МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт/ Факультет – ЭНИН
Направление – Энергетическое машиностроение
Кафедра – ПГС и ПГУ
УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫМЕТОДОМ ИОННОГО ОБМЕНА
Отчет по лабораторной работе №2
по дисциплине «Технология водоподготовки»
Выполнили студенты гр.5В02 ______ _________ С.С.Бреус
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ Н.Ю.Вараксин
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ И.Е.Корзилова
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ А,А. Курганов
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ Р.В.Пашковсвий
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ Я.Е.Сажнева
Подпись Дата И.О.Фамилия
______ _________ Д.С.Юрков
Подпись Дата И.О.Фамилия
Проверил ассистент кафедры ПГС ________ _______ Г. А. Черкашена
Подпись Дата И.О.Фамилия
Томск – 2013
Целью данной лабораторной работы является:
1. Проведение полного цикла процессов Н- и Na- катионитных фильтров: взрыхление, регенерация, отмывка и умягчение на каждом из указанных фильтров.
2. Определение полной и рабочей объёмной ёмкости Н- и Na- катионита марку КУ-2-8 и сульфоугля.
Студенты выбирают один из способов катионирования и выполняют все операции на выбранной установки.
1.Общие сведения
Метод ионного обмена – метод обработки воды основанный на пропуске исходной воды или частично обработанной воды через слой ионообменного материала – ионита
Ионит – нерастворимые высокомолекулярные вещества, которые благодаря наличию в них специальных функциональных групп способны к реакциям ионного обмена.
Иониты
Катиониты(К+R) Аниониты (A-R)
положительно заряженные отрицательно заряженные
ионы ионы
По своей химической природе аниониты – основания, а катиониты – кислоты.
Катиониты и аниониты классифицируют:
· По функционально активной группе
· По технологическим свойствам
Одним из важнейших свойств ионитов является обменная ёмкость. На практике различаю полную и рабочую обменную ёмкость.
Полная обменная ёмкость Еп (г-экв/м3) – количество ионов, которые могут быть поглощены ионитом при полной замене всех обменных ионов.
Рабочая обменная ёмкость Ер(г-экв/м3) – количество ионов, которые могут быть поглощены ионитом, до начала «проскока» в фильтрах поглощаемых ионов
Еп > Ер
Рабочая обменная ёмкость Ер(г-экв/м3) рассчитывается по формуле:
где Q1(м3) – количество воды, пропущенной через фильтр до «проскока» катионов жесткости;
Жи (г-экв/м3)– жесткость исходной воды;
Жум (г-экв/м3)– жесткость умягченной воды;
V(м3) – объем фильтра.
Полная обменная ёмкость Ер(г-экв/м3) рассчитывается по формуле:
где Q (м3) – количество воды, пропущенной через фильтр за полный цикл работы фильтра.
В данной лабораторной работе при Na-катионировании использую сульфоуголь; Н- катионировании катионит марки КУ-2-8.
1.1 Na-катионирование
При Na-катионирование происходит обмен катионов находящихся в исходной воде на ион натрия.
В результате удаления ионов кальция и магния достигается умягчение воды, солесодержание увеличивается, щелочность не меняется
1.2 Н -катионирование
При Na-катионирование происходит обмен катионов находящихся в исходной воде на ион водорода.
В результате удаления ионов кальция и магния достигается умягчение воды, щелочность уменьшается.
2. Описание установки
1-7– краны;8–фильтр;9– катионит; 10 – колбы.
Рисунок 1. Установка умягчения воды
Установка позволяет проводить полный цикл катионитных фильтров: взрыхление, регенерация, отмывка и умягчение воды.
О завершении каждой операции судят по изменению контролируемых показателей: жесткости, кислотности, щелочности.
3. Регенерация катионита
Технология регенерации катионита складывается из следующих операций: взрыхление, регенерация, отмывка.
3.1 Взрыхление
Взрыхление проводят с целью устранения уплотнения слоя катионита для обеспечения свободного доступа регенерационного раствора.
