Применение н-na-катионирования при подготовке сетевой воды для систем теплоснабжения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

№ 3 / 2015

ISSN 2410-6070

Т = 1049,1е “0’485ф (2)

где, Т - время фильтрации, с; Ф - размер фракции, мм.

По полученному графику зависимостей времени и скорости фильтрации (рис. 2) было определено оптимальное значение класссифицированой фракции горючего сланца - 1мм ^ 2мм. Скорость фильтрации - 0,4 мл/с, время фильтрации - 380с. Для данной фракции был определена константа фильтрования - К = 2.

Заключение

Определены зависимости скорости и времени фильтрации от фракции горючего сланца Прибалтийского бассейна. Установлено, что при увеличении размера фракции скорость фильтрации увеличивается с 0,13 мл/с (фракция менее 125 мм) до 1,47 мл/с (фракция 4мм ^ 6мм). Зависимость скорости фильтрации от фракции

горючего сланца определяется уравнением - V = 0,14829е0,4831. Время фильтрации уменьшается при увеличении фракции горючего сланца с 1170 с (фракция менее 125 мм) до 102 с (фракция 4мм ^ 6мм). Зависимость времени фильтрации от фракции сланца определяется уравнением - Т = 1049,1е 0,481. Определено оптимальное значение классифицированной фракции горючего сланца для процесса фильтрования - 1мм ^ 2мм. Скорость фильтрации - 0,4 мл/с, время фильтрации - 380с, константа фильтрования - К = 2. Список использованной литературы

1. Рафиенко В. А. Технология переработки шунгитовых пород. М.: ГЕОС, 2008. — 214 с;

2. Назаренко М.Ю. Изучение физико-химических свойств горючих сланцев / М.Ю. Назаренко, В.Ю. Бажин, С.Н. Салтыкова, Г.В. Коновалов // Кокс и химия, - М: 2014. №3. С. 44-50.

3. Назаренко М.Ю. Изменение химического состава и свойств горючих сланцев во время термической обработки / М.Ю. Назаренко, В.Ю. Бажин, С.Н. Салтыкова, Ф.Ю. шариков // Кокс и химия, - М: 2014. №10. С. 46-49.

© М.Ю. Назаренко, С.Н. Салтыкова, И.Л. Олейник, 2015

УДК 628.164

Е.Л.Нестерова;

К.х.н., доцент кафедры ОиСХ;

В.В.Белоцерковская

студент

Кафедра общей и специальной химии, Тюменский государственный архитектурностроительный университет Г. Тюмень, Российская Федерация

ПРИМЕНЕНИЕ Н-^Л-КАТИОНИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СЕТЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯ

СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Аннотация

Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость ее физико-химической обработки. Схема ионообменной установки определяется исходя из требований, предъявляемых к качеству ее, от состава исходных вод, типа системы теплоснабжения.

Ключевые слова

Подготовка сетевой воды, ионный обмен, Н-Ка-катионирование

Для соблюдения регламентированных норм эксплуатации котельного оборудования, снижения рисков внештатных остановок и аварийных ситуаций, буквального достижения экономии расхода энергоресурсов рекомендуется осуществлять качественную подготовку сетевой воды для систем теплоснабжения.

Качество исходной воды для открытых и закрытых систем теплоснабжения должно отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.1074 и правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей Минэнерго России.

- 164 -

______________________________МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА»

Одновременно с очисткой природной воды на электростанциях необходимо решать комплексные вопросы, связанные с утилизацией различными методами образующихся при этом сточных вод. Такое решение является мерой защиты от загрязнения природных источников питьевого и промышленного водоснабжения.

Согласно РД 34.20.501-95 качество сетевой воды регламентируется показателем карбонатного индекса, который определяется произведением общей щелочности на величину кальциевой жесткости воды (мг*экв./дм3). Нормативные значения карбонатного индекса для закрытой системы теплоснабжения в зависимости от температуры нагрева сетевой воды имеют значения от 0,5 до 3,0 [1]. Таким образом, при подготовке воды для тепловых сетей необходимо осуществлять регулируемое уменьшение жесткости, щелочности и солесодержания воды при условии гарантированного исключения возможности получения воды, содержащей анионы сильных кислот [2].

Существуют различные способы очистки природных и сточных вод, включающие такие стадии, как дистилляция, предварительная фильтрация, электрокоагуляция, обратный осмос и т. д.

Наиболее эффективным способом очистки воды для ее последующего использования в качестве теплоносителя являются метод ионного обмена.

В большинстве тепловых электроцентралей с целью понижения жесткости сетевой воды ее полностью или частично пропускают через Na-катионитные фильтры с термостойким катионитом, предотвращая накипеобразование в бойлерах и водогрейных котлах.

