Водоснабжение и отопление

Топливо, топки, котельные установки

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

По теории электролитической диссоциации молекулы некоторых веществ из находящихся в водном растворе распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы — катионы и анионы.

При прохождении такого раствора через фильтр, содержащий трудно растворимый материал (катионит), способный к поглощению катионов раствора, в том числе С а и Mg, и выделяющий вместо них из своего состава катионы Na или Н, происходит водо-умягчение. Вода почти полностью освобождается от Са и Mg, и ее жесткость понижается до 0,1°.

Na-катионирование. При этом способе растворенные в воде соли кальция и машия при фильтрации через катионитовый материал обменивают Са и Mg на Na; в итоге получаются только натриевые соли, обладающие большой растворимостью. Изменение солевого состава воды происходит согласно следующим уравнениям:

Na2R4-Ca(HC03)2=CaR+2NaHC03;          

Na2R+Mg(HC03)2=MgR+2NaHC03;         

Na2R+CaSO,=CaR+Na2S04;          

Na2R+MgS04=MgR+Na2S04;         

Na2R+CaCl2=CaR+2NaCl;  

Na2R-f-MgCl2=MgR+2NaCl

Сложная формула катионитового материала условно обозначается буквой R.

Катионитовыми материалами являются: глауконит, сульфоуголь и синтетические смолы. Наибольшим распространением в настоящее время пользуется сульфоуголь, который получается после обработки бурого или каменного угля дымящейся серной кислотой.

Емкостью катионитового материала называется предел его обменной способности, после чего в результате израсходования катионов Na их требуется восстанавливать путем регенерации.

Емкость измеряется тонно-градусами (т-град) накипеобразо-вателей, считая на 1 м3 катионового материала. Тонно-градусы получаются в результате перемножения расхода очищаемой воды, выраженного в тоннах, на жесткость этой воды в градусах жесткости.

Регенерация производится 5—10%-ным раствором поваренной соли, пропускаемым через катионитовый материал.

В результате указанной регенерации действие сульфоугля восстанавливается. Реакции идут по уравнениям

CaR+2NaCl = Na2R+CaCl2;

MgR+2NaCl=Na2R+MgCl2.

Концентрированные водные растворы хлоридов кальция, магния, а также избытка соляного раствора выбрасываются.

Характерной особенностью Na-к а т и о н ир о в а-ния является отсутствие солей, выпадающих в осадок. Анионы солей жесткости целиком направляются в котел. Это обстоятельство вызывает необходимость повышения количества продувочной воды. Умягчение воды при Na-катиони-ровании получается достаточно глубокое, жесткость питательной воды может доводиться до 0° (практически 0,05—0,1°), щелочность же не отличается от карбонатной жесткости исходной воды.

К недостаткам Na-катионирования следует отнести получение повышенной щелочности в тех случаях, когда имеется значительное количество солей временной жесткости в исходной воде.

Щелочность питательной воды, как уже указывалось, полезна только до известных пределов, иначе образующаяся в результате катионного обмена бикарбонатов кальция и магния соль NaHC03 будет в значительных количествах разлагаться в котловой воде на NaOH и С02. Едкий натр начнет вызывать вспенивание и выбрасывание воды с зеркала испарения котла вместе с паром в паропроводы. С02, находясь в свободном виде в котловой воде, будет содействовать корродированию металла.

Щелочность котловой воды не должна превышать 40°, и только для котлов с большим водяным объемом (жаротрубные) эту цифру можно повысить до 60°.

Ограничиваться одним Na-катионированием возможно при карбонатной жесткости воды, не превышающей 3—6°. В противном случае приходится значительно увеличивать количество продувочной воды, что будет создавать уже большие тепловые потери. Обычно количество продувочной воды не превышает 5—10% от общего ее расхода, идущего на питание котлов.

