Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Апреля 2011 в 12:46, реферат
Роль воды в жизни и быту человека, в промышленности и сельском хозяйстве трудно переоценить. Об этом достаточно подробно сказано в статье [1]. Здесь мы остановимся на понятии «жесткость воды» - оно широко используется и в быту, и в промышленности.
3.2. Направление химических реакций
В многокомпонентном растворе, т.е. сформированном различными молекулами и ионами, каждый ион «не помнит», из какой молекулы он образовался. Поэтому обоснованно и удобно записывать протекающие в растворе реакции в ионном виде. Логика подсказывает, что любой процесс, любая реакция в растворе будут направлены в сторону:
□ образования слабодиссоциирующих молекул;
□ малорастворимых веществ;
□ газообразных продуктов реакции.
Совершенно
естественно, что удаление из
ионной системы
Все эти
представления и положения
3.3. Растворимость
Растворимостью называют способность вещества образовывать с растворителем однородные смеси с размером частиц не крупнее молекулы. Мерой растворимости считают количество вещества, способное раствориться в фиксированном количестве растворителя при определенных условиях и бесконечно большом времени контакта. Причиной растворимости считают взаимодействие молекул растворенного вещества и растворителя, а также ослабление межмолекулярного взаимодействия в веществе за счет проникновения между его молекулами растворителя. Процесс растворения в целом определяется двумя характеристиками: скоростью растворения и растворимостью.
В принципе
абсолютно нерастворимых
Соли
жесткости относятся как раз
к тем «нерастворимым» или
«малорастворимым» веществам,
Для наглядности приведем пример. Если ион кальция содержится в литре очень жесткой воды в количестве 340 мг и если в этом литре воды растворится углекислый газ, образовав 510 мг карбонат-иона, то в растворе окажется при 100°С (растворимость 2 мг/л) 340 + + 510 - 2 = = 848 мг «лишнего» карбоната кальция. Этого вполне достаточно, чтобы после его кристаллизации из 1 м3 такой воды на 1 м2 теплообменной поверхности образовать слой плотной накипи толщиной 0,3 мм. Естественно, что освобождение от «лишнего» карбоната кальция 100 м3 такой воды покроет 1 м2 теплообменной поверхности слоем накипи в 30 мм.
Выпадение
в осадок карбоната кальция
приводит к снижению как общей,
Ионы Са2+ и Mg2+ как правило образуют малорастворимые соединения — гидроокиси, соли угольной кислоты, двойные соли. Например, кальций и магний с жирными кислотами образуют малорастворимые соли. Напомню, что мылом называют соли жирных кислот. Вот почему в жесткой воде мыло не мылится: ОЖ, реагируя с анионом жирной кислоты, дает малорастворимую соль, но тем самым «выводит из обращения» пенообразующий компонент мыла. Другая специфика малорастворимых соединений кальция и магния — обратная растворимость. У большинства соединений растворимость увеличивается с ростом температуры. У обсуждаемых соединений кальция и магния рост температуры приводит к уменьшению растворимости. Если вы хотите получить раствор с высоким содержанием хлорида натрия, следует подогревать воду, в которой ведется растворение. Для получения раствора с максимально возможной концентрацией карбоната кальция жесткую воду следовало бы охлаждать.
Итак, малая
растворимость солей жесткости,
На
железнодорожном
транспорте имеются предприятия, для
работы которых требуется вода с малой
жесткостью.
Известно, что
жесткость воды обусловлена наличием
в ней солей кальция и магния.
Использование жесткой воды приводит
к образованию накипи на внутренней поверхности
котлов и теплообменных аппаратов, что
снижает эффективность их работы.
В настоящее
время один из наиболее распространенных
способов умягчения воды является метод
ионного обмена. Снижение жесткости
воды ионным обменом основано на способности
определенных или некоторых искусственных
материалов (катионитов) которые имеют
в своем составе обменные ионы Na+, Н+. Способные
обмениваться на ионы Са2+, Мg2+. Реакция
обмена:
2 Na [Кат.] + Ca (HCO3)2
Ы Ca [Кат.] + 2 NaHCO3
2 H [Кат.] + MgCl2 Ю
Mg [Кат.]2 + 2 HCl
К катионитам относятся
глауконитовый песок, гумусовые
угли, сульфоуголь, искусственные смолы
(КУ-1, КУ-2).
В процессе фильтрации
воды через катиноитную загрузку
ее обменная способность уменьшается,
поэтому необходимо периодически регенерировать
(восстанавливать фильтрирующий материал).
Реакции регенерации:
Ca [Кат.]2 + 2 NaCl Ю
2 Na [Кат.] + CaCl2
Na – катионидные
фильтры регенерируются
Mg [Кат.]2 + H2SO4 = 2 H
[Кат.] + MgSO4
Н – катионидные
фильтры регенерируются раствором
серной кислоты – Н2SO4.
Для реализации
представленных химических процессов
устраивают специальное сооружение
– станцию умягчения воды.
Целью курсового
проекта является расчет основного
технологического оборудования – Н-Na-
катионитных фильтров и вспомогательного
оборудования - кислотное хозяйство, солевое,
дегазатор для удаления газов – СО2.
1. Предварительная
обработка исходных данных.
