Ионообменные смолы - это нерастворимые на высокомолекулярном уровне соединения, которые могут показать реакцию при взаимодействии с ионами раствора. Они имеют трехмерную гелевую или макропористую структуры. Их еще называют ионитами.
Разновидности
Эти смолы бывают катионообменными (делятся на сильнокислотные и слабокислотные), анионообменными (сильноосновные, слабоосновные, с промежуточной и смешанной основою) и биполярными. Сильнокислотные соединения - это катиониты, которые могут обмениваться катионами вне зависимости от А вот слабокислотные могут функционировать при значении не ниже семи. Сильноосновные аниониты имеют свойство обмениваться анионами в растворах при любой при любых показателях рН. Этого, в свою очередь, лишены слабоосновные аниониты. В этой ситуации рН должен быть 1-6. Другими словами, смолы могут обменять ионы в воде, впитать одни, а взамен отдать те, которые ранее были запасены. А так как именно H 2 O - многокомпонентная структура, то нужно верно ее подготовить, выбрать химическую реакцию.
Свойства
Ионообменные смолы - полиэлектролиты. Они не растворяются. Многозарядный ион неподвижен, потому что имеет большую молекулярную массу. Он образует основу ионита, связан с небольшими подвижными элементами, которые имеют противоположный знак, и, в свою очередь, может обменивать их в растворе.
Производство
Если полимер, который не имеет свойства ионита, обработать химически, то произойдут изменения - регенерация ионообменной смолы. Это достаточно важный процесс. С помощью полимераналогичных превращений, а еще поликонденсации и полимеризации, получают иониты. Существует солевая и смешанно-солевая формы. Первая подразумевает натриевый и хлористый, а вторая - натрий-водородный, гидроксильно-хлоридный виды. В таких условиях выпускаются иониты. Мало того, в процессе они переводятся в рабочую форму, а именно водородную, гидроксильную и т. д. Такие материалы используют в разных сферах деятельности, например, в медицине и фармацевтике, в пищевой промышленности, на атомных электростанциях для очистки конденсата. Также может применяться ионообменная смола для фильтра смешанного действия.
Применение
Используется ионообменная смола для Кроме того, соединение может и обессолить жидкость. В связи с этим ионообменные смолы часто используют в теплоэнергетике. В гидрометаллургии ими пользуются для цветных и редких металлов, в химической промышленности ими очищают и разделяют разные элементы. Иониты также могут очистить сточные водоемы, а для органического синтеза они - целый катализатор. Таким образом, ионообменные смолы могут быть использованы в разных отраслях.
Промышленная очистка
На теплопередающих поверхностях может появляться накипь, а если она достигнет всего 1 мм, то расход топлива увеличится на 10%. Это все-таки большие потери. Мало того, оборудование быстрее изнашивается. Чтобы это предотвратить, нужно правильно организовывать водоподготовку. Для этого используется фильтр с ионообменной смолой. Именно очистив жидкость, можно избавиться от накипи. Способы бывают разные, но с повышением температуры их вариантов становится меньше.
Обработка H 2 O
Существует несколько способов для того, чтобы очистить воду. Можно воспользоваться магнитной и а можно отретушировать ее комплексонами, комплексонатами, ИОМС-1. Но более популярным вариантом считается фильтрация с помощью обмена ионов. Это заставит изменить состав элементов воды. Когда используют такой метод, H 2 O почти полностью обессоливается, загрязнения пропадают. Следует отметить, что такой очистки достаточно сложно добиться иными способами. Обработка воды с помощью ионообменных смол очень популярна не только в России, а и в других странах. Такая очистка имеет много достоинств и намного эффективнее прочих методов. Те элементы, которые удаляются, никогда не останутся осадком на дне, а дозировать реагенты не нужно постоянно. Сделать эту процедуру очень легко - конструкция фильтров однотипная. При желании можно воспользоваться автоматизацией. После очистки свойства будут сохраняться при любых колебаниях температуры.
Ионообменная смола Purolite A520E. Описание
Чтобы поглощать нитрат-ионы в воде, была создана макропористая смола. Она используется, чтобы очистить H 2 O в разных средах. Специально для этого появилась ионообменная смола Purolite A520E. Она способствует избавлению от нитратов даже при большом количестве сульфатов. Это значит, что, по сравнению с другими ионитами, эта смола наиболее эффективна и имеет лучшие характеристики.
