Водород-катионирование

Обработка воды путем водород-катионирования со­стоит в фильтровании ее через слой катионита, содержа­щего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н-катионировании обрабатываемой воды проте­кают следующие реакции:

Са²⁺ + 2Н⁺ |R^- -- Са²⁺ | R₂^- + 2Н⁺; (9-12)

Mg²⁺ 2H⁺ |R^- -- Mg²⁺ |R₂^- +2H⁺; (9-13)

Na⁺ + Н⁺ | R^- -- Na⁺ |R^- + H⁺; (9-14)

HCO₃^- + H⁺ -- H₂O + СО₂. (9 15)

В результате приведенных реакции обшая жесткость Н-катионнрованной воды снижается до 10 мкг-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).

Общая кислотность Н-катионированной воды при этом равна сумме содержащихся в воде анионов мине­ральных кислот SO4^2-, Cl^-, NO3^- н др. и для вод, не со­держащих катнопы Na⁺, может быть принята равной некарбонатной жесткости воды.

Ввиду того, что катионированная вода является кислой, непригодной для пита­ния парогенераторов Н-катионирование всегда сочета­ют с Na-катионнрованием или анионированием, что дает возможность нейтрали­зовать кислотность и снизить щелочность обработанной воды.

Па рис. 9-3 изображен графически процесс H-катионирования раствора, содер­жащего катионы кальция и натрия (при одноименном анионе с целью исключения влияния его на реакцию ка­тионного обмена)

Процесс H-катионирования в данном случае можно разделить условно на четыре стадии:

1) полное поглощение обоих катионов из фильтруемого раствора (А—Г);

2) проскок в фильтрат катиона натрия и нарастание его концентра­ции в фильтрате до концентрации в исходном растворе (Г—Ж);

3) вытеснение катионом кальция поглощенного ранее катиона натрия в фильтрат (Ж—М—Н)

4) про­скок в фильтрат катиона кальция с увеличением его кон­центрации в фильтрате до концентрации в исходном рас­творе (И—Р).

Рабочая обменная емкость Н-катионитов зависит также от схемы подготовки воды, что можно установить из дальнейшего рассмотрения рис. 9-3

При глубоком и полном химическом обессоливании, когда требуется от­ключение Н-катионитного фильтра на регенерацию в мо­мент проскока катиона натрия, рабочая обменная ем­кость Н-катионита будет определяться суммой площадей АБВГ и АДЕГ.

Первая нз них эквивалентна количеству катионов натрия, поглощенных H-катионитом к моменту проскока их в фильтрат, а вторая — количеству катионов кальция, поглощенных Н-катионитом к этому же момен­ту.

Если отключение H-катионнтного фильтра на регене­рацию производится в момент, когда содержание катио­нов натрия в фильтрате равно их концентрации в исход­ной воде (один из случаев частичного обессоливания), рабочая обменная емкость Н-катионита эквивалентна сумме площадей АБЖГ и АДЗЛ. При умягчении воды путем комбинированного H - и Na-катионировання, по­зволяющего отключать Н-катионитные фильтры на реге­нерацию в момент проскока солей жесткости, в частности катиона Са²⁺, рабочая обменная емкость Н-катионита определяется площадью АДКИ.

На рабочую обменную емкость катионита оказывают влияние также анионный состав воды и величина его об­щего солесодержання. Влияние этих факторов прояв­ляется в различной степени для одного и того же катио­нита при H - и Na-катионировании, а также для различ­ных катионитов. Если при Na-катионировании| анионный состав ее оказывает существенного влияния на рабочую обменную емкость сульфоугля, то при Н-катионнровании он приобретает решающее значение. Па рис. 9-4 показа­на зависимость величины рабочей обменной емкости сульфоугля и катионите КУ-1 и КУ-2 при применении их в форме H катионитов oт общего солесодержания исходной воды и отношения концентрации бикарбонатного иона к обшей сумме анноной, т. е. от отношения

C_HCO3-/A, где A=C_HCO3- +CSO₄²- + C_Cl- + C_NO3-

Как видно из рис. 9-4, при повышении солесодержания исходной воды с 1 до 15 мг-экв/кг рабочая обменная емкость катионита КУ-2 снижается примерно на 14%, а катионита КУ-1 примерно на 27%. Величина отношения C_HCO3-/A не оказывает заметного влияния на рабочую обменную емкость катионитов КУ-1 и КУ-2, но в сильной степени влияет на рабочую обменную емкость сульфоугля. При отсутствии в исходной воде бикарбонатных ионов, т. е. при C_HCO3-/A =0, рабочая обмен­ная емкость сульфоугля (до момента проскока натрия в фильтрат) невелика, причем при солесодержании исходной воды 1 мг-экв/кг она вдвое больше, чем при солесодержании 15 мг-экв/кг. Когда же в воде содержат­ся только бикарбонатные анионы, т. е. при C_HCO3-/A =1

рабочая обменная емкость сульфоугля возрастает более чем в 2 раза, причем величина солесодержания воды почти перестает влиять на рабочую обменную емкость сульфоугля.

Регенерация истощенного H-катионита обычно осу­ществляется фильтрованием через его слой 1,0— 1,5%-ного раствора серной кислоты. При большей кон­центрации серной кислоты появляется опасность обра­стания зерен H-катионнита отложениями сульфата каль­ция из за сравнительно малой растворимости последнего (загипсование), следствием этого является безвозврат­ная потеря катионитом ионообменной способности.

Протекающие в процессе регенерации реакции могут быть выражены следующими уравнениями:

Са²⁺ |R₂^- + H₂S0₄ — 2H⁺ |R^- + CaS0₄; (9-16)

Mg²⁺ |R₂^- + H₂S0₄ — 2H⁺ |R^- + MgS0₄; (9-17)

2Na⁺ |R^- + H₂S0₄ — 2H⁺ |R^- + Na₂S0₄. (9 18)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: