аммоний катионды фильтрлар сұлбасында) немесе аммоний катионды фильтрларға түсетін су мөлшері паралельді аммоний-натрий-катиондау сұлбасындағы теңдеумен аңықталады.

     

     Ж_к-карбонатты қаттылық алғашқы судың мг-экв/г Щ_ост-ағындардың араласуынан н/е бірлескен аммоний-натрий-катиондау кейінгі жұмсартылған судың «қалдық» шартты сілтілігі мг-экв/г шартты себебі,өйткені ол NaНСО₃-тың жұмсартылған судағы құрамына сәйкес.

     Егер  алғашқы суда натрий жоқ дерлік болса,онда теңдеу мынадай болады.

     

     Қатаңдықтың натрийға айналу дәрежесі бірлескен  аммоний-натрий-катиондауда немесе судың үлесі натрий-катиондауды фильтрлерге паралельді аммоний-натрий-катиондау кезінде түсетін натрий теңдеумен аңықталады.

     D=100-αNH₄

     Аммоний сульфатын қолдану арзанырак болады (ауыл шаруашылығында қолданылатын түрлері) бірақ оны қолдану кезінде катиониттің гипстелу қалу мүмкіндігі пайда болады. (Катионит дәндеріндегі СаSO₄ түсіп қалуы) Регенерациялау үшін 2-3%-дың аммоний сульфатының ерітіндісін дайындайды,шайып суды жылдамдығы 10 м/сағ кем емес етіп өткізеді.

     Аммоний сульфатыының меншікті шығыны 200г/г-экв  деп алынады.Жойылатын кермектілікке байланысты ерітіндіні қайта қолдану кезінде (екі сатылы сұлба кезінде) 140г/г-экв. Жұмыс ауыспалы аммоний катионит сыйымдылығының натрий катионитына қарағанда 10-15%  артық деп алады. Судың катионитті регенерация өнімдерінен шаюға меншікті шығыны 1м³ катионитқа 5м³ су. Диаметрін таңдау,санын және басқа да есептеулер аммоний катиондау фильтрдың натрий-катиондауды фильтрдың есебіне сәйкесінше жүргізіледі.

     Аммоний-натрий-катиондаудың бірлескен процессі кезінде фильтр аммоний сульфат және хлорлы натрийдың  аралас қоспасымен регенерацияланады.Аммоний  сульфатының осы көлемде ерітеді.

     Аммоний-катиондауды  фильтрды NH₄-N-катионды фильтрды  регенерациялауға кететін су шығының есептеу натрий-катионындай есептеп жүргізіледі, бірақ сульфат регенерациялық ерітіндісінің концентрациясы 2-3% аспауын ескеру керек және шаюға кететін су шығыны 1м³ катионитқа 5м³ су екендігін ескеру үшін. 

     Әкті-катионды және бөлшекті катиондау әдісі

     Әкті- катиондау суды жұмсарту әдісі аралас әдіс болып табылады және реагентті катионды әдіске жатады.

     

 

     9-сурет.Әкті – натрийлы – катионды әдіспен суды жұмсарту сұлбасы.

     1,9-бастапқы судың берілуі және жұмсарған судың ;  2-суды коагуляциялауға арналған құрылғы; 3-әк суының берілуі; 4-реактор; 5-өлшенген тұнбасы бар жарықтандырғыш; 6-жылдам жарықтандыру фильтрі; 7,8-натрий-катионитті фильтр І және ІІ сатысы; 10-аралық резервуар; 11- 12-тұз қышқыл ерітінділі жарықтандырғыш; 13-ылғал ас тұзын сақтау бөшкесі; 14- гидравликалық аралыстырғышы бар әк суының бөшкесі. 

     Алғашқы судың карбонатты кермектілігін әктеумен жояды, содан кейін су кезекті натрий-катиондауға жіберіледі. Әктеуді сілтілікті төмендету үшін қолданады (немесе карбонатты қаттылықты) суға өшірілген әкті әктік сүт немесе ерітіндісі түрінде енгізу бос көмірқышқылды нейтрализациялауды

     

     Содан кейінгі әкті көп көлемде енгізу бикарбонаттардың ыдырауына әкеледі.                                       

     

     Әктеумен  судан карбонатын емес қаттылық рн≥10,2...10,3 болғанда жояды. Na(ІІ) жұмсартылатын суда біраз мөлшерде болған кезде, Са(ІІ), Mg(ІІ) көлемінен, егер 20%-дан артық болып реагентті катиондауды жұмсартуды қолданған жай(әктік-натрий-катиондау). Сутегі катионды фильтрларды қышқылдармен толық ығыстыруға жеткіліксіз катиондарды регенерациялау кезінде, катионит фильтрда 2 күйде болады, жоғары бөлігінде Н формада, төменгі бөлігінде Са(ІІ), Mg(ІІ) формаларында. Суды мұндай фильтрлар арқылы фильтрлегенде фильтрдың жоғарғы бөлігінде барлық еріген тұздар Н-ионының катиондар ыдырау кезінде тұздарға айналады.

     

     Бұл жағдайда көмірқышқылы Н₂О және СО₂ түзіп ыдырайды.Фильтрдың төменгі бөлігінде СА және Mg катиондары арасындағы айналым реакциялары орын алады.

     

     Сонын нәтижесінде барлық карбонатты емес тұздар суда қалып,ал карбонаттар одан ығыстырылады. Бұл әдіс тек карбонатты қаттылығы бар тұздары жоюға мүмкіндік береді, судың сілтілігін 0,4...0,5мг-экв/л  дейін төмендетеді.

         Бөлшекті катиондауды тек тұтынушылар  судыңкермекткермектілігі жоғары талап қоймаған жағдайда қолдануға болады.Судың бір бөлігі жұмсартуға жіберіледі, содан кейін жұмсартылған су алғашқы сумен сапасына катысты тұтынушыға қажетті пропроцияларда араластырылады. 

     Суды  терең жұмсарту әдісі

     Тұрақты және терең суды жұмсартуды алу үшін (0,03мг-экв/л аз), 2-сатылы натрий-катионды фильтрлармен толықтыру керек болады, өйткені бір сатылы фильтрация кезінде сапаны тексеру жүйесіне қатты судың өтіп кетуін байқау қиын. Судың сапасының төмендеуін алдын алу мүмкін болмайды. Мұндай сұлбаны егер судың қаттылығ (6...8 мг-экв/л-дан артық болса) үлкен болған жағдайда қолданылады. Н-катиондаудың жұмысының белгілі бір кезенінде фильтраттың қышқылдығы төмендейді. Филтраттың қышқылдығының төмендеуін алдын алу үшін 2 сатылы Н-катиондау қолданылады. 1-сатылы Н-катионды фильтрларда фильтратқа Са(ІІ) және Mg(ІІ) өтіп кеткенше жұмыс атқарылады,содан кейін оларды регенерацияға айырып тастайды. 2-сатылы Н-катионды фильтрлар өнделетін судан Na(І) катиондарын ұстап қалу үшін қолданады, Na(І) катиондары 1-сатылы фильтрлармен ұстамайды деуге болады,оларды Са(ІІ) және Mg(ІІ) өтіп кетіп жұмыс кезінде жұмсартылған судан Na(І) катиондарын алған кезде фильтр қышқылдарын алған кезде фильтр қышқылдығы ұзақ уакыт бойы тұрақты боп қалады ұзақ уақыт бойы, өйткені 2-сатылы Н-катионды фильтрлар созылмалы регенерацияаралық периодқа ие, өйткені оларға катионы аз мөлшердегі катиондалған  Са(ІІ), Mg(ІІ) су беріледі.