Промышленная водоподготовка

       В зависимости от природы матрицы  различают неорганические и органические иониты. 

1.7 Кристализация 
 

     Кристаллизационная  вода - вода, вовлекаемая в состав соли при ее кристаллизации; в отличие  от воды, поглощенной порошковатыми  веществами, характеризуется постоянством, при данной температуре, упругости  выделяющейся воды, независимо от ее содержания (диссоциации гидрата); в отличие от воды конституционной не способна вступать в реакции двойного обмена.

     Большинство предлагаемых методов основано на физико-химическом воздействии на среду (электрические  и магнитные поля, ультразвуковые и акустические волны, электрохимические реакции), вследствие чего создаются условия кристаллизации накипеобразующих солей в объеме, а не на теплопередающих поверхностях.

     Указанные выше способы объединяет наличие  стадии создания в системе (за счет физико-химического воздействия) центров пресыщения (кристаллизации) и образования множества микрокристалликов накипеобразующего вещества в объеме раствора.

     Размер  частиц микрокристалликов находится  в интервале от 10^-7 до 10^-4 см. На этой стадии прозрачную сетевую воду, содержащую микрокристаллики накипи, можно характеризовать как высокодисперсный коллоидный раствор.

     Частицы высокодисперсных коллоидных растворов  проходят через обычные фильтры, практически не оседают и не видимы в оптический микроскоп.

     На  второй стадии (после  образования микрочастиц  накипеобразующих солей  в объеме) идет укрупнение кристаллов и образование суспензии. Эта стадия растянута во времени от десяти минут до нескольких часов.

     При реализации электрохимического способа  водоподготовки совмещаются обе стадии. За счет прикатодной электрохимической реакции образуются монокристаллы карбоната кальция, которые служат центрами роста кристаллов накипеобразующих солей в объеме раствора.

     В водных растворах на базе монокристаллов карбоната кальция в присутствии ионов кальция (Са²⁺) и углекислотных анионов ( ) образуется агрегат мицеллы вида: [(mCaCO₃) ∙ nCa²⁺∙ - x ]+, являющейся мельчайшим кристалликом и имеющей положительный заряд. Электрохимические свойства заряженной частицы характеризуются дзета-потенциалом, который имеет величину (для карбоната кальция) порядка +3 мВ.

     Учитывая  наличие второй стадии и динамику образования суспензий (размер частиц 10^-4–10^-2 см и более), электрохимический антинакипной аппарат устанавливается непосредственно на сетевом трубопроводе, за счет чего осуществляется электрофильтрация оборотной воды.

     При реализации электрохимического способа  водоподготовки на энергетических объектах используется аппарат типа АЭ-А-Т ,основными элементами которого являются недеформируемая стальная пластина (катод) и прямоугольный параллелепипед из токопроводящего графитированного материала (анод).

     При движении через аппарат с определенной удельной скоростью относительно электродной  площади сетевая вода последовательно проходит, меняя направление движения, три секции: зону входа, межэлектродное пространство и зону выхода. Расстояние между анодной и катодной пластинами имеет фиксированную величину. Плотность тока между электродами поддерживается в заданном интервале путем использования блока питания.

     Аппарат электрохимической обработки воды обычно устанавливают на обратном сетевом  трубопроводе – до сетевых насосов  и после врезки трубопровода подпиточной  воды.

     Байпасное подсоединение аппарата к сети позволяет производить периодическую выгрузку уловленных солей жесткости (2–3 раза за отопительный сезон) без остановки работы котельной. В целом весь процесс чистки занимает 2–3 ч.

     Таким образом, электрохимический аппарат, установленный на обратном сетевом трубопроводе, выполняет одновременно две важные функции: одна заключается в улавливании путем электрофильтрации сформировавшихся в объеме положительно заряженных частиц геля и суспензии; вторая – в генерации в ту же систему монокристаллов карбоната кальция, служащих центром образования гелей и суспензии в рабочих объемах теплоагрегатов и теплосети, что препятствует образованию накипи на теплопередающих поверхностях.

     Индикаторным  показателем, позволяющим предсказать  расчетным путем накипеобразующую и коррозионную активность воды, является индекс насыщения (Iн). Для энергетического объекта значение Iн < 0,3 – вода коррозионно активна, при 0 < Iн < 0,5 – величина накипеобразования не превышает нормативных показателей (0,03–0,1 г/м² ∙ ч), а при Iн > 0,5 – вода обладает повышенной накипеобразующей способностью. 

     I – 0,3 < Iн < 1 (подпиточная вода  накипеобразующая);

     II – Iн > 1 (подпиточная вода  высокой накипеобразующей способности);

     III – Iн < 0,3 (вода коррозионно-активная). 
 

     1.8 Диализ 

     ДИАЛИЗ (от греч. diбlysis — разложение, отделение), удаление из коллоидных систем и растворов высокомолекулярных соединений примесей низкомолекулярных веществ с помощью полупроницаемых мембран, т. е. перегородок, которые пропускают малые молекулы и ионы, но задерживают коллоидные частицы и макромолекулы.

     В водоподготовке диализ применяют для  удаления кислот или оснований.

