Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО

Ярославский государственный технический университет

Утверждаю

Проректор по НИР

Голиков И.В.

Отчет о научной работе

Кафедры Общей химической технологии и ЭХП

2009

Ярославль 2006

1 Теоретическая часть.

1.1 Вода имеет большое значение в химической промышленности и применяется в качестве реакционной среды, растворителя, реагента, теплоносителя, хладогента и др. целей.

Природные воды всегда содержат различные количества раство­ренных веществ и взвешенных примесей.

Растворенные в воде минеральные соли кальция, магния и железа придают ей жесткость.

Жесткость воды отрицательно влияет на технологические процессы и при определенных условиях вызывает образование нерастворимых солей Са²⁺ , Мg²⁺ и Fе²⁺ - накипи, которая отлагается на стенках аппаратов и трубопроводов, снижает теплопроводность стенок аппаратов, приводит к преждевременному износу оборудования, вызывает эрозию аппаратуры и т.д

Жесткость воды выражается в мг-эквивалентах катионов Са²⁺ , Мg²⁺ и Fе²⁺ содержащихся в одном литре воды. Ж, мг-экв/л. В зависимости от жесткости, мг-экв/л, воду различают:

а) мягкую: Ж<4;

б) средней жесткости: Ж = 4...8;

в) жесткую: Ж = 8...12;

г) очень жесткую: Ж>12.

1.2 Умягчения воды

Умягчение воды - это удаление из нее катионов Са²⁺ , Мg²⁺ и Fе²⁺. Для этого используют физические, химические и физико-химические методы. К физико-химическим методам умягчения воды относится метод ионного обмена.

Это один из наиболее распространенных методов умягчения во­ды. Он основан на применении ионитов.

Иониты - твердые, практически нерастворимые в воде и других растворителях материалы, способные обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде.

Различают следующие виды ионитов:

а) катиониты - обменивают с водой катионы;

б) аниониты - обменивают с водой анионы.

Для умягчения воды используют следующие катиониты:

1) Na₂[кат] - натрий-катионит, обменивает с водой ион Na⁺;

2) Н₂[кат] - аш-катионит, обменивает с водой ион Н⁺;

3) К₂[кат] - калий-катионит, обменивает с водой ион К⁺,

где [кат]- сложный остаток катионита, который по составу может быть органическим или неорганическим

Процесс умягчения воды на катионитах проводят путем пропускания через них жесткой воды. При этом могут протекать следующие реакции:

Н₂[кат] + Мg(НСО₃)₂ → Мg[кат]+2Н₂С0₃ (I)

Nа₂[кат] + СаСl → Са[кат]+2NaСl (2)

Как видно из приведенных реакций, с помощью катионитов из воды можно удалить и временную (реакция 1), и постоянную (реак­ция 2) жесткости.

Реакции ионообмена являются обратимыми

Ионообменная способность катионитов по мере пропускания же­сткой воды уменьшается, наступает равновесие катионов в воде и катионите, катионит «истощается», наступает проскок катионов.

Для восстановления ионообменной способности катионита про­водят процесс регенерации истощенного катионита путем пропуска­ния через него растворов солей, кислот, щелочей, содержащих ионы, которые первоначально были в катионите.

1) Na-катионит регенерируют пропусканием через него раствора NaС1 с массовой долей 5-10%

Са [кат] +2NaС1 → Na₂ [кат] – СаСl₂.

2) Н-катионит - пропусканием через него растворов кислот НС1. Н₂SО₄ и др. с массовой долей 1 -2%.

Мg[кат] + 2НС1 → Н₂ [кат] + МgС1₂.

Выделяющиеся при регенерации катионитов соли и остатки регене­рирующих растворов вымывают умягченной или обессоленной водой.

Эффективность катионита оценивают его обменной емкостью Е, мг-экв/л. Е - количество мг-эквивалентов катионов жесткости, погло­щаемое единицей объема катионита до момента проскока их в воде.

Е = (Ж₁-Ж₂)-Q/V,

где Е - обменная жесткость катионита, мг-экв/л;

Ж₁ - жесткость исходной воды, мг-экв/л;

Ж₂ - предельно допустимая жесткость, при достижении которой катионит считается истощенным; мг-экв/л;

Q - количество воды, пропущенной через катионит до истоще­ния, т.е. до достижения жесткости Ж₂;

V- объем катионита.