При работе фильтра открыты задвижки / и 2, остальные закрыты. При необходимости произвести регенерирование сначала производят промывку и разрыхление фильтрующего материала путем открывания задвижек 5 и 6. Далее в фильтр подается раствор поваренной соли, огкрываются задвижки 3 и 4. После окончания процесса регенерации фильтр надо промыть водой спустив в дренаж остатки хлоридов Са и Mg и избыток раствора поваренной соли (открыты задвижки 1 и 4). Регенерация катио-нитового фильтра обычно производится 2—3 раза в сутки и занимает время в сумме на все операции от 1 до 1,5 часа, что при одном рабочем фильтре побуждает иметь один резервный.

Конструкция солерастворителя также выполняется в виде вертикально расположенного цилиндра, но значительно меньших размеров по сравнению с фильтром.

Соль засыпается сверху на слой гравия, являющегося подстилкой и фильтром-осветлителем. С целью получения раствора соли вода через солерастворитель проводится сверху вниз. Один соле-растворитель, как правило, обслуживает несколько катионитовых фильтров.

Если в результате расчета продувки окажется, что процент ее слишком велик — больше 5—10%—из-за высокой карбонатцрй жесткости, то процесс катионирования осложняется путем включения дополнительной аппаратуры для предварительного известкования очищаемой воды с целью предельного снижения карбонатной жесткости. Если предварительного известкования не делается, то в подобных случаях прибегают к подкислению очищенной воды путем подмешивания к ней раствора серной кислоты.

В тех случаях, когда для очистки используется не водопроводная вода, а вода, взятая непосредственно из реки, или грунтовая, то в такой воде обычно находятся примеси или в виде мелких взвешенных частиц, или в коллоидном состоянии, причем последние не поддаются фильтрации.

Умеренное количество подобных загрязнений допустимо при содово-известковом методе водоподготовки, но не допускается при катионитовом. Тогда приходится прибегать к предварительному пропусканию воды через фильтры с гравием, и в дальнейшем с целью уничтожения веществ, находящихся в коллоидном состоянии, воду подвергают коагуляции, сущность которой заключается в следующем.

Образовавшийся в результате реакции гидрат окиси алюминия имеет хлопьеобразный вид и в процессе отстаивания, опускаясь вниз, захватывает с собою мелкодисперсные частицы веществ, находящихся во взвешенном состоянии в воде.

Как видно из формулы, карбонатная жесткость частично переходит в некарбонатную.

Метод катионирования требует весьма простого обслуживания и доступен обычному персоналу котельной без дополнительного привлечения химика. Для подготовки воды, имеющей повышенную карбонатную жесткость, питающей паровые котлы, в большинстве случаев катионитовый метод сильно усложняется, не отличаясь в этом отношении от содово-известкового.

То же можно сказать и про способ Н — Na-катионирования, предложенный ВТИ.

Н — Na-катионирование. Если катионитовый фильтр, наполненный сульфоуглем, регенерировать не раствором поваренной соли, а раствором серной кислоты, то обмен будет происходить между катионами Са и Mg, находящимися в очищаемой воде, и катионами Н сульфоугля по следующим уравнениям:

H2R+Ca(HCO,)2=CaR+2H20-f- f 2C02;     

H2R+Mg(HC03)2=MgR+2H20-f f 2C02;     

H2R+CaS04=CaR-j-H2S04; 

H2R+CaCl2=CaR+2HCl;      

H2R4-MgS04=MgR+H2S04;

HaR-r-MgCl2=MgR+2HCl,   

Регенерация, как уже указывалось, производится раствором серной кислоты по уравнениям

CaR+H2S04=H2R+CaS04;  

MgR+H2S04 = H8R+MgSO 

Вода, подготовленная таким образом, также имея ничтожно малую жесткость, одновременно получает кислую реакцию и, таким образом, непригодна для питания паровых котлов, причем кислотность воды равна некарбонатной жесткости воды.

Комбинируя совместно Na- и Н-катионитовое водоумягчение, можно получить хорошие результаты; опять приходится упомянуть о необходимости постоянного химического контроля исходной воды в смысле выявления соотношений между карбонатной и некарбонатной жесткостью с целью определения требующихся для регенерации расходов поваренной соли и серной кислоты. Жесткость воды, приготовленной Н — Na-катионитовым способом, не превышает 0,1° при щелочности 4—5°.