Система воды очищенной.
Вода является жизненно необходимым сырьем для применения в чистых помещениях самого различного назначения. Она используется как в мелко-, так и в крупномасштабных производствах, в научных исследованиях и технологических разработках для целого ряда промышленных технологий. Во многих отраслях, таких, например, как производство полупроводников или фармацевтических препаратов, эффективное удаление механических частиц, взвешенных коллоидных частиц диоксида кремния, органических соединений и других загрязнителей является жизненно необходимым для обеспечения требуемого качества продукции, которое может быть достигнуто только использованием ультрачистой воды (в англоязычной литературе Ultra Pure Water (UPW)), теоретический максимум удельного электросопротивления которой достигает 18,2 МОмхсм.
Однако установки по производству ультрачистой воды являются достаточно сложными, требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Использование ультрачистой воды, возможно, не всегда необходимо и оправдано в широком диапазоне промышленных технологий, используемых в чистых помещениях - от мойки, споласкивания лабораторной стеклянной посуды, растворения химических реагентов до использования в производстве оптических и аналитических приборов. Действительно, для целого ряда технологических операций значение удельного электросопротивления очищенной воды около 15,0 МОмхсм является вполне достаточным.
Колонные аппараты
Очищенная вода высокого качества может быть получена многими методами, простейшим из которых является использование деионизационных колонн (цилиндрической формы), подсоединенных к точке подачи воды из центрального или технологического водопроводов. Колонные аппараты легко и просто устанавливаются, занимают много места и их можно использовать вплоть до полной отработки, а затем просто заменить на новые, поставляемые производителем. Производитель же и регенерирует отработанный аппарат на специальной установке. Колонные аппараты поставляются с насадкой из смеси ионообменных смол или активированных углей в зависимости от требуемого качества очищенной воды.
Использование колонных аппаратов очистки воды позволяет быстро, просто и относительно дешево получать значительные объемы воды высокого качества. Кроме того, нет необходимости хранить рядом с установкой очистки химические реагенты для регенерации или емкости для сбора химических стоков, так как всеми этими вопросами занимается поставщик оборудования.
В качестве питательной воды для дальнейшей очистки используется предварительно обессоленная вода.
Для получения обессоленной воды используются ионообменные установки, в которых применяют высокомолекулярные вещества, нерастворимые в воде и содержащие ионизированные функциональные группы. Эти группы с ионами противоположного заряда образуют нерастворимые соли.
Установки для получения обессоленной воды состоят из четырех колонн, через которые водопроводная вода как правило проходит в такой последовательности:
1) вначале колонну, заполненную катионитом, в которой идёт удаление ионов щелочных, щелочноземельных и тяжёлых металлов в обмен на ионы водорода;
2) далее в колонну, наполненную анионитом, где идёт обмен анионов на гидроксильные ионы;
3) затем вода, очищенная от катионов и анионов, поступает в колонну на дегазацию, где происходит удаление CО2,
4)после колонны дегазации вода проходит еще через одну колонну со смешанными слоями катионита и анионита.
Производительность установок по получению обессоленной воды -4м3/ч, 8м3/ч. Одна установка между двумя регенерациями даёт 50 м3 обессоленной воды.
Колонны катионита, анионита и колонна со смешанными слоями катионита и анионита имеют одинаковую конструкцию. Это стальные аппараты цилиндрической формы диаметром 650 мм и высотой 3000 мм. Внутри они гуммированы во избежание коррозионного воздействия кислоты и щёлочи. Вода в колонны подается снизу через специальное распределительное устройство.
Колонна дегазации внутри также гуммирована и заполнена насадкой, а внизу нее находится сборник дегазированной воды. Вода разбрызгивается сверху и стекает по насадке колонны, а снизу подаётся воздух, который удаляет из воды СО2.
В производстве фармацевтических препаратов воду очищенную и для инъекций получают в однотипном оборудовании:
Многокорпусная выпарная установка FINN-AQUA
На предприятиях фармацевтической промышленности это наиболее распространенная многокорпусная выпарная установка FINN-AQUA.
В состав дистиллятора ФИНН-АКВА входит три и более колонн, столько же теплообменников для питательной воды и один конденсатор. В дистилляторе, вырабатывающем 1000 л дистиллята в час и более, теплообменники устроены отдельными блоками. В моделях с меньшей производительностью теплообменники установлены внутри колонн.
Метод многократной дистилляции обеспечивает экономию потребляемой энергии, т.к. она используется столько раз, сколько колонн имеется и дистилляторе. Па практике это означает, что энергия используемого первичного пара делится на количество колонн, причем температура потребляемого первичного пара снижается до температуры конденсата.
Первичный греющий пар подается в первую колонну установки, а в последующих колоннах используется вторичный пар, образованный в предыдущих колоннах. Температура кипения в первой колонне составляет около 160°С, а в последней колонне она снижается до 100°С.
Питательная вода поступает в дистиллятор через конденсатор, где она предварительно подогревается апирогенным паром из последней колонны. Для питания установки используется предварительно обессоленная вода.
В первой колонне установки (рис.2.7) за счет конденсации первичного пара выпаривается часть питательной воды. Конденсат первичного пара отводится в канализацию или рециркуляционную систему. Питательная вода тонкой пленкой стекает по поверхностям трубок колонн и при этом она частично испаряется. Испарившаяся часть питательной воды подается в качестве греющего пара в следующую колонну установки. Не испарившаяся в первой колонне часть питательной воды поступает в следующую колонну в качестве питательной воды.
Разница между первой и последующими колоннами состоит в том, что конденсат греющего пара из этих колонн является апирогенным дистиллятом. Апирогенный дистиллят от предыдущих колонн и последней колонны установки подается в конденсатор. Испарившаяся часть питательной воды из последней колонны тоже подводится к конденсатору. Неиспарившаяся часть питательной воды из последней колонны установки характеризуется высоким солесодержанием и сбрасывается в канализацию.
В конденсаторе производится предварительный подогрев питательной воды; регулирование температуры дистиллята; конденсация апирогенного пара от последней колонны.
Выпарные аппараты этой установки представляют собой кожухотрубчатые теплообменники, все элементы которых изготовлены из высоколегированной нержавеющей стали с полированной поверхностью. В установках FINN-AQUA получается вода очищенная, стерильная и апирогенная. Однако, эти установки имеют некоторые недостатки:
- необходима система предочистки воды (обессоливание), что приводит к удорожанию стоимости оборудования;
- большой расход воды и электроэнергии;
- образование накипи на поверхностях испарителей, что снижает их производительность и приводит к износу оборудования;
- труднее удалить органические примеси, которые имеют температуру кипения близкую к температуре кипения воды и захватываются паром;
- стоимость всей системы в целом дороже системы водоподготовки с применением обратного осмоса.
2. Основные принципы проектирования системы фильтрации общего назначения. Стандарты на проведение испытаний фильтров тонкой очистки.