Обессоливание воды. Ионный обмен

Август 2, 2022

Главная
Разное
Обессоливание воды. Ионный обмен

Содержание

2. Жесткость воды Наличие в воде растворенных солей кальция и магния придает ей свойство, называемое жесткостью воды.
3. Карбонатная (временная) жесткость. Образуется при растворении в воде бикарбонатов кальция и магния – Са(HCO3)2 и Mg(HCO3)2.При
4. Жесткость воды может быть уменьшена с помощью обработки гашеной известью Са(OH)2 и кальцинированной содой Na2CO3. Известь
5. Заключительная стадия подготовки воды, связанная с изменением ее ионного состава, вплоть до полного удаления растворенных примесей,
6. Ионный обмен Катионный обмен Анионный обмен Na + H + Cl - OH- Регенерация NaCl НCl
7. Полученную матрицу обрабатывают химическими реагентами, прививая к ней специальные функциональные группы, замещающие в бензольных кольцах ионы
8. Структура элемента объема ионитов: а – катионит; б – анионит; 1 – матрица; 2 – потенциалообразующие
9. Типичная реакция катионного обмена записывается как: 2КNa + Са 2+ + 2Cl- = R2Ca + 2Na+
10. Обратимость процессов обмена ионов позволяет многократно использовать дорогостоящие иониты в технологии обработки вод. После замены катионов
11. Схема ионообменного процесса в ионитном фильтре
12. При пропуске раствора, содержащего ионы B, через ионит, первоначально насыщенный ионами A, протекая, раствор будет постоянно
13. Технологические характеристики ионитов К физическим свойствам ионитов относятся: грануметрический состав (размер зерен), насыпная масса, механическая прочность,
14. Крупность зерен промышленных ионитов находится в пределах от 0.3 до 1.5 мм, при этом по данным
15. Механическая прочность и осмотическая стабильность зерен ионита влияет на потери материала в течение его эксплуатации. Годовой
16. При работе ионитных фильтров фильтрование прекращается обычно в момент, когда концентрация поглощаемого иона в обработанном растворе
17. Регенерация 8 – 10% р-ром NaCl ( max =26%) KCa + NaCl = KNa + CaCl
20. Скачать презентацию

Слайд 2

Жесткость воды
Наличие в воде растворенных солей кальция и магния придает ей

свойство, называемое жесткостью воды. Растворенные соли распадаются на ионы. Суммарная концентрация катионов кальция (Ca2+) и магния(Mg2+) определяет общую жесткость воды.
Общая жесткость подразделяется на карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную). Причем карбонатная жесткость составляет до 70–80% от общей жесткости. Обычно преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (до 70%), однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50–60%.

Слайд 3

Карбонатная (временная) жесткость. Образуется при растворении в воде бикарбонатов кальция и

магния – Са(HCO3)2 и Mg(HCO3)2.При нагреве такой воды неустойчивые бикарбонаты снова переходят в нерастворимую форму – карбонаты CaCO3↓ и MgCO3↓, образуется накипь (котельный камень). Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью.
Некарбонатная (постоянная) жесткость. Если вода растворила по пути другие минералы, содержащие кальций и магний, но не в виде карбонатов, а в виде хлоридов или сульфатов CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4. При нагревании они остаются в неизменном виде.

Слайд 4

Жесткость воды может быть уменьшена с помощью обработки гашеной известью Са(OH)2

и кальцинированной содой Na2CO3. Известь осаждает карбонаты, сода осаждает другие соли кальция и магния. Затем образовавшиеся осадки удаляются фильтрацией. Этот способ применяется на городских водозаборах в тех случаях, когда жесткость превышает допустимые нормы. Требует довольно громоздкого оборудования и больших финансовых затрат.
Предварительная очистка воды недостаточна при подготовке воды, потребляемой в качестве добавочной для котлов и подпиточной для тепловых сетей.

Слайд 5

Заключительная стадия подготовки воды, связанная с изменением ее ионного состава,

вплоть до полного удаления растворенных примесей, реализуется с помощью ионообменной технологии, а также мембранными или термическими методами.
Сущность ионного обмена заключается в способности специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав обрабатываемой воды. Иониты представляют собой нерастворимые высокомолекулярные вещества, которые благодаря наличию в них специальных функциональных групп способны к реакциям ионного обмена.

Слайд 6

Ионный обмен
Катионный обмен Анионный обмен
Na + H + Cl -

OH-
Регенерация
NaCl НCl NaCl NaОН
Способность ионитов к обмену ионами с раствором определяется их строением. Иониты состоят из нерастворимой твердой основы (матрицы), получаемой чаще всего путем сополимеризации исходных продуктов: стирола (Ar - CH = CH2) и дивинилбензола (CH2 - CH = CH -CH2). Полученная в форме зерен пространственная сетка углеводородных цепей - матрица при помещении ее в воду способна увеличивать свой объем в 1.1 - 2.0 раза за счет взаимодействия с полярными молекулами H2O

Слайд 7

Полученную матрицу обрабатывают химическими реагентами, прививая к ней специальные функциональные

группы, замещающие в бензольных кольцах ионы водорода и которые способны к диссоциации в растворах. Структура матрицы ионита с привитыми функциональными сульфогруппами на бензольные кольца.