Рабочая емкость
Purolite A520E имеет высокую селективность. Это помогает, вне зависимости от количества сульфатов, удалить нитраты качественно. Такими функциями не могут похвастаться остальные ионообменные смолы. Это обусловлено тем, что при содержании сульфатов в H 2 O снижается обмен элементами. Но благодаря селективности для Purolite A520E такое понижение не имеет особого значения. Хотя соединение имеет низкий, если сравнивать с другими, полный обмен, жидкость в больших количествах очищается достаточно качественно. При этом, если сульфатов будет мало, то справиться с обработкой воды и устранением нитратов смогут различные аниониты - как гелевые, так и макропористые.
Подготовительные операции
Чтобы смола Purolite A520E работала на 100%, она должна быть правильно подготовлена для выполнения функции очищения и подготовки H 2 O для пищевой индустрии. Следует отметить, что перед началом работы используемое соединение обрабатывают 6%-м раствором NaCl. При этом используют в два раза больший объем по сравнению с количеством самой смолы. После этого соединение обмывают пищевой водой (количество H 2 O должно быть в 4 раза больше). Только проведя такую обработку, можно приниматься за очистку.
Заключение
Благодаря свойствам, которыми обладают ионообменные смолы, ими можно пользоваться в пищевой индустрии не только для очистки воды, но и для обработки продуктов, различных напитков и прочего. На вид аниониты - это маленькие шарики. Именно к ним прилипают ионы кальция и магния, а они, в свою очередь, отдают ионы натрия в воду. В процессе промывки гранулы отпускают эти прилипшие элементы. Следует помнить о том, что в ионообменной смоле может упасть давление. Это скажется на ее полезных свойствах. На те или иные изменения влияют внешние факторы: температура, высота столбца и размер частиц, их скорость. Поэтому при обработке следует поддерживать оптимальное состояние среды. Часто пользуются анионитами в очистке воды для аквариума - они способствуют формированию хороших условий для жизни рыб и растений. Итак, ионообменные смолы нужны в разных индустриях, даже в домашних условиях, так как могут качественно очистить воду для дальнейшего ее использования.
Низкая производительность катионитового фильтра зависит в основном от двух причин:
- недостаточной высоты слоя сульфоугля в фильтре. В этом случае необходимо добавить сульфоуголь до максимума, поднять возможно выше верхнее дренажное устройство или увеличить высоту фильтра, приварив к верхней части цилиндрическую обечайку;
- высокого гидравлического сопротивления труб дренажного устройства, подводящих воду. Для устранения этого явления необходимо разгрузить фильтр, демонтировать дренажное устройство переделать его, увеличив количество ответвлений и соответственно количество ниппелей и колпачков. Если колпачки отсутствуют, необходимо отфрезеровать большее количество щелей на боковых ответвлениях. Если это не поможет и заметного действия не даст, то необходимо заменить все трубы, увеличив диаметр их.
Снижение обменной рабочей емкости катионита зависит от нескольких причин:
- низкого качества поваренной соли, применяемой для регенерации. Соль, применяемую для регенерации, необходимо подвергать анализу. Для этого приготовляют 10-процентный раствор ее и определяют обычным способом общую жесткость. Она не должна превышать 40 мгэкв / л ;
- повреждения дренажного устройства в фильтре, например, при срыве колпачков, при коррозионном повреждении ниппелей и т. д. В этом случае необходимо разгрузить фильтр, осмотреть и отремонтировать дренажное устройство;
- неточного соблюдения режима регенерации (низкая интенсивность взрыхления катионита, увеличенная скорость пропускания раствора соли, несоблюдение последовательности при открывании кранов, недостаточное количество соли, загружаемое в солерастворитель). В этих случаях необходимо привести режим регенерации в полное соответствие с инструкцией по обслуживанию фильтра.
Интенсивная убыль катионита при взрыхлении , сопровождающаяся помутнением воды. Прежде всего необходимо проверить режим взрыхления, не допуская выброса сульфоугля в промывочную воду. Это явление также может происходить при недостаточном качестве сульфоугля. При несоблюдении правил хранения сульфоугля происходит порча его, он рассыпается, изменяя свой гранулометрический состав. Лучшие всего сульфоуголь хранить в воде. Кроме этого, подвышенное содержание воздуха в воде и скопление его в фильтре также способствует окислению угля.