Взрыхление осуществляется жесткой водой сверку вниз.
3.2 Регенерация
Регенерацию проводят с целью восстановления его обменной способности.
Находим время наполнения пробирки t(ч), по которой устанавливаем оптимальную скорость движения регенерационного раствора.
где Q(м3) – количество собранной воды, 2·10-2 м3
f(м2) – площадь поперечного сечения
V(м2/ч) – скорость регенерации, 10-15 м2/ч.
Для регенерации водород – катионита следует применять раствор серной кислоты 1–1,5% концентрации.
Для регенерации натрий – катионита следует применять раствор поваренной соли 6–10% концентрации.
3.3. Отмывка
Отмывка проводят с целью устранения уплотнения слоя катионита продуктов регенерации и избыточного регенерационного раствора.
Отмывка осуществляется дистиллированной водой со скоростью 10 м2/ч.
4.Умягчение
По окончании отмывки катионита приступают к непосредственному умягчению воды.
Для наиболее полного использования объемной емкости катионита должна быть выдержана определенная скорость фильтрования, которая зависит от исходной жесткости воды.
5.Порядок выполнения работы
При умягчении обрабатываемая вода проходит через слои катиона в направлении сверху вниз.
Перед началом определить жесткость исходной воды по п.3.4.
1. По таблице 1 определить рекомендуемую скорость фильтрования по жесткости исходной воды.
2. Рассчитать время наполнения пробирки по формуле 3,подставив в формулу рекомендуемую скорость фильтрования.
3. Поставить под кран 6 пробирку и полностью открыть краны 1и 3,затем медленным открытием крана 6 установить оптимальную скорость фильтрования по расчетному времени наполнения пробирки.
4. Набрать 20 мл фильтрата и отдать на анализ определения жесткости.
5. Не закрывая краны набрать в пробирку следующие порции фильтрата 20 мл и отдать на определение кислотности при Н-катионировании. отобранных пробах по 20 мл порциях фильтрата.
6. Слить 100мл фильтрата, устанавливая при этом оптимальную скорость,если её не удалось установить за два первых отбора.
7. Не закрывая краны,опять отбирать по 20 мл фильтрата на определение жесткости и кислотности Н-катионирования. Каждый последующий отбор проводят по 100 мл.
8.Умягчение продолжают до полного истощения катионита.
9.закрыть краны 1,3,6
6.Обработка результатов
Ж0 ИСХ= 12 г-экв/м3
КИСХ=0г-экв/м3
Таблица 1.
Измерение показателей качества воды в процессе катионирования.
| Показатель качества, г-экв/м3 | Расход воды, дм3·10-3 | |||||
| H-катионирование | ||||||
| Жесткость | 0,5 | 1,5 | ||||
| Кислотность | 0,5 | 13,5 | 17,5 |
Расчеты.
Кислотность рассчитывают по формуле:
где a – расход раствора щелочи, пошедшего на титрование пробы, мл;
H – нормальность раствора щелочи, 0,1Н
V – объем пробы воды, V =20мл.
Пользуясь формулой 4, получаем:
Жесткость рассчитывают по формуле:
где, Н – нормальность раствора трилона Б, (0,05);
а – расход трилона Б, пошедшей на титрование, 0,1Н;
V – о объем пробы воды, V =20мл.
Пользуясь формулой 5, получаем:
Ж1 – Ж4=0
Находим рабочую и полную обменную ёмкость и заносим результаты в таблицу 2.
Таблица 2.
Обменная емкость фильтра
| Наименования катионита | Значение объёмной емкости, г-экв/м3 | |||
| Еп | Еп.пасп | Ер | Ер.пасп | |
| КУ-2-8 |
Расчёты.
Найдем объём фильтра:
По формуле 1 находим рабочую емкость:
По формуле 2 находим полную обменную емкость:
6.1 Расчет погрешности
Вывод:
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________