Слайд 8

Структура элемента объема ионитов: а – катионит; б – анионит; 1 –

матрица;
2 – потенциалообразующие фиксированные ионы;
3 – ионы диффузного слоя

Слайд 9

Типичная реакция катионного обмена записывается как:
2КNa + Са 2+

+ 2Cl- = R2Ca + 2Na+ + 2Cl-.
Реакция осуществляется, например, при умягчении воды с помощью катионита в исходной натриевой форме. Катионит поглощает из раствора ионы-накипеобразователи кальция в обмен на ионы Na+.
Аналогично можно записать реакцию обмена анионами на анионите, например:
ROH + Na+ + Cl- = RCl + Na+ + OH-.

Слайд 10

Обратимость процессов обмена ионов позволяет многократно использовать дорогостоящие иониты в технологии

обработки вод.
После замены катионов Na+ в катионите ионами Ca2+ (прямая реакция) обычно осуществляют обратный процесс - регенерацию, приводящую к восстановлению способности катионита извлекать из обрабатываемой воды ионы Ca 2+.
В ионообменной технологии большую роль играет способность к преимущественной адсорбции одних ионов по сравнению с другими, получившая название селективности (избирательности) и скорость установления ионообменного равновесия (кинетика ионного обмена).

Слайд 11

Схема ионообменного процесса в ионитном фильтре

Слайд 12

При пропуске раствора, содержащего ионы B, через ионит, первоначально насыщенный ионами

A, протекая, раствор будет постоянно контактировать с новыми слоями свежего (неиспользованного) ионита. Со временем, верхние слои ионита отдадут все ионы A и потеряют свою ионообменную способность, они как бы истощатся (зона a). Вследствие этого переходная зона, в которой происходит ионный обмен (зона b), будет все дальше и дальше перемещаться вниз по слою. При определенных условиях эта зона достигает стационарной ширины. Распределение концентраций обменивающихся ионов в этой зоне носит название фронта фильтрования. В нижних слоях (зона c) ионит еще полностью насыщен ионами A. Когда нижняя граница переходной зоны достигнет конца слоя ионита, наступит проскок иона B в фильтрат, что служит обычно сигналом для отключения фильтра на регенерацию.

Слайд 13

Технологические характеристики ионитов
К физическим свойствам ионитов относятся: грануметрический состав (размер зерен),

насыпная масса, механическая прочность, структура ионита и степень набухания в водных растворах.
К химическим свойствам относятся: химическая стойкость, сила кислотности (для катионитов) или основности (для анионитов), обменная емкость, удельный расход реагентов и отмывочной воды при заданной глубине удаления из воды поглощаемых ионов, термическая стойкость.

Слайд 14

Крупность зерен промышленных ионитов находится в пределах от 0.3 до 1.5

мм, при этом по данным ситового анализа до 80% объема ионитов представлено зернами диаметром от 0.5 до 1.0 мм.
Насыпная масса ионита характеризуется массой единицы его объема (т/м3, кг/дм3). Различают значения насыпной массы ионита в воздушно-сухом (gC) состоянии, а также во влажном (gB) состоянии
Степень (коэффициент) набухания kн определяется отношением значений gC и gB:
kн = gC/gB
kн и gB не являются постоянными величинами для конкретного ионита, т.к. зависят от его ионной формы, pH и состава примесей воды и других факторов, принимая значения от 1.1 до 1.6 - 1.9.

Слайд 15

Механическая прочность и осмотическая стабильность зерен ионита влияет на потери материала

в течение его эксплуатации. Годовой износ отечественных ионитов, используемых в различных установках для очистки природных вод и конденсатов, колеблется от 10 до 35%.
Химическая стойкость матрицы ионитов обеспечивается степенью межмолекулярных связей, достаточной для обеспечения ее нерастворимости. При нормальных условиях срок службы ионитов может достигать 10 и более лет.
Обменная емкость ионитов является их важнейшей технологической характеристикой. Способность к ионному обмену определена наличием в ионитах функциональных групп, которые у катионитов носят кислотный характер -SO3H (сульфогруппа), -COOH (карбоксильная группа), у анионитов - основной.

Слайд 16

При работе ионитных фильтров фильтрование прекращается обычно в момент, когда концентрация

поглощаемого иона в обработанном растворе достигнет заданного, весьма малого значения, надежно определяемого аналитически. В этом случае обменная емкость ионита определяется как рабочая. Если фильтрование заканчивается в момент проскока поглощаемого иона при его концентрации, немного отличающейся от средней за фильтроцикл, то такая обменная емкость ионита будет называться емкостью "до проскока". Значение рабочей и "до проскока" обменных емкостей ионитов достаточно близки и их можно принимать равными друг другу.

Слайд 17

Регенерация
8 – 10% р-ром NaCl ( max =26%)
KCa

+ NaCl = KNa + CaCl 2
Регенерация делится на 4 этапа:
1.Обратная промывка 10 мин
2. Медленная промывка р-ром NaCl 50 мин.
3. Прямая промывка 10 мин.
4. Заполнение
Для регенерации 1 л натриевого катионита надо 160г сухой соли NaCl .

Слайд 18