Основным недостатком натрий-катионирования является превращение карбонатной жесткости воды в бикарбонат натрия, обуславливающий высокую натриевую щелочность сетевой воды.

Другим недостатком натрий-катионирования воды теплосети является повышенное количество минерализованных сточных вод, образующихся в процессе регенерации фильтров [3]. Помимо хлоридов кальция и магния эти сточные воды содержат значительное количество хлорида натрия, т.к. регенерация фильтров осуществляется солями натрия с избытком в 2-3 раза по сравнению со стехиометрией. Утилизация таких вод является сложной технической задачей.

Более совершенна в этом отношении технология водород-катионирования. В сточных водах такой регенерации в основном содержится сульфат кальция, и их утилизация проще. В результате общая жескость Н-катионированной воды снижается до 10 мг-экв/кг и ниже, а карбонатная жесткость полностью удаляется, вследствие чего происходит снижение солесодержания и устранение щелочности воды. Так как в процессе Н-катионирования все катионы в воде заменяются катионами водорода, то присутствующие в растворе сульфаты, хлориды и нитраты кальция, натрия и других катионов преобразуются в свободные минеральные кислоты (серную, соляную, азотную, кремниевую).

В связи с этим, интерес представляет «голодная» регенерация Н-катионитных фильтров. В этом случае при катионировании происходит не глубокое умягчение исходной воды, а разрушение ее карбонатной щелочности без образования кислотного фильтрата. Это достигается тем, что фильтры регенерируются таким количеством кислоты, которого недостаточно для вытеснения всех катионов, ранее поглощенных из воды. Это приводит к расположению в верних частях фильтрующего слоя катионита с обменным катионом водорода, а в нижних - с обменными катионами кальция и магния. Прошедшая через такой фильтр вода не содержит сильных кислот и имеет незначительную щелочность (порядка 0.6-0.8 мг-экв/кг).

С точки зрения возрастания ущерба, наносимого окружающей среде, водород катионирование с “голодной” регенерацией является наиболее предпочтительным.

Технология водород-катионирования с “голодной” регенерацией предусматривает применение среднекислотных (полифункциональных с сульфо- и карбоксильными группами - сульфоуглей) и синтетических слабокислотных (монофункциональных карбоксильных) катионитов.

В настоящее время использование слабокислотных катионитов в водоочистке получило широкое распространение. Это связано в первую очередь с тем, что такие катиониты характеризуются высокой рабочей емкостью при стехиометрическом расходе кислоты на регенерацию (на уровне 1600-2000 моль/м3), что обеспечивается их большой полной емкостью (3800-4400 моль/м3).

Ввиду того, что катионированная вода является кислой, Н-катионирование всегда сочетают с Na-катионированием или анионированием, что дает возможность нейтрализовать кислотность и снизить щелочность обработанной воды [5, стр 276].

Различают следующие схемы H-Na-катионирования:

• H-Na-катионирование с «голодной» регенерацией фильтров;

• Параллельное H-Na-катионирование;

- 165 -

№ 3 / 2015

ISSN 2410-6070

• Последовательное H-Na-катионирование;

• Совместное H-Na-катионирование.

Выбор метода обработки воды, составление общей схемы технологического процесса при применении различных методов, определение требований, предъявляемых к качеству ее, существенно зависят от состава исходных вод, типа электростанции, применяемого основного оборудования.

Основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Тюмени является р. Тура, которая устойчиво загрязнена на всем своем протяжении.

По химическому составу вода р. Туры гидрокарбонатно-кальциевая. Минерализация воды в период весеннего половодья составляет в среднем 100-150 мг/л, в зимнюю межень — до 350-400 мг/л. Вода мягкая, водородный показатель составляет в среднем 7,0. Средняя годовая концентрация кислорода в воде составляет 8,5 мг/л, зимой содержание снижается до 2,0-3,0 мг/л.

Жесткость общая составляет 1,77 мг-экв/кг;

Жесткость карбонатная - 1,43 мг-экв/кг;

Жесткость некарбонатная - 0,34 мг-экв/кг;

Содержание ионов кальция - 24,0 мг/кг;

Магния - 6,9 мг/кг;

Гидрокарбонат-ионов - 87,2 мг/кг;

Для подготовки сетевой воды с использованием воды из реки Туры наиболее перспективным является Н-катионирование с «голодной» регенерацией, декарбонизация и натрий - катионирование (рис. 1). Такие установки рекомендованы для вод с повышенной карбонатной жесткостью (щелочностью) и при малом содержании солей натрия [4, стр 171] .

