Оборудование химводоочистки. Водоснабжение котельной. Обращение воды в рабочем цикле котельной
 Скачать 224.5 Kb.
|
КОАГУЛЯЦИЯ ВОДЫСлово «коагуляция» латинского происхождения и означает свертывание. Коагуляцией называется процесс укрупнения коллоидных частиц, завершающийся выпадением вещества в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием. Коллоидные растворы отличаются высокой устойчивостью, потому что коллоидные частицы обладают одноименным электрическим зарядом и взаимно отталкиваются, что препятствует их укрупнению. Для устранения этого препятствия в обрабатываемую воду, содержащую обычно отрицательно заряженные коллоидные частицы, вводят искусственно созданные коллоидные частицы, имеющие положительный электрический заряд. Эти реагенты называют коагулянтами. Их взаимодействие приводит к взаимному притяжению, нейтрализации зарядов и укрупнению частиц. К положительно заряженным коллоидам относятся гидраты окислов металлов, из которых наибольшее применение получили гидраты окислов алюминия Al(OH)3 и железа Fe(OH)3. Для получения этих коллоидов в воду вводят хорошо растворимые соли этих металлов, которые в результате гидролиза образуют малорастворимые гидраты окислов, выпадающие в виде коллоидных частиц с положительным зарядом. На химводоочистках в качестве коагулянтов применяют сернокислое железо Fe(SO4) 7H2O и сернокислый алюминий Al2(SO4)3 18H2O, дозируемые в обрабатываемую воду в виде разбавленных растворов 5-10% концентрации. Процесс образования коллоидов можно представить в виде двух последовательных стадий: растворение и электролитическая диссоциация солей алюминия и железа Al2(SO4)3 = 2Al3++3SO42- FeSO4 = Fe2++SO42- гидролиз солей: а) сернокислого алюминия в молекулярном виде Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3  + 3 H2SO4в ионно-молекулярном виде 2Al3+ + 3SO42- + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42- исключив из уравнения те ионы, которые не изменяются в ходе реакций, получим 2Al3+ + 6H2O = 2Al(OH)3 + 6H+ б) сернокислого железа в молекулярном виде FeSO4 + 2 Н2О = Fe(OH)2 + H2SO4 в ионно-молекулярном виде Fe2++ SO42- + 2 Н2О = Fe(OH)2 + 2H+ + SO42- в сокращенном виде Fe2++2 Н2О = Fe(OH)2 + 2H+ гидрат закиси При взаимодействии с кислородом, растворенным в воде, гидрат закиси железа переходит в гидрат окиси железа, выпадающий в виде хлопьев: 4 Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4 Fe(OH)3 гидрат окиси Образование гидроокисей алюминия и железа связано с появлением в воде катионов водорода, которые связываются с присутствующими в природной воде бикарбонатными анионами с образованием воды и углекислого газа H+ +  = Н2СО3 = Н2О + СО2↑Следовательно, при коагуляции щелочность воды уменьшается. Поэтому в тех случаях, когда щелочность обрабатываемой воды недостаточна, ее необходимо подщелачивать во избежание получения после коагуляции кислой воды. ИЗВЕСТКОВАНИЕ ВОДЫИзвесткование воды производится в тех случаях, когда необходимо снизить щелочность исходной воды. При известковании в воду дозируют 0,1% раствор известкового молока Са(ОН)2. Для приготовления известкового молока гасят известь СаО + Н2О = Са(ОН)2 Известковое молоко подается в осветлитель-отстойник, где перемешивается с обрабатываемой водой Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓+ 2Н2О Mg(HCO3)2 + Са(ОН)2 = Mg(OH)2↓ + 2CaCO3↓ + 2Н2О Кроме того, СО2, растворенный в воде, также связывается известковым молоком Са(ОН)2 + СО2 = CaCO3↓ + Н2О Вывод: при известковании снижается карбонатная жесткость, щелочность воды, частично удаляется углекислый газ, уменьшается сухой остаток, так как CaCO3 и Mg(OH)2 выпадают в осадок. Известкование и коагуляцию проводят в специальных осветлителях-отстойниках, а затем воду подают в осветлительный (механический) фильтр. ОСВЕТЛИТЕЛЬНЫЙ ФИЛЬТР Удаление из воды грубодисперсных частиц производят, пропуская воду через осветлительные (механические) фильтры. Вода проходит через слой фильтрующего материала сверху вниз со скоростью 5-8 м/ч. Фильтрующим материалом может быть мраморная крошка, дробленый антрацит или кварцевый песок. При фракции фильтрующего материала 0,5-2мм осветление осуществляется до повышения перепада давления в фильтре на 0,5-0,8 кгс/см2. При фракции фильтрующего материала 2-10 мм фильтр отключается на промывку через 24 часа. Промывка фильтрующего материала осуществляется для удаления с поверхности и из толщи слоя накопившихся взвешенных веществ. Этот процесс состоит из двух операций: 1. Продувка фильтрующего материала воздухом осуществляется снизу вверх для лучшего отделения взвешенных частиц путем перетирания зерен. Давление воздуха 2-2,5 кгс/см2. Расход воздуха 390-490 м3/ч. Продолжительность 8-10 минут. 2. Промывка фильтрующего материала проводится потоком воды снизу вверх. Расход воды 490-650 м3/ч. Время промывки 15 минут Перед включением фильтра в работу первая порция фильтрата в течение 5 минут сбрасывается в дренаж. УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ МЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА. ИОНООБМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Этот метод заключается в фильтровании воды через материал, способный обменивать часть своих ионов на ионы, растворенные в воде. Такие зернистые материалы называются ионитами или ионообменными материалами. Большинство применяемых в настоящее время ионообменных материалов относятся к разряду веществ, называемых пластическими массами типа синтетических смол (т.