Способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов

Способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П Й С А Н И Е»768458

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,у г.

Союз Советсник

Социалистических

Республик

* м г (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.12.78 (21) 2704039/23.26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5E ) М. Кл.

В 01 J 49/00

С 02 В 1/40

Гесударстеенный комитет

СССР по делам иэебретенкй и открытий

Опубликовано 07.10,80. Б бюллетень № 37 (53) ДК 628 543 (088.8) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Авторы изобретения

Г. К. Фейзиев, А. М, Кулиев, 3. А. Сафиев и М. Ф. Джалилов

Азербайджанский инженерно-строительный институт (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ СЛАБОКИСЛОТНЫХ

И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАТИОНИТОВ

Изобретение относится к способам регенерации ионообменников при очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности, 5

Известен способ регенерации натрий-катионных фильтров раствором поваренной соли (1).

По известному способу регенерацию производят концентрированным раствором поваренной соли.

Ъ

Недостатком этого способа является низкая степень очистки воды, обусловленная содержанием в регенерационном растворе солей жесткости, которые отрицательно влияют на процесс.

Другой недостаток заключается в удорожании процесса, вследствие необходимости использова- 15 ния привозной поваренной соли, затрат на ее транспортировку, хранение и приготовление.

Кроме того, увеличивается количество сбрасы-. ваемых стоков.

Наиболее близким к изобретению по техни- то ческой сущности и достигаемому результату является способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов при умягчении морской воды, заключающийся в том, что регенерацию, например, сульфоугля, производят продувочной водой испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде.

По этому способу регенерационный раствор пропускают через катионит по принципу противотока, а для предотвращения выпадения малораст- воримых солей жесткости на зернах ионита регенерационный раствор перед подачей в фильтры подкисляют, переводя таким образом карбонатную и гидратную щелочность в бикарбонатную (2), Недостатком указанного способа является низкая степень очистки волы в процессе ее обработки и высокая стоимость обработки. Первый из перечисленных недостатков вызван тем, что при регенерации полифункционального катионита предварительно подкисленным концентратом или продувочной водой подавляется диссоциация слабокислотных функциональных групп, в результате чего они недостаточно полно восстанавливаются в процессе регенерации и ухудшают степень очистки, Второй недостаток обусловлен снижением рабочей обменной емкости катионита по той же причине и соответственно

768458 4

20 возрастанием капитальных затрат на кятионит". ные фильтры.

Для слабокислотных катионитов регенерации по известному способу практически не позволяет восстановить их обменную способность.

Цель изобретения — повышение степени pere— нерации и удешевление процесса за счет повышения рабочей обменной емкости катионитов.

Поставленная цель достигается предлагаемым сйособом регенерации слабокислотных и поли- 1р функциональных катионитов, заключающимся в последовательном пропускании через катионит в условиях противотока сначала 0,5 — 5%-ного раствора кислоты с удельным расходом

2,5 — 4 кг/м в количестве, эквивалентном

40 — 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации а затем продувочной воды испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде.

Отличительным признаком способа является предварительное пропускание через катионит раствора кислоты, в количестве, эквивалентном

40 — 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации.

Другое отличие заключается в том, что через катионит пропускают 0,5 — 5%-ный раствор кис-, лоты с удельным расходом 2,5 — 4,0 кг/м, По предлагаемому способу выбор нижних и верхних интервалов значений расхода и концепт- 3о рации пропускаемой кислоты зависит от качественного состава щелочных ионов в продувочной воде. Так, в случае преобладающего содержания в продувочной воде карбонатных ионов, что имеет место при низких давлениях процесса испарения умягченной водь! — до 5 кг/см, расход кислоты в процессе регенерации по предлагаемому способу составляет количество, эквивалентное 40% содержания щелочных ионов в продувочной Воде поско ьку для перевода 2 r ma 4p карбонат-ионов в бикарбонатные необходим лишь 1 г экв ионов водорода. При давлении испарения умягченной воды выше 5 кг/см щелочность продувочной воды состоит преимущест:-:-:-. "--венно иэ гидратных ионов, для нейтрализации 4