Пологая кривая истощения катионита и большая "хвостовая" обменная емкость его.
Это явление наблюдается в том случае, если скорость фильтрования воды в различных местах сечения фильтра неодинакова, что происходит при различном сопротивлении прохождению воды в различных точках дренажного устройства.
В этом случае рекомендуется остановить фильтр, открыть верхний люк, удалить верхний загрязненный слой, и перелопатить слой катионита на глубину до 1 м . При ближайшем капитальном ремонте следует обратить особое внимание на гидродинамику нижнего дренажного устройства.
Увеличение периода отмывания соли после регенерации.
Причиной этого обычно является увеличенное мертвое пространство между поверхностью цементной заливки и уровнем размещения колпачков. Для устранения этого явления необходимо дополнительно осуществить заливку, доведя ее до нижних кромок колпачков.
Попадание зерен катионита в умягченную воду.
Это свидетельствует о неполадке в дренажном устройстве в результате срыва дренажных колпачков. В этом случае фильтр останавливают, выгружают и ремонтируют дренажное устройство.
Загрузка катионита должна производиться через верхний люк фильтра вручную или с помощью гидрозагрузочного устройства.
Загрузку катионита производят в заполненный водой на две трети фильтр. При загрузке учитывается коэффициент набухания катионита и отсюда определяют высоту загрузки сухого материала. После этого производят отмывку катионита от мелочи током воды снизу вверх. Na-катионит, кроме того, отмывается и от кислой воды током воды сверху вниз.
После загрузки катионита в фильтр, залитый водой или раствором NaCl, набухания ионита в течение суток его промывают снизу вверх, снимают слой мелочи и грязи с поверхности и доводят высоту слоя до нормы. Затем закрывают фильтр, заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % - ной H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита. После подачи в фильтр необходимого количества крепкой кислоты поступление ее прекращают, а воду продолжают подавать с той же скоростью, сбрасывая пересыщенный гипсом отработавший, обычно нейтральный, регенерационный раствор. Количество сбрасываемого раствора с момента прекращения подачи кислоты должно быть равно объему катионита, загруженного в фильтр. После сброса этого количества раствора и снижения его жесткости до 10 - 15 мг-экв / л начинают заполнять бак для вторичного использования отработавшего регенераци-онного раствора кислоты или бак для взрыхления. После их заполнения, если отмывочная вода еще жесткая, продолжают отмывку, спуская отмывочную воду в канализацию.
После загрузки катионита в фильтр, промывки его снизу вверх, снятия слоя мелочи и грязи с поверхности фильтр заполняют водой снизу и регенерируют кислотой при расходе 100 % H2SO4 от 17 до 25 кг на 1 м3 катионита.
После загрузки катионита его промывают обратным током со скоростью 8 - 10 м / ч до светлой воды.
Формула (2) имеет определенный практический смысл: определив коэффициент К, можно легко рассчитать объем загрузки катионита, необходимый для обработки требуемого количества раствора в заданное время. Имея заданным количество загруженного катионита, возможно определить время отработки ионообменной смолы.
Отстойник и сатуратор были смонтированы, а расширение катионито вой части водоочистки было произведено силами цеха путем увеличения высоты фильтров на 1 м с соответственной загрузкой катионита и заменой глауконита сульфоуглем.
Перед загрузкой в катионитных фильтрах наносят отметку (мелом) по его высоте, до которой должен быть загружен катионит, или определяют вес или объем необходимого к загрузке катионита. Следует учитывать степень его набухания а.
Для рационального выбора схемы и конструкции Н - катионит-ного фильтра обессоливающей установки применительно к конкретному составу воды и условиям регенерации необходимо определять: высоту слоя катионита, который должен быть полностью-отрегенерирован кислотой, и удельный расход кислоты, обеспечивающий полную регенерацию необходимой части загрузки катионита.
С целью повышения надежности работы фильтров действительный расход кислоты необходимо увеличивать на 20 - 30 % относительно найденного. Следует обратить внимание на то, что общая высота загрузки катионита должна при этом быть выбрана таким образом, чтобы при данном удельном расходе на регенерацию защитного слоя избыток ее был бы поглощен в последующих по ходу регенерата слоях катионита. Для соляной кислоты обеспечение отмеченных условий не представляет никаких затруднений, поскольку уже при стехиометрическом расходе ее на регенерацию высота полностью отрегенерированного слоя катионита значительно превышает высоту защитного слоя. Для серной кислоты обеспечение указанных условий несколько затруднено. Однако, как следует из § 5.7, при соблюдении определенных требований можно обеспечить необходимую степень регенерации данной высоты слоя и соответствующую глубину обработки.
