Физико-химические закономерности ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод

• Автор: Вислогузов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 250 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ИОНООБМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД.
1.1. Проблемы использования минерализованных вод в промышленности и коммунальном хозяйстве.
1.2. Обзор исследований по умягчению минерализованных вод для гермоопреснительных установок и теплогенераторов

теплоэнергетических установок

1.3. Основные закономерности ионообменного равновесия при натрийкатионитовом умягчении минерализованных вод.
ГЛАВА 2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ИОНООБМЕННОГО РАВНОВЕСИЯ ПРИ

У МЯГЧЕ 1ИИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД.

2.1. Основные задачи и программа экспериментального исследования ионообменного равновесия при умягчении минерализованных вод

2.2. Методика проведения экспериментальных исследований ионообменного равновесия

2.2.1. Подготовка катионита КУ2х8 к исследованию

2.2.2. Подготовка исходных растворов.
2.2.3. Проведение опыта по установлению ионообменного равновесия
2.2.4. Методика выполнения химических анализов.
2.3. Методика обработки результатов экспериментальных исследований
2.3.1. Условные обозначения основных характеристик экспериментальных исследований.
2.3.2. Определение и расчет основных характеристик экспериментальных исследований.
2.3.3. Оформление сводных таблиц результатов экспериментальных исследований.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ИОНООБМЕННОГО РАВНОВЕСИЯ.
3.1. Общая характеристика групп опытов по параметрам катионита и исходных растворов.
3.2. Сводные таблицы данных экспериментальных исследований.
ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ ИОНООБМЕННОГО РАВНОВЕСИЯ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Основные уравнения для расчета констант равновесия парного ионного обмена.
4.2. Расчет отношений коэффициентов активности обменивающихся катионов в фазе раствора.
4.3. Определение кажущихся констант ионообменного равновесия по данным экспериментальных исследований
ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАТРИЙ
КАТИОНИТОВОГО УМЯГЧЕНИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД НА
ОСНОВЕ УРАВНЕНИЙ ИОНООБМЕННОГО РАВНОВЕСИЯ
5.1. Расчет концентраций ионов Са2 2 и Ыав катионите и равновесном с ним растворе по данным экспериментальных исследований.
5.2. Основные технологические показатели и характеристики процесса натрийкатионитного умягчения минерализованных вод
5.3. Методика расчета технологических показателей натрийкатионитового умягчения минерализованных вод в ионообменной колонне.
5.4. Исследование эффективности натрийкатионитового умягчения минерализованных вод с использованием математической модели процесса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Гак как основным накипеобразователем в минерализованных водах является ион кальция Са2, то его частичное или полное удаление из воды позволяет существенно снизить накипеобразование в испарителях и поднять температуру кипения в них примерно до 0 С. Регенерация ионообменных фильтров при этом проводится концентратом умягченной воды из испарителей, содержащей в основном катионы натрия и магния, вследствие чего метод получил название магнийнатрий катионирование 4, 5, , , , , . Метод был опробован в промышленном масштабе и показал возможность значительного снижения накипеобразования в испарителях, однако вследствие конструктивных и технологических трудностей, связанных с технологией ионного обмена, ограниченностью температурных пределов, применения частично умягченной воды и сохранением возможности незначительного накипеобразования в испарителях этот метод не получил распространения. Метод глубокого термохимического умягчения морской воды. Термохимический метод глубокого умягчения морской воды, разработанный И. З. Маки неким состоит из термоконтактного частичного умягчения воды в специальном аппарате термоумягчителе при температуре 0 0 С и глубокого доумягчения частично умягченной воды методом ионного обмена, с регенерацией фильтров концентратом морской воды из испарителей. МОП2 и карбонатных ионов в виде СаС. После известкования морская вода содержит, в основном, сульфат кальция Са4 и хлористый натрий. В термоумягчителе вода нагревается смешиванием с паром до 0 0 С, вследствие чего растворимость сульфата кальция резко падает и он кристаллизуется, выпадая в осадок в виде мелких кристаллов в объеме воды. Осадок отделяется от воды в термоумягчителе и удаляется продувкой. С и осветленная в механическом фильтре поступает на двухступенчатую установку натрийкатионитового глубокого умягчения, где ее жесткость снижается до 0,2 0,5 мг эку9 что позволяет обеспечить безнакипный режим работы испарителей и теплогенераторов. Термохимический метод был исследован на опытнопромышленных установках на приморских электростанциях в течение нескольких лет 5, , , ,, . Опыт эксплуатации установок термохимического умягчения морской воды подтвердил исходные положения о возможности эффективного глубокого умягчения морской воды, но выявил ряд крупных недостатков метода, которые ограничили его дальнейшее применение. К ним относятся громоздкое и сложное оборудование, работающее при высоком давлении 6 атм и температуре 0 С необходимость применения реагента извести, связанное с этим большое количество сточных вод и твердых отходов, требующих утилизации сложная технологическая схема установки и трудности е эксплуатации, требующей большого количества обслуживающего персонала и др. Глубокое умягчение минерализованных вод методом ионного обмена. Первые исследования по глубокому натрийкатионитовому умягчению минерализованных вод были выполнены для нужд приморских электростанций . Кроме того, вследствие низкой емкости поглощения сульфоугля расход соли на регенерацию был неоправданно высоким, что существенно увеличило эксплуатационные расходы. В результате этих и других недостатков работа установки была прекращена. Дальнейшее усовершенствование методов натрийкатионитового умягчения минерализованных вод с использованием современных высокомких синтетических катионитов КУ2, КБ4 и др. Использование глубоко умягченной минерализованной воды для питания промышленных и энергетических парогенераторов. Реальная возможность получения глубоко умягченной минерализованной воды позволила осуществить весьма перспективное техническое решение питание глубоко умягченной минерализованной водой промышленных и энергетических парогенераторов с использованием конденсата отработанного пара для получения опресненной воды. Впервые эта идея была предложена И. В. Макинским , , , . В результате продолжительных исследований на лабораторных, экспериментальных и промышленных установках были найдены решения для преодоления больших технологических трудностей возникающих при питании парогенераторов среднего и высокого давления глубоко умягченной минерализованной водой 5, , , ,,,,.