5. ХВО. 5. Химводоочистка 1 Основные положения воднохимического режима
 Скачать 385.5 Kb.
|
|
Лист | |||||||||||||||||
| | | | | | | 90 | |||||||||||
| | Изм. | Лист | № докум. | Подпись | Дата | ||||||||||||
| | Большинство применяемых в настоящее время ионитов являются синтетическими смолами, отличающимися размерами и структурой их молекул. В отличие от молекул неорганических и многих органических соединений, состоящих из небольшого числа атомов, молекулы синтетических соединений состоят обычно из тысяч, а иногда десятков тысяч прочно связанных между собой атомов. Ионообменные материалы обладают способностью к реакциям ионного обмена благодаря структуре их молекул, состоящих из твердой нерастворимой молекулярной сетки (матрицы), к отдельным местам которой присоединены активные группы атомов (функциональные группы), способные к диссоциации в воде на ионы. В зависимости от характера активных групп ионита его подвижные, способные к обмену ионы могут иметь или положительный заряд, и тогда ионит называют катионитом, или отрицательный заряд, и тогда ионит называют анионитом. В качестве катионитов в схемах обессоливания и Na-катионирования используют: сильнокислотный катионит КУ-2-8 российского производства, сильнокислотные катиониты фирмы «Пьюролайт» С-100, С-100С или другие импортные катиониты. Катиониты этих марок обладают сильнокислотными свойствами, т.к. в своем составе содержат активную группу SO3H, катион водорода которой способен замещаться катионами кальция, магния и натрия. В качестве анионитов используют как слабоосновные, так и сильноосновные аниониты. Аниониты содержат: первичные (−NH2), вторичные (=NH), третичные (≡N) и четверичные аммониевые группы (–NR3). Аниониты, содержащие первичные, вторичные и третичные аммониевые группы обладают слабоосновными свойствами, а четверичные аммониевые группы – сильноосновными. Для поглощения анионов сильных кислот (Cl−, SO42−, NO3−) в анионитовых фильтрах I ступени используется слабоосновной анионит фирмы Пьюролайт А-100 и аниониты А-845, А-847, способные помимо вышеуказанных анионов поглощать также анионы угольной кислоты (HCO3−) и являющиеся, таким образом, анионитами средней основности. Аниониты А-400 фирмы «Пьюролайт» и АВ-17-8 российского производства загружены в фильтры II ступени для поглощения анионов слабых кислот (HCO3−, HSiO3−). Обработка воды путем водород-катионирования состоит в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода. При Н-катионировании обрабатываемой воды протекают следующие реакции: Ca2+ + 2HR → CaR2 + 2H+ (5.4.6) Mg2+ + 2HR → MgR2 + 2H+ (5.4.7) Na+ + HR → NaR + H+ (5.4.8) HCO3− + H+ → H2O + CO2 (5.4.9) где: R – фиксированные ионы катионита, которые принято считать одновалентными Поглощение катионов зависит от их активности. В ряду Na+ В результате приведенных реакций общая жесткость Н-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/л и ниже, а карбонатная жесткость (щелочность) полностью удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды. | ||||||||||||||||
| | | | | | | ДП 1-43 01 05.08.61.06 | Лист | ||||||||||
| | | | | | | 91 | |||||||||||
| | Изм. | Лист | № докум. | Подпись | Дата | ||||||||||||
| | Так как в процессе Н-катионирования все катионы в воде заменяются катионами водорода, то присутствующие в воде сульфаты, хлориды и нитраты, бикарбонаты и силикаты кальция, натрия и других катионов преобразуются в свободные минеральные кислоты (серную, соляную, азотную, угольную (CO2), кремниевую). Общая кислотность Н-катионированной воды при этом равна сумме содержащихся в воде анионов минеральных кислот (Cl−, SO42−, NO3− и др). Наряду с вышеприведенными реакциями протекает процесс вытеснения из катионита ранее поглощенных катионов Na+ катионами Ca2+ и Mg2+, вследствие чего катионит по Na+ истощается быстрее, чем по ионам Ca2+ и Mg2+, которые являясь двухвалентными, сорбируются (поглощаются) катионитом лучше. Из-за неодинаковой сорбируемости ионов различной природы и «проскок» в фильтрат происходит не одновременно. Понятие «проскок» ионов означает появление в воде ионов, которые уже не поглощаются фильтрующим материалом, а проходят через фильтр в обработанную воду. При Н-катионировании до «проскока» натрия в Н-катионированной воде содержатся только минеральные кислоты, при этом кислотность фильтрата получается равной суммарной концентрации хлоридов, сульфатов и нитратов, т.е. анионов сильных кислот в обработанной воде. Регенерация истощенного Н-катионита осуществляется пропуском через его слой раствора серной кислоты. При регенерации катионита кислотой протекают реакции, которые могут быть выражены следующими уравнениями: CaR2 + H2SO4 → 2HR + CaSO4 (5.4.10) MgR2 + H2SO4 → 2HR + MgSO4 (5.4.11) 2NaR + H2SO4 → 2HR + Na2SO4 (5.4.12) Для более полного вытеснения поглощенных катионитом ионов производят ступенчатую регенерацию Н-катионита: сначала 1-1,5%-ным раствором серной кислоты, а затем, когда основная масса катионов кальция и магния уже вытеснена и опасности «гипсования» уже нет, более крепким (4-5-6%) раствором кислоты. Ввиду того, что катионированная вода является кислой, непригодной для питания паровых котлов, Н-катионирование сочетается с анионированием, при котором поглощаются анионы, содержащиеся в Н-катионированной воде. Процесс пропуска воды через фильтры, загруженные анионитом, называют анионированием. В практике обработки воды для питания паровых котлов на электростанциях обменным анионом является ион ОН−. Слабоосновные аниониты при анионировании способны обменивать свои активные обменные анионы ОН− только на анионы сильных кислот (SO42−, Cl−, NO3−). При этом протекают следующие реакции: SO42− + 2ROH → R2SO4 + 2ОН− (5.4.13) Cl− + ROH → RCl + ОН− (5.4.14) NO3− + ROH → RNO3 + ОН− (5.4.15) где: R – фиксированные ионы катионита, которые принято считать одновалентными. | ||||||||||||||||
| | | | | | | ДП 1-43 01 05.08.61.06 | Лист | ||||||||||
| | | | | | | 92 | |||||||||||
| | Изм. | Лист | № докум. | Подпись | Дата | ||||||||||||
| | Содержащиеся в Н-катионированной воде катионы Н+ и полученные при анионировании воды анионы ОН− взаимно нейтрализуются: Н+ + OH- → Н2О (5.4.16) Слабоосновные аниониты характеризуются неодинаковой способностью к поглощению различных анионов; поглощение анионов происходит по ряду: SO42− > NO3− > Cl−, в котором каждый предыдущий анион поглощается более активно и в большем количестве, чем последующий. Это значит, что анион Cl− «проскакивает» в фильтрат раньше, чем анион SO42−. Поэтому в схеме полного химического обессоливания анионитовые фильтры первой ступени, закруженные слабоосновным анионитом, отключают на регенерацию по «проскоку» в фильтрат аниона Cl−. Анионы слабых кислот (HCO3−, HSiO3− и др.) не вступают в обменные реакции со слабоосновными анионитами. Сильноосновные аниониты способны извлекать из воды все содержащиеся в ней анионы как сильных, так и слабых кислот. Однако сильноосновные аниониты значительно дороже слабоосновных, поэтому они применяются главным образом для поглощения анионов кремниевой кислоты (HSiO3−) и бикарбонатных ионов (HСO3−) в установке полного химического обессоливания. HSiO3− + ROH → RHSiO3 + ОН− (5.4.17) HСO3− + ROH → RHСO3 + ОН− (5.4.18) Кремнесодержание воды, пропущенной через сильноосновной анионитовый фильтр, снижается до остаточной концентрации кремнекислоты – 20÷50 мкг/л SiO2 в зависимости от режима работы фильтра. Однако присутствие углекислоты в воде, поступающей на анионитовые фильтры, отрицательно сказывается на глубине обескремнивания. Это связано с тем, что анион HCO3− поглощается расположенными