Рисунок 1 - Принципиальная схема ионообменной устаовки для подготовки сетевой воды. Нгол - водороднй катионитнй фильтр с голодной регенерацией; ДК - декарбонизатор, ПБ - промежуточный бак;

Na2 - натрий-катионитнй фильтр второй ступени

В рекомендуемой схеме при последовательном H-Na-катионировании природную воду пропускают через два ионообменных фильтра. Первый по ходу воды фильтр предназначен для снижения щелочности воды за счет сорбции катионов временной жесткости и трансформации бикарбонат ионов в углекислоту. Он загружается слабокислотным катионитом и регенерируется стехиометрическим количеством кислоты. Во втором по ходу воды фильтре осуществляется традиционное Na-катионирование воды с применением сульфокатионита.

Список использованной литературы:

1. Правила технической ксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. РД 34.20.501-95. Служба передового опыта ОРГЭС. М., 1996.

2. Э. Г. Амосова, П. И. Долгополов, С. П. Журавлев и др. Применение слабокислотных катионитов в технологии подготовки воды // Сантехника. 2003. - №6.

3. В.В. Шищенко, С.В. Сидорова, Ю.В. Моисейцев. Подготовка добавочной воды теплосети с утилизацией сточных вод // Новости теплоснабжения. 2000. - №3.

4. Сенявин М.М. Ионнй обмен в технологии и анализе неорганических веществ. - М.: Химия, 1980-272 с.

5. Вихрев В.Ф. и Шкроб М.С. Водоподготовка. Учебник для вузов. Под ред. М.С. Шкроба. М., «Энергия», 1973.

© Е.Л.Нестерова, В.В.Белоцерковская, 2015

- 166 -

УДК 66.02

международный научный журнал «инновационная наука»

В.Б. Сажин,

доктор технических наук, профессор, академик, директор фонда, Российский инвестиционно-инновационный Фонд «Научная Перспектива»,

г. Москва, Российская Федерация Б.С. Сажин,

доктор технических наук, профессор, академик, советник фонда, Российский инвестиционно-инновационный Фонд «Научная Перспектива»,

г. Москва, Российская Федерация

ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ САЖИНА-РЕУТСКОГО ДЛЯ РАСЧЁТА ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА ПРИМЕРЕ ОТДЕЛОЧНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Аннотация

Для описания процессов отделочного производства (мерсеризация, отварка, отбеливание, крашение, печать и др.) рассмотрен диффузионный процесс без химического превращения и описаны его основные характеристики. Показано, что обобщённое уравнение массопередачи Сажина-Реутского наилучшим образом описывает диффузионные процессы отделочного производства.

Ключевые слова

Диффузия, сушка, промывка, массопередача, уравнение Сажина-Реутского

Диффузионные, или массообменные, процессы (с переносом вещества из одной фазы в другую, отделённую от первой неподвижной или подвижной (свободной) поверхностью раздела фаз) используются при сухом и мокром способах формования химических волокон, при регенерации ценных компонентов из растворов осадительных ванн, при полимеризации и сополимеризации, очистке мономеров от сопутствующих им примесей и загрязнений, а также в процессах сушки дисперсных материалов, при обезвреживании газовых выбросов и сточных вод с целью охраны окружающей среды и регенерации отдельных компонентов [1-2]. В текстильной промышленности почти все процессы отделочного производства - диффузионные (в их числе).

Скорость диффузионного процесса может быть представлена уравнением

где

К -

q = KА = А / Z

коэффициент скорости процесса, называемый общим коэффициентом массопередачи

Z

(1)

• А

движущая сила процесса; Z - коэффициент сопротивления массообмену между фазами, представляющий собой обратную величину общего коэффициента массопередачи.

Диффузионные, как и любые гетерогенные процессы, протекают в несколько последовательных стадий. Скорость протекания каждого из них в общем случае оказывает влияние на суммарную скорость процесса.

Обычно процессы сушки и промывки в отделочных производствах являются чисто диффузионными, не осложнёнными химическими превращениями в жидкой или твёрдой фазе [3]. Поэтому при описании кинетики этих процессов с помощью уравнения (1) для определения движущей силы необходима информация о равновесии между взаимодействующими фазами по распределяемому компоненту. Для диффузионных процессов, протекающих с участием твёрдой фазы (дисперсные материалы), такую информацию дают изотермы сорбции-десорбции распределяемого компонента.

Изотермы сорбции устанавливают взаимосвязь между равновесными концентрациями распределяемого компонента в двух фазах, участвующих в массообмене, при заданной постоянной температуре. Как правило, эти изотермы определяют экспериментально. Простейший тип изотерм сорбции описывается линейной зависимостью вида

У = KyxX

У , (2) где у - концентрация распределяемого компонента в фазе Фу; х - концентрация распределяемого компонента в фазе Фх; Кух - константа фазового равновесия.

Закон, определяемый линейной зависимостью (2), называют законом Генри, а константу К -

коэффициентом, или константой, Генри. Закон Генри, как правило, применяется в относительно узком интервале изменения концентраций распределяемого компонента. В общем случае (для широкого интервала

- 167 -