1 г экв которых необходим 1 г ° экв. ионов вддорода, В этом случае раствор кислоты пройускают в количестве, эквивалентном не более

80% содержания щелочных ионов в продувочной воде с тем, чтобы предотвратить попадание

50 кислоты в продукты регенерации при дальнейшем пропускании продувочной воды и отмывочного раствора. Нижний предел концентрации раствора кислоты соответствует использованию серной кислоты, которая при больших концентрациях может вызвать отложение гипса в катионите и обусловлен тем, что черезмерное уменьшение концентрации кислоты связано с неоправданным расходом воды на ее прйготовление, Верхний предел концентрации кислоты соответствует случаю использования соляной кислоты и обусловлен тем, что при ко щентрациях выше 5% объем раствора кислоты будет очень мал, вследствие чего снижается время контакта катионита с кислотой и уменьшается вероятность омывания кислотой всего слоя загрузки катионита. Удельный расход кислоты изменяется в пределах от 2,5 до 4 кг/м в зависимости от совокутшости перечисленных факторов.

Технология осуществления способа состоит в том, что в процессе регенерации через катиI онит пропускают сначала 0,5 — 5%-ный раствор кислоты с удельным расходом 2,5 — 4 кг/м в количестве эквивалентном 40 — 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации, а затем продувочную воду испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде.

Процесс пропускания кислоты продувочной воды осуществляют по принципу противотока, При предварительном лропускании кислоты ионы водорода последней хорошо замещают ионы жесткости, задержанные слобокислотными функциональными группами катионита, вследствие более высокой селективности последних к EIQEIBM водорода. При этом частично переходят в Н-форму и сильнокислотные функциональные группы, а в продуктах регенерации содержатся в основном нейтральные соли жесткости.

Проскок кислоты в отработанный раствор не происходит, поскольку ее количество по предложенному способу не превышает общего содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации, При пропускании через катионит продувочной воды испарителей и/или паровых котлов ионы натрия регенерационного раствора хорошо замещают ионы водорода из слабокислотной части катионита, так как в продувочной воде содержатся щелочные, карбонатные и гидратные ионы и рН раствора способствует повышенной диссоциации слабокислотных групп, Одновременно происходит вытеснение ионов жесткости и водорода из сильнокислотных функциональных групп и устранение карбопатной и гидратной щелочности регенерационного раствора продуво шой воды. Вытесненные непрореагировавшие со щелочнымн ионами ионы водорода, перемещаясь дальше, регенерируют слабокислотные функциональные группы следующих порций кап(онита и затем вновь вытесняются ионами натрия продувочной воды и нейтрализуются ее щелочностью. Далее катионит отмывают от. продуктов регенерации умягченной водой.

По предлагаемому способу практически полностью восстанавливается обменная емкость всех функциональных групп катионита, в част768458

При кратности упаривания умягченной воды в испарителе, равной 10, и давлении в испари- ° теле 1,2 кг/см получают 0,7 л продувочной

20 воды с концентрацией щелочных ионов в ней, равной,.мг экв./л: СОЗ = 30; НСОЗ = 7, 1ц (щелочность) = 15/37. Общее содержание

25 щелочных ионов в продувочной воде составляет

37х0,7=26 мг экв. Для перевода карбонатной щелочности в бикарбонатную в этом случае необходимо и достаточно количество кислоты, эквивалентное 40% содержания щелочных ионов в продувочной воде, то есть 26 х 0,4 =

10,4 мг экв. При использовании раствора серс ной кислоты концентрацию раствора берут равной 0,5%. Объем ее, необходимый для регенерации, составит в этом случае 0,1 л, а удельный расход кислоты будет равен 2,5 кг/м .

В процессе регенерации через катионит в на35 правлснии снизу вверх последовательно пропускают 0,5Я-ный раствор серной кислоты с удельным расходом 2,5 кг/м в количестве 0,1 л, 10-кратно упаренную умягченную морскую воду со щелочностью 15/37 мг экв/л в количест40 ве 0,7 л и затем умягченную исходную воду для отмывки фильтра в количестве 1,2 л.