     Простейшее  устройство для диализа — диализатор — мешочек или гильза из полупроницаемого материала, который заполняют очищаемой (диализуемой) жидкостью и погружают в растворитель (дисперсионную среду). Вместо мешочка часто используют цилиндрический сосуд с полупроницаемой мембраной вместо дна. Мембраны делают из коллодия, целлофана, животных и растительных перепонок, синтетических материалов и др. В основе диализа лежат процессы диффузии, и поэтому он идёт очень медленно. Диализ ускоряется с увеличением отношения площади мембран к объёму диализуемой жидкости, с повышением температуры, перемешиванием, созданием разницы в давлениях по разные стороны мембраны, частой или непрерывной сменой растворителя, в который переходят (диффундируют) через мембрану ионы или молекулы низкомолекулярного вещества.

     Диализ  в электрическом поле — электродиализ  — в десятки раз ускоряет очистку  диализуемых систем от электролитов. Электродиализ – это процесс переноса ионов через мембрану под действием электрического поля, приложенного к мембране. Скорость переноса ионов может изменяться подбором соответствующей силы тока. Такой перенос может осуществляться против градиента концентрации.

       Простой электродиализатор состоит из трёх камер, отделённых одна от другой мембранами. В среднюю камеру заливают очищаемую жидкость, в боковых проточных камерах расположены электроды, погруженные в растворитель. Ионы в постоянном электрическом поле направленно перемещаются к соответствующим электродам, проникая при этом сквозь мембраны из средней камеры в боковые. Особенно эффективен электродиализ с применением ионитовых мембран, изготовленных из ионообменных материалов. Мембраны в зависимости от знака электрического заряда на их поверхности пропускают преимущественно или катионы, или анионы. Многокамерные электродиализаторы с ионитовыми мембранами применяют в гидрометаллургии и атомной промышленности (для очистки сбросных вод, концентрирования растворов солей, разделения близких по свойствам элементов), при обессоливании морской воды.

     Следует отметить, что электродиализ особенно эффективен только после предварительной  очистки с помощью обычного диализа, когда скорость диффузии из-за падения  градиента концентрации электролитов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле большого напряжения, не боясь сильного разогревания золя.

     Электродиализ эффективно используется для опреснения морской воды. Морская вода накачивается между двумя полупроницаемыми мембранами, которые отделяют её от электродов. При пропускании тока через электроды, катионы перемещаются по направлению к катоду, а анионы – по направлению к аноду. Концентрация ионов вблизи электродов, за пределами полупроницаемых мембран, снижается за счёт прокачивания морской воды, а вода в пространстве между мембранами постепенно опресняется. Для работы установки по опреснению морской воды методом электродиализа используется напряжение 500 В и слабые токи порядка миллиампера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выводы 

    Химическая  технология изучает закономерности проведения химических процессов получения  различных по своей природе и  назначению продуктов. Независимо от конкретного  вида производственной продукции и  типа процесса ее получения любое  производство включает несколько обязательных элементов: сырье, т.е. объект превращения; энергию, т.е. средство воздействия на объект и аппаратуру, в которой это превращение осуществляется. Особое место в химической промышленности занимает вода. Она не только служит средой, в которой протекают многие химические превращения, но широко используется в процессе, как растворитель, теплоноситель, хладагент, транспортное средство.

Поэтому воду правомочно считать четвертым  обязательным элементом химического  производства.

    Химическая промышленность - один из крупных потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1млн м3 в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:

• наличием комплекса ценных свойств (высокая  теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения);

• доступностью и дешевизной (затраты исключительно  на извлечение и очистку);

• не токсичностью;

• удобством использования в производстве и транспортировке.

    В химической промышленности вода используется в следующих направлениях:

    1. Для технологических целей в  качестве:

– растворителя твердых, жидких и газообразных веществ;

– среды  для осуществления физических и механических процессов (флотация, транспортировка твердых материалов в виде пульпы);

– промывной  жидкости для газов;

– экстрагента  и абсорбента различных веществ.

2. Как теплоноситель  (в виде горячей воды и пара) и хладагента для обогрева  и охлаждения аппаратуры.                                                                                                   3.  В качестве сырья и реагента для производства различной химической продукции (водорода, ацетилена, серной и азотной кислот.).

    Воды  морей и океанов - источники сырья для добычи многих химических веществ: из них извлекаются NaCl, MgCl2, Br, I и др. продукты.

Масштабы  потребления воды химической промышленностью  зависят от типа производства. Так, расходный коэффициент по воде (м3/т  продукции) составляет: для азотной кислоты-200, аммиака- 1500, синтетического каучука-1600. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников 
 

1 Очистка производственных  сточных вод: Учебное пособие  для студентов вузов/Яковлев С.  В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.

Остроушко И.А., Остроушко Р.И. Электролитическая  очистка сточных вод обогатительных фабрик. // Цветная металлургия, 1972, №20. - С.46 - 48.  

2 А.С.Копылов,  В.М.Лавыгин, В.Ф.Очков «Водоподготовка»  М.: Издательство МЭИ, 2003 г.

3 Общая химическая технология / под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1991. - 463 с.

4 Общая химическая  технология / под ред. А.Г. Амелина. - М.: Химия, 1977. - 269 с.

5  Кутепов  А.М. Общая химическая технология / А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 250 с.