ниже слоями анионита, вытесняя из них более слабую кремнекислоту. После замены обменных анионов, содержащимися в воде анионами анионит истощается и теряет способность обменивать ионы. Регенерация анионита достигается пропуском через слой истощенного анионита раствора едкого натра. R2SO4 + 2NaOH → 2ROH + Na2SO4 (5.4.19) RCl + NaOH → ROH + NaCl (5.4.20) RNO3 + NaOH → ROH + NaNO3 (5.4.21) RHCO3 + NaOH → ROH + NaHCO3 (5.4.22) RHSiO3 + NaOH → ROH + H2SiO3 (5.4.23) Анионит регенерируется 4%-ым раствором едкого натра. Аниониты с течением времени «стареют» вследствие окисления их растворенным в воде кислородом и загрязнения органическими веществами. В стареющих анионитах ухудшаются их технологические показатели. Особенно нежелательным является поглощение анионитами органических соединений, т.к. при этом происходит ухудшение качества очищенной воды, снижение обменной способности анионита. | ||||||||||||||||
| | | | | | | ДП 1-43 01 05.08.61.06 | Лист | ||||||||||
| | | | | | | 93 | |||||||||||
| | Изм. | Лист | № докум. | Подпись | Дата | ||||||||||||
| | На восстановление обменной емкости анионитов требуются повышенные расходы щелочи, значительно возрастает расход воды на собственные нужды из-за повышенных расходов ее на отмывку анионита после регенераций и увеличения количества регенераций. В случае высокоосновных анионитов при загрязнении их органическими соединениями имеет место повышенное содержание кремнекислоты в обработанной воде. В зависимости от типа используемые для обработки воды аниониты могут поглощать различное количество органических соединений. Так анионит А-100 может поглощать до 8г органических соединений на литр смолы, аниониты А-845 и А-847 – до 15г на литр. Высокоосновные аниониты А-400 и АВ-17-8 также поглощают значительное количество органики. Для снижения вышеуказанных отрицательных эффектов в работе анионитов следует применять следующие технологические приемы: - при появлении признаков загрязнения анионита органикой необходимо увеличить удельные расходы щелочи на регенерацию и уменьшить скорость пропуска регенерационного раствора, т.е. увеличить время контакта раствора щелочи и анионита; - периодически производить обработку анионита щелочно-солевым раствором, либо поочередную обработку его растворами щелочи и соли по специальной технологии. Декарбонизацией называется процесс удаления из воды свободной угольной кислоты, которая образуется в значительном количестве при Н-катионировании воды. Удаление угольной кислоты необходимо во избежание преждевременного срабатывания анионитовых фильтров II-ой ступени и производится путем продувки воздуха через воду. При этом углекислота, находящаяся в воде, приходит в равновесие с углекислотой, содержащейся в воздухе. Так как парциональное давление углекислоты в воздухе мало, содержание ее в воде может быть снижено до 2-3 мг/л. Остаточное содержание углекислоты зависит от температуры воды, величины поверхности контакта с воздухом, расхода воздуха на продувку. Для предотвращения углекислотной коррозии оборудования паро-конденсатного тракта и тракта питательной воды на электростанциях применяется аммиачная обработка обессоленной воды. Основной задачей такой обработки является связывание свободной углекислоты, содержащейся в обессоленной воде, и повышение рН воды и конденсата на всех участках пароводяного тракта, что обеспечивает защиту оборудования от коррозии. Величина дозировки аммиака определяется его количеством, необходимым для связывания углекислоты в бикарбонат аммония: NH3 + H2O + CO2 → NH4HCO3 (5.4.24) Небольшой избыток аммиака сверх этого количества образует карбонат аммония и повышает рН воды до требуемого значения. NH4HCO3 + NH3 → (NH4)2CO3 (5.4.25) | ||||||||||||||||
| | | | | | | ДП 1-43 01 05.08.61.06 | | ||||||||||