2. Засоби усування твердості води
При тривалому використанні твердої води стінки парових котлів поступово вкриваються твердою кіркою накипу. Така кірка вже при товщині шару в 1 мм дуже знижує передавання тепла стінками котла і, отже, призводить до збільшення витрати палива. Крім того, вона може бути причиною утворення здуттів і тріщин в кип’ятильних трубах і на стінках самого котла.
Тверда вода не дає піни з милом, бо розчинені натрієві солі жирних кислот – пальмітинової і стеаринової, які є в милі – переходять у нерозчинні кальцієві солі тих самих кислот:
2С17Н35СООNа + СаSО4 = (С17Н35СОO)2 Са↓ + Nа2SО4 |
|
стеарат натрію |
стеарат кальцію |
Видалення солей, які зумовлюють твердість, називається водопом’якшенням, входить у систему водопідготовки – обробки природної води, яку використовують для живлення парових котлів і для різних технологічних процесів.
Під час водопідготовки звільняються від грубодисперсних і колоїдних домішок і від розчинених речовин. Завислі і колоїдні домішки видаляють коагуляцією їх солями (звичайно Аl2(SО4)3 ), що додаються до води, з подальшою фільтрацією.
Аl2(SО4)3 + ЗСа(НСО3)2 → 2Аl(ОН)3↓ + 3СаSо4 + 6СО2↑
При коагуляції в воді підвищується кількість сульфатів і вільної вугільної кислоти, але зменшується бікарбонатна лужність.
Для водопом’якшення застосовують способи осадження і йонного обміну. Способом осадження катіони Са2+ і Мg2+ переводять у малорозчинні сполуки, що випадають в осад. Цього досягають фізичним методом – кип’ятінням:
Са(НСО3)2
СаСО3↓
+
СО2↑
+
Н2О
або хімічним методом – введенням у воду відповідних реагентів.
Під час кип’ятіння зникає лише карбонатна твердість. При застосуванні хімічного методу найчастіше як осаджувач використовують вапно. При цьому відбуваються реакції:
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 → 2СаСО3↓ + 2H2О
МgСl2 + Са(ОН)2 → Мg(ОН)2↓ + СаСl2
Якщо концентрація СаSО4 + СаСl2 складає більше 10 мг-екв/л, можна застосувати вапно-содову обробку води:
СаSО4 + Nа2СОз → СаСО3↓ + Nа2SО4
СаСl2 + Nа2СОз → СаСО3↓ + 2NаСl
Са(ОН)2 + Nа2СОз → СаСО3↓ + 2NаОН
Щоб ліквідувати твердість методом йонного обміну або катіонування, воду пропускають через шар катіоніту. При цьому йони Са2+ і Мg2+, які є у воді, обмінюються на йони Nа+, що містяться у катіоні. У деяких випадках треба видалити з води не тільки йони Са2+ і Мg2+, а й інші йони. У таких випадках воду пропускають послідовно через катіоніт, що містить в обмінній формі гідроген-йони (Н-катіоніт), та аніоніт, що містить гідроксильні йони (ОH-аніоніт). В результаті вода звільнюється від катіонів та аніонів солей. Така обробка називається знесолюванням води.
Приклад реакції катіонного обміну (R – означає смолу):
2R‾ – Nа+ + Са2+(НС )2 → (R‾ )2Сa2+ + 2Nа+НСО3–
Для аніонного обміну широко застосовується високоосновна смола в хлоридній формі:
R+Cl‾ + Nа+N → R+N + Nа+Cl‾
Таким чином звільняють воду від нітратів.
Коли процес йонного обміну доходить до рівноваги, йоніт перестає працювати – втрачає здатність пом’якшувати воду. Але будь-який йоніт легко зазнає регенерації. Для цього через катіоніт пропускають концентрований розчин NаСl (Nа2SO4) або НС1 (Н2SO4). При цьому йони Са2+ і Мg2+ переходять у розчин, а катіоніт знову насичується йонами Nа+ або H+. Для регенерації аніоніту його обробляють розчинами лугу або соди (цей розчин, внаслідок гідролізу карбонатного йону, також має лужну реакцію). В результаті поглинуті аніони витісняються в розчин, а аніоніт знову насичується йонами ОН– .