Действительно, при прямоточном нонировании в силу установившегося распределения ионов в колонке перед регенерацией вытесняемые в ходе регенерации раствором кислоты ионы кальция и магния удаляют из катионита ионы натрия, в результате чего после регенерации в катионите ионы натрия практически не содержатся. В случае етротивоточной регенерации ионы натрия вытесняются только одновалентными ионами водорода и проходят весь слой загрузки катионита. По етим причинам, как нам представляется, противоточный способ регенерации и ае нашел широкого применения при обычных условиях Н - катионирования.
Согласно этим нормам, досыпка в ионитовые фильтры в первый год эксплуатации составляет 20 % Для сульфоугля, 15 % для катионита КУ-2, в последующие годы 12 % для сульфоугля, 7 % для КУ-2. По данным Мосэнерго, число фильтров для обоих сорбентов практически одинаково, так как при уменьшении объема загрузки катионита КУ-2 по сравнению с сульфо-углем (примерно в 2 раза) для взрыхления первого необходим большой объем водяной подушки.
Загрузка ФСД состоит из катионы-та КУ-1Г производства Нижнетагильского завода пластмасс и анионита АВ-17 производства Кемеровского завода Карболит. В один ФСД с внутренней регенерацией загружен атионит КУ-2. Размер зерен катионитов составляет 0 5 - 1 0 мм, анионита 0 25 - 1 0 мм. Высота загрузки катионита во всех ФСД равна 600 мм, высота загрузки анионита в ФСД с внутренней регенерацией составляет 800 - 900 мм, в ФСД с выносной регенерацией 500 - 600 мм.
Страница 12 из 39
На обессоливающих установках Н-катионитовые фильтры загружаются катионитом различных марок. Количество загружаемого в фильтр сухого катионита следует рассчитывать, исходя из необходимой высоты фильтрующего слоя катионита в набухшем состояния.
В Н-катионитовых фильтрах I ступени слой влажного катионита должен иметь высоту, допускающую возможность увеличения объема катионита при взрыхлении приблизительно на 50%. В Н-катионитовых фильтрах II и III ступеней слой влажного катионита по этим же условиям целесообразно иметь высотой 1,0-1,5 м.
Катионит после загрузки в фильтр держат з воде для набухания в течение 10-12 ч. После набухания катионит отмывается от загрязнений током воды снизу вверх. Сульфоуголь начинают взрыхлять при скорости подъема воды 7-8 м/ч и доводят его по мере осветления отмывных вод до 12-15 м/ч.
После окончания отмывки катионита фильтр вскрывают, снимают вручную верхний стой мелочи (толщина его зависит от качества катионита), досыпкой или отгрузкой катионита доводят высоту слоя до расчетной. После этого замеряют высоту слоя катионита в набухшем состояний.
Подготовка свежего катионита к работе производится его регенерацией избыточным количеством раствора кислоты. При отмывке определяют жесткость и кислотность отмывочных вод. В тех случаях. когда отмывка затягивается, а жесткость отмывочной воды долго не снижается, целесообразно произвести дополнительную регенерацию.
При первичных регенерациях пропускание регенерационного раствора 1,5-2.0%-ной серной кислоты производят медленно, в продолжении 1,5-2,0 ч, что увеличивает продолжительность контакта регенерационного раствора с катионитом и способствует его лучшей отработке. Ориентировочно расход 100%-ной серной кислоты составляет до 30 кг на 1 м 3 катионита; скорость фильтрования регенерационного раствора определяет время контакта его с катионитом; обычно она составляет 9-10 м/ч и окончательно устанавливается при наладке. Отмывочная вода фильтруется со скоростью - 10 м/ч.
Отмывка катионита в фильтрах 1 ступени производится осветленной водой.
Регенерационный раствор кислоты для регенерации Н-катионитовых фильтров I, II и III ступеней готовится только на Н-катионированной воде.
Отмывка катионита заканчивается при жесткости отмывочной воды ~ 50 мкг-экв/кг и кислотности, превышающей содержание суммы ионов SO«,-+Cl“ в исходной воде не более 500 мкг-экв/кг.