Проверка данных
химического анализа воды производится
путем сопоставления суммы катионов: Ca+2,
Mg+2, Na+, К+ с суммой анионов: Cl-, SO4-2, НСО3-:
(1). К = [Ca+2] + [Mg+2]
+ [Na+] + [K+] = 4.0 + 2.4 + 0.9 = 7.3 мг-экв/л
(2). А = [HCO3-] + [Cl-]
+ [SO4-2] = 5.1 + 0.7 + 1.5 = 7.3 мг-экв/л
Вывод: Сумма катионов
равна сумме анионов, следовательно, данные
химического анализа воды верны.
1.1. Определяется
общая жесткость исходной воды.
Жо = [Ca+2] + [Mg+2] = 4.0
+ 2.4 = 6.4 мг-экв/л (3).
1.2. Определяется
карбонатная жесткость
Жк = [HCO3-] = 5.1 мг-экв/л
(4).
1.3. Определяется
щелочность исходной воды.
Що = Жк = 5.1 мг-экв/л
(5).
1.4. Определяется
не карбонатная жесткость.
Жнк = Жо – Жк
= 6.4 – 5.1 = 1.3 мг-экв/л (6).
2. Выбор и
обоснование принципиальной
Умягчение воды
методом ионного обмена может
осуществлять: параллельным катионированием,
последовательным катионированием, совместным
H-Na-катионированием.
Выбор схемы
умягчения воды осуществляется на основании
сопоставления данных химического
анализа исходной воды.
Параллельное H-Na-катионирование
применяется при условии:
Жк / Жо і 0,5 5.1 / 6.4
= 0.79 і 0.5 +
Жнк Ј 3.5 мг-экв/л
Жнк = 1.3 Ј 3.5 мг-экв/л +
SO4-2 + Cl- Ј 3 …
4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2 Ј 3 мг-экв/л
+
Na+ + K+ Ј 1 …2
мг-экв/л 0.9 Ј 2 мг-экв/л +
Последовательное
H-Na-катионирование применяется при
условии:
Жк / Жо Ј 0.5 5.1 / 6.4
= 0.79 > 0.5 -
Жнк і 3.5 мг-экв/л
Жнк = 1.3 < 3,5 мг-экв/л ->
SO4-2 + Cl- і 3 …
4 мг-экв/л 1.5 + 0.7 = 2.2 < 3 мг-экв/л ->
Na+ + K+ не лимитируются
-
На основании
полученных результатов принимается
параллельная схема H-Na-катионирования.
Техническая схема
параллельного H-Na-катионирования:
3. Расчет основного
технологического оборудования
станции умягчения воды
К основному
технологическому оборудованию станции
умягчения
Воды Н-Na-катионитные
фильтры.
Расчет ведется
на основании нормативной
3.1. Определяется
соотношение расходов воды
При параллельной
схеме Н-Na-катионирования расчет ведется
согласно [1,прил.7,п.25]:
Определяется
расход воды подаваемой на Н-катионитные
фильтры.
qHпол.= qпол.( Що-Щу
) / ( А+Що ) м3/час (7)
где qпол.- полезная
производительность Н-Na-катионитных
фильтров,
qпол.= Qсут. / 24=1100/24=45.8
м3/час,
Що- щелочность
исходной воды,
Що=5.1 гр-экв/м3,
Щу- щелочность
умягченной воды,
А- сумма концентраций
анионов,
А= 7.3 гр-экв/м3,
qHпол.= 45.8*( 5.1-0.35
) / ( 7.3+5.1 ) = 17.5 м3/час
Определяется
расход воды на Na-катионитные фильтры:
qNaпол.= qпол.- qHпол.
м3/час (8)
qNaпол.= 45.8 - 17.5 = 28.3
м3/час
3.2. Выбирается
катионит для загрузки
Принимается сульфауголь
мелкий 1 сорта с техническими характеристиками:
Внешний вид
катионита – черные зерна неправильной
формы.
Диаметр зерен катионита
– 0.25…0.7 мм.
Полная обменная
способность - Еполн. = 570 экв/м3
3.3. Определяется
объем катионита в Н-Na-
Объем катионита
в Н- катионитных фильтрах, вычисляется
по [1,прил.7,п.26]:
WH = 24*qHпол.(Жо+СNa)/(nHp*EHраб.)
м3 (9)
где СNa- концентрация
в исходной воде,
СNa=0.9 гр-экв/м3 ,
nHp- число регенераций
каждого Н-катионитного
принимается по
[1,прил.7,п.14]: от 1…2.
nHp=2,
EHраб.- рабочая
обменная емкость Н-катионита,
вычисляется по
Формуле [1,прил.7,п.27]:
EHраб.= a н* Еполн.
– 0.5*qуд.*Ск гр-экв/м3 (10)
Где a н- коэффициент
эффективности регенерации Н-
фильтров, принимается
по [1,прил.7,п.27,табл.4]:
При удельном расходе
Н2SO4 на регенерацию 100 гр./гр.-экв.
a н=0.85,
qуд.- удельный
расход воды на отмывку 1 м3
катионита (для сульфо-
угля принимается
4 м3),
qуд.=4 м3,
Ск – общее
содержание в воде катионидов,
Ск =7.3 гр-экв/м3 ,
EHраб.= 0.85*570 –
0.5*4*7.3 = 469.9 гр-экв/м3,
WH = 24*17.5(6.4+0.9)/(2*469.9)
= 3.6 м3,
Объем катионита
в Na-катионитных фильтрах вычисляется
по
Информация о работе Жесткость воды: способы умягчения и технологические схемы