УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ
Часть 2. Катионитовое умягчение воды
Методические указания и задание
к выполнению практических занятий по дисциплине
«Водоподготовка и водный режим ТГУ»
для студентов направления 270100 «Строительство»
(всех форм обучения)
| Ижевск Издательство ИжГТУ |
УДК 628 3
Я47
Рецензент – канд. техн. наук, доцент А. Е. Татура
| Я 47 | Яковлева, Т. В. Умягчение воды. Ч. 2. Катионитовый метод умягчения воды: методические указания и задание к выполнению практических занятий по дисциплине «Водоподготовка и водный режим ТГУ» для студентов направления 270100 «Строительство» всех форм обучения. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. – 44 с. Методические указания составлены на основе учебного плана дисциплины «Водоподготовка и водный режим ТГУ» по направлению 270100 «Строительство». К методическим указаниям даны варианты заданий для самостоятельного решения задач студентами. |
Ó Яковлева Т. В., 2009
Ó Издательство ИжГТУ, 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
Практическое занятие № 3. Умягчение воды.....................................................4
1. Теоретическая часть......................................................................................4
2. Катионитовый метод умягчения воды........................................................5
3. Формулы к расчету катионитовых фильтров.............................................7
4. Примеры решения задач по умягчению воды (катионитовый метод).....11
Практическое занятие № 4. Задание для самостоятельного решения.............23
Приложение 1........................................................................................................39
Приложение 2........................................................................................................40
Приложение 3........................................................................................................42
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3
УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ
ЦЕЛЬ: научится определять необходимое количество фильтров определенного размера из числа выпускаемых промышленностью.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Под умягчением воды понимают процесс снижения концентрации катионов кальция и магния, обуславливающих жесткость воды.
Различают жесткость общую, карбонатную и некарбонатную.
Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная жесткость – содержание в воде кальциевых и магниевых солей серной, соляной и азотной кислоты.
В соответствии с действующими нормативами величина жесткости в воде питьевого качества не должна превышать 7 мг-экв/л. Поверхностные воды имеют в большинстве случаев жесткость, не превышающую нормативную. Для подземных вод ее величина варьируется чаще всего в пределах от 1,5 до 15,0 мг-экв/л и их подготовка для хозяйственно – питьевых нужд требует умягчения.
Показатель жесткости строго лимитируется в питательной воде, используемой для котлов, потому что кальций и магний относятся к числу накипеобразующих катионов и способны отлагать накипь на стенках котлов. Это приводит к снижению экономичности работы котлов, а иногда и к тяжелым авариям.
Применение жесткой воды не допускается также в ряде производств, так как это приводит к снижению качества продукции, а иногда и порче ее.
Величина карбонатной жесткости лимитируется в добавочной воде оборотных систем водоснабжения, так как повышенная карбонатная жесткость может быть причиной отложения кальция в теплообменных аппаратах и в охлаждающих устройствах (градирнях, брызгальных бассейнах).
Существует несколько методов умягчения воды – реагентный, ионного обмена (катионитовый), термический, комбинированный. Выбор того или иного метода определяется качеством воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими соображениями.
Наибольшее распространение в практике получили реагентный и ионообменный (катионитовый) методы умягчения.
КАТИОНИТОВЫЙ МЕТОД УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ
Катионитовый метод основан на особенности некоторых материалов (катионов) обменивать катионы Nа +, Н + или NН 4+, которыми предварительно «заряжены» их активные группы, на присутствующие в воде катионы Са 2+ и Мq 2+, обуславливающие жесткость. Различают Nа –, Н – или NН 4–, катионирования, которые могут быть представлены следующими реакциями обмена:
1) Nа – катионирование:
2 Nа [ K ] + Са (НСО 3)2→ Са [ K ]2 + 2 NаНСО 3
2 Nа [ K ] + СаСl 2→ Са [ K ]2 + 2 NаСl
2 Nа [ K ] + СаSO 4→ Са [ K ]2 + Nа 2 SO 4
2 ) Н – катионирование:
2 Н [ K ]+ Са (НСО 3)2→ Са [ K ] 2 + 2 Н2О + 2 СО 2 ↑
2 Н [ K ]+ СаСl 2→ Са [ K ]2 + 2 НСl
2 Н [ K ] + СаSO 4→ Са [ K ]2 + Н 2 SO 4
Н [ K ] + NаСl → Nа [ K ] + НСl
2 Н [ K ] + Nа 2 SO 4→2 N [ K ] + Н 2 SO 4
3) NН 4 – катионирование:
2 NН 4[ K ] + Са (НСО 3)2→ Са [ K ] 2 + 2 NН 4 НСО 3
2 NН 4[ K ] + СаСl 2→ Са [ K ]2 + 2 NН 4 Сl
2 NН 4[ K ] + NаСl → Nа [K] + NН 4 Сl
Такой же характер будут иметь реакции Nа –, Н – или NН 4–, катионирования в отношении магниевых солей.
Условия эффективного применения способов катионитового умягчения, определяемые качеством воды и требованиями, предъявляемыми к умягченной воде.
При проектировании катионитовых установок особое внимание следует уделять выбору типа фильтрующего материала (катионита), свойства которого (в частности, полная обменная способность) наряду с другими факторами, определяют скорость прохождения ионообменных реакций и эффективность процесса умягчения в целом.
Состав катионитовых установок диктуется характером процесса умягчения, осуществляемого в два этапа: собственно умягчение путем фильтрования через набухший катионит и регенерация катионита (взрыхление, обработка регенерационным раствором и отмывка). Основные элементы водоумягчительных установок: катионитовые фильтры (напорные или безнапорные); баки с водой для взрыхления; сооружения и устройство хранения, приготовления и подачи регинерирующих растворов; насосное и воздуходувное оборудования.
Катионитовые фильтры бывают напорные и открытые они выпускаются серийно нашей промышленностью шести различных диаметров и с различной высотой загрузки катионитом, рассчитанные на рабочее давление
6 кг/см3. Характеристика их указана прил. 1 табл. 2 методических указаний.
На рис. 1 и 2 прил. 1 показан типовой катионитовый фильтр и устройство для равномерного распределения регенерирующего раствора.
Для глубокого умягчения воды (0,03–0,01 мг-экв/л) применяют
Н - Nа -катионирование.
Сущность Н - Nа -катионирование заключается в смешении двух потоков умягчаемой воды – кислой после Н -катионитовых фильтров и щелочной – после Nа -катионитовых фильтров. Смешивая эти два потока в определенной пропорции, получают глубоко умягченную воду с заданной величиной щелочности.
Применяют параллельное, последовательное и смешанное (совместное) Н - Nа -катионирование. Схемы катионирования смотрите в приложении 2 методических указаний.