Первичная регенерация Н-катионитовых фильтров II ступени проводится с теми же расходами кислоты, концентраций регенерационного раствора и скоростью его пропускания, что и Н-катионитовые фильтры I ступени. Отмывка Н-катионитового фильтра II ступени осуществляется частично обессоленной и декарбонизованной водой. Н-катионитовые фильтры II ступени отмывают до кислотности фильтрата 0,15 мг-экв/кг.
Длительность предварительной подготовки фильтра к эксплуатации зависит от качества катионита и может колебаться от нескольких часов до суток.
В течение I-2 суток после ввода фильтра в эксплуатацию после регенерации вода может быть слегка опалесцирующей (мутной); примерно через 2 суток после включения фильтра в работу вся катионированная вода должна выходить совершенно прозрачной.
Средний ресурс работы засыпки для умягчения воды составляет порядка 5 лет, после чего требуется произвести замену катионита утратившего свои рабочие характеристики.
Для наиболее длительного срока службы катионита требуется во время первого запуска правильно запрограммировать блок управления и обеспечить предварительную подготовку воды.
Требуемое качество воды поступающей в систему натрий-катионирования
Общая жесткость - до 20 мг.экв./л
Общее солесодержание - до 1000 мг/л
Общее железо - не более 0.3 мг/л
Температура воды - 5-35 оС
Цветность - не более 30 градусов
Нефтепродукты - отсутствие
Сульфиды и сероводород - отсутствие
Этапы замены катионита в системах натрий катионирования
Перед началом проведения работ необходимо организовать подачу воды в обход умягчителя по байпасной линии. Перекрыть вход и выход воды в умягчитель.
Для безопасной работы в ручном режиме перевести блок управления фильтра в режим регенерации для сброса давления. После чего перевести в рабочий режим. Затем обесточить систему умягчения воды и взяться за основную работу.
1. Отключенный от сети питания блок управления отсоединить от гидравлической обвязки и отсоединить солепровод реагентного бака.
2. Перед заменой катионита аккуратно выкрутите управляющий клапан.
3. Не повредив корпус фильтра освободить его от остатков воды и отработанного катионита.
4. Хорошо промыть и по возможности продезинфицировать внутреннюю полость корпуса.
5. Установить корпус на постоянное рабочее место.
6. Завинтить до упора управляющий клапан и выставить его на удобном месте для последующей эксплуатации.
7. После выбора оптимального положения аккуратно вывинтить клапан из баллона.
8. Во внутреннюю часть корпуса вставить центральную распределительную систему со щелевым колпачком. Вращательным движением установить щелевой колпачок в посадочное гнездо на дне баллона.
9. Верхнее отверстие центральной распределительной трубы обязательно закрыть пробкой или другим приспособлением, которое не даст во время засыпки попасть в распределительную систему ионообменной смоле. Единственное условие при засыпке пробка не должна провалиться в центральную трубку, это может вывести из строя систему управления.
10. Наполните баллон небольшим количеством воды ориентировочно на ¼ объема. Это количество будет буфером для засыпаемой ионообменной смолы .
11. Вставьте воронку в горловину баллона, которая обеспечит удобство при засыпке катионита.
12. Засыпьте через воронку требуемое количество гравия. После засыпки гравия нельзя вытаскивать центральный распределительный коллектор из баллона, так как при попытке поставить ее на место можно повредить нижний щелевой колпачок.
13. Загрузите в фильтр требуемое количество катионита.
14. Аккуратно уберите воронку, через которую производилась засыпка нового фильтрующего материала.
15. Уберите пробку или приспособление, которым закрывали отверстие в верхней части центральной распределительной трубки.
16. Удалите остатки пыли и фильтрующего материала с горловины корпус и резьбы.
17. Управляющий клапан с верхним щелевым колпачком насадите на центральную распределительную трубу.
18. Закрутите по часовой стрелке блок управления в корпус фильтра.
19. Подключите блок управления к центральной водопроводной сети и подайте электропитание на него.
20. Подключите реагентный солепровод к блоку управления.
21. После окончания все работ необходимо подать воду на установку и выпустить остатки воздуха из корпуса фильтра.
22. Проверить настройки автоматического управления и провести первичную регенерацию для отмывки катионита.