Способ звестный предлагаемый

Параметры

0,2

0,2

13 э ности его нижних слоев, которые последними соприкасаются с обрабатываемой водой; в результате чего повышается степень очистки воды и используемая обменная емкость катионита, После завершения процессов регенерации и отмывки через катионит фильтруют умягченную воду в направлении, противоположном направлению регенерации.

Пример 1. Регенерируют катионитный фильтр, загруженный сульфоуглем, с высотой загрузки 130 см и объемом загрузки 0,2 л

7 истощенный после фильтрования 7,0 л умягчаемой воды, имеющей следующий ионный состав, мг,экв/л: Ж (жесткость) = 2,2; Mg = 2,2;

Na = 211,8; НСОз = 3,7; S04 =67,3; Cl=-143; общее содержание. солей — Се = 214, После завершения процесса регенерации и отмывки через катионит в направлении сверху

45 вниз фильтруют умягчаемую воду.

Объем сульфоугля в фильтре, м ° 10

Концентрация регенерационного раствора солей натрия (продувочная вода),% б

Пример 2. При условиях регенерации, аналогичных приведенным в примере 1, упаривание воды в испаритсле производят при давлении 10 кг см . В этом случае состав и концент

2 рация щелочных ионов в ней будут таковы, мг.экв/л: CO, = 14; ОН = 23, Щ = 30/37.

Общее содержание щелочных ионов в продувочной воде составляет 37 х 0,7 = 26 мг экв.

Для перевода СО> в НСО, и устранения ОНlð ионов в этом случае необходимо и достаточно количество кислоты, эквивалентное 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, то есть 26 х 0,8 = 20,8 мг экв. При использовании раствора соляной кислоты концентрацию

его необходимо взять равной 5%, поскольку при б.>лее высокой концентрации объем раствора будет очень мал и не обеспечит достаточно равномерной и эффективной регенерации всего слоя загрузки катионита. Объем регенерационного раствора 5%-нои соляной кислоты, содержащей 20,8 мг экв. Н-ионов, составляет 0015 л, а удельный расход кислоты при этом равен

4 кг м . Порядок пропускания растворов при з регенерации аналогичен приведенному в примере 1, Для сравнения на том же фильтре проводят контрольную серию процессов регенерации и умягчения по известному способу.

Сравнительные данные представлены в таблице.

Таким образом, как следует из полученных данных использование предлагаемого способа регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов в отличие от известного способа позволяет больше чем в 10 раз повысить степень очистки воды, в особенности при умягчении морских вод, и удешевляет процесс за счет повышения рабочей обменной емкости полифункциональных катионитов на 40-60%, а слабокислотных и более того. Достигаемая по предлагаемому способу глубина очистки воды позволяет испольэовать ее для питания парогенераторов среднего и даже высокого давления.

Экономическая эффективность от внедрения предлагаемого способа в теплоэнергетике и ме- таллургии составит по ориентировочным расчетам не менее 120 тыс, руб. в год.

768458

Продолжение таблицы

Удельный расход продувочной воды иа регенерацию Mç /мз

3,5

3,5

Удельный расход отмывочной воды, мэ/м

Рабочая обменная емкость катионита, г -экв/м

54,2

Жесткость умягчаемой воды, мг.экв/л

2,2

2,2

Остаточная жесткосп фильтрата, мкг. экв/л

Формула изобретения

Составитель Г. Андреева

Редактор T. Девятко Техред H. Бабурка Корректор М. Вигула

ФЫ Ю ЬМ ФФ . МЗ «

Заказ 7282/59 Тираж 809 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

f .

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Способ регенерации слабокислотных и поли-15 функциональных катиойитов путем пропускания через них в условиях прогивотока продувочной воды испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения степени регенерации и удешевления процесса за счет повышения рабочей обменной емкости катионитов, через последние предварительно про пускают раствор кислотьг в количестве, эквивалентном 40 — 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что через катионит пропускают 0,5 — 5%-ный раствор кислоты с удельным расходом 2,5 — 4кг/м . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вихрев В. Ф. и др. Водоподготовка. М,, 1973, с. 335-336.

2. Авторское свидетельство СССР М 64446, кл. С 02 В 1/22, 19;05.41 (прототип),