е. получаемых искусственным путем из более простых веществ), отличающихся размерами и структурой их молекул. Молекулы синтетических соединений состоят из тысяч, а иногда и десятков тысяч плотно связанных между собой атомов. Ионообменные материалы обладают способностью к реакциям ионного обмена благодаря особой структуре их молекул. Молекулы состоят из твердой нерастворимой молекулярной сетки, к элементам которой присоединены активные группы атомов. Эти группы способны к электролитической диссоциации в воде на ионы. Одни из ионов неразрывно связаны с твердым каркасом молекулы и придают ему соответствующий электрический заряд, а другие с противоположным зарядом имеют ограниченную подвижность вблизи этого твердого каркаса и способность обмениваться с растворенными в воде ионами. В зависимости от характера активных групп ионита его подвижные ионы могут иметь положительный и отрицательный заряд. Если ионит имеет положительно заряженные активные группы, то он называется катионитом, если отрицательно заряженные - анионитом. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА КАТИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ Катионированием называется процесс обмена катионов между веществами (электролитами), растворенными в воде, и твердым нерастворимым веществом, погруженным в эту воду и называемым катионитом. Катион, который катионит отдает в раствор взамен поглощаемых катионов, называется обменным. Свойства применяемых в технике катионитов таковы, что в их состав могут быть введены разные обменные катионы. Для практики водообработки являются важными три катиона: натрий, водород и аммоний. В зависимости от того, каким из этих катионов заряжен катионит, различают три процесса: натрий - катионирование (Na - катионирование); водород - катионирование (Н - катионирование); аммоний - катионирование (NH4 - катионирование) Na-катионирование При натрий-катионировании обменным катионом является катион натрия. При фильтровании жесткой воды через слой Na-катионита катионит поглощает из воды катионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+) и взамен отдает в воду катионы натрия (Na+)   Каждый двухвалентный катион кальция и магния заменяется двумя одновалентными катионами натрия, т.е. обмен происходит в эквивалентных количествах. После замены всех обменных катионов натрия катионами кальция и магния катионит истощается, то есть теряет способность умягчать воду. Для восстановления обменной способности катионита его обрабатывают 6-12% раствором поваренной соли NaCl. Этот процесс называется регенерацией. CaK2 + 2 NaCl = 2NaK + CaCl2 MgK2 + 2 NaCl = 2NaK + MgCl2 Достоинства: Получается глубоко умягченная вода Меняется катионный состав воды Применяется дешевая поваренная соль Недостатки: Не меняется анионный состав воды Не меняется щелочность воды Несколько увеличивается общее солесодержание воды Н-катионирование Недостатки Na-катионирования могут быть устранены, если ионообменный материал вместо катиона Na+ заряжать катионом H+. При фильтровании жесткой воды через слой Н-катионита катионит поглощает из воды катионы кальция (Ca2+), магния (Mg2+) и натрия Na+ и взамен отдает в воду катионы водорода (Н+)    Часть катионов водорода взаимодействует с присутствующими в воде бикарбонатными анионами, образуя СО2 и Н2О  Регенерация истощенного катионита состоит в фильтровании через него 1-1,5% раствора H2SO4     Достоинства: Полностью удаляется щелочность воды Уменьшается сухой остаток Получается глубоко умягченная вода Недостатки: Получается кислая вода, непригодная для питания котлов Применяется дорогая и опасная серная кислота Оборудование химводоочистки должно быть из кислотостойких материалов или с антикоррозионным покрытием NH4 –катионирование Этот процесс заключается в замене всех катионов сырой воды на катион аммония (  )   Выходящая из аммоний-катионитного фильтра умягченная вода содержит только диссоциированные соли аммония и имеет щелочность равную щелочности исходной воды. Но, попадая в котел, эти соли при высокой температуре распадаются с образованием газообразного аммиака, уходящего с паром, и свободных кислот.    Поэтому, аммоний-катионирование, как и водород-катионирование, сочетают с натрий-катионированием, нейтрализуя образующиеся кислоты щелочной натрий-катионированной водой. Повышенное содержание аммиака в паре при одновременном присутствии кислорода приводит к аммиачной коррозии латуни и других медных сплавов. Этот метод обычно применяют при отсутствии теплообменной аппаратуры с латунными трубами. Регенерацию истощенного катионита проводят 2-3% раствором хлористого аммония NH4Cl или сернокислого аммония (NH4)2SO4    КАТИОНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В настоящее время широкое применение нашли катиониты: сульфоуголь, КУ-1, КУ-2, КУ-2-8, вофатит, амберлайн и др. Сульфоуголь получается путем обработки коксующегося угля дымящейся серной кислотой. Остальные катиониты являются синтетическими смолами. Катиониты характеризуются рядом показателей их качества, из которых основными являются: рабочая обменная емкость, фракционный состав (размер зерен), насыпная масса, коэффициент набухания, термостойкость и др. Наиболее важным показателем является рабочая обменная емкость катионита. Рабочая объемная обменная емкость катионита определяется количеством катионов (в г-экв), поглощенных единицей объема материала (1м3) – г-экв/м3 или мг-экв/м3. ХАРАКТЕРИСТИКИ КАТИОНИТОВ
| ||||||||||||||||||||||||||||||