Кафедра меңгерушісі т.ғ. д., проф. Никифоров А. С
жүктеу/скачать 204,5 Kb.
|
Лекции ФХМПВ каз
- Бұл бет үшін навигация:
- 4.1 Ион
- СУ ЕРІТІНДІСІНІҢ ТҰЗҚҰРАМЫН АНЫҚТАУ
- ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
4. ИОНДЫ АЛМАСТЫРУ ӘДІСТЕРІ Қазіргі кезде әртүрлі өндірістік үдерістерде счудың көпшілік мөлшері шығындалады. Бірақ пайдаланылатын өзең, жер асты суларында және оның басқа қайнарларында өлшенген, коллоидты бөлшектер, органикалық заттар, ерітілген тұздар және басқа түріндегі әртүрлі қоспалары бар, сондықтан олар тек алдын ала өңдеуді ғана емес, сонымен бірге мысалы, иондарды алмастыру жүктемесі арқылы суды өткізіп тұздарды жоюды талап етеді. Жұмыста нәтижесінде судан қаталдық тұздары жойылатын, сульфокөмір – ионды алмастыру материалы арқылы суды өткізіпссуды жұмсарту әдісі қарастырылады. 4.1 Ионды алмастыру материалдары Ионды алмасу әдісімен суды жұмсарту өз иондар бөлігін суда ерітілген иондарға алмастыру қабілетті, материал арқылы өңделетін суды сүзгілеуде болады. Сондай дәнді материалдар иониттер немесе ионды алмасу материалдары деп аталады. Қазіргі кезде пайдаланылатын ионды алмасу материалдардың көбін өлшемдерімен және олардың молекула құрылымымен ерекшеленетін, синтетикалық шайыр типті пластикалық масса деп аталатын (яғни қарапайым заттардан жасанды жолмен алынған), заттар разрядына жатқызады. Сол уақытта қашан органикалық емес және көптеген органикалық қоспалардың молекулалары өте кішкентай өлшемдерге ие болады және кішігірім (сирек оннан астам) атомдар санынан тұрады, синтетикалық қоспалардың молекулалары әдетте мыңдаған, ал кейбір кезде он мыңнан астам өзара берік байланысқан атомдардан тұрады. Осындай табиғи қоспалар ішінде ақуыздар, өзектер (клетчатка) және басқалары жататын, молекула-«алыптардан» тұратын қоспалар жоғарымолекулярлы заттар деген атауын алды. Ионды алмасу материалдары жеке орындарына атомдардың белсенді тобы жалғасқан (функционалды, суда иондарға электролиттік диссоциацияға қабілетті), қатты ыдырамайтын молекулярлық тордан тұратын, олардың молекулаларының ерекше құрылысының арқасында ионды алмасы реакция қабілеттілігіне ие болады. Олардың біреулері молекуланың қатты қаптамасымен үздіксіз байланыста бола отырып, оған сәйкес электр зарядын береді, ал басқалары теріс зарядпен осы қатты қаптама маңында кейбір шектеулі қозғалысқа және суда ыдыраған иондармен алмасуға қабілетке ие болады. Ионит молекула құрылымының сызбасы 1 суретте ұсынылған. Сөйтіп, ионды алмасу материалдары ерекше қатты электролиттер болып келеді. Иониттың белсенді топтың сипатына тәуелді оның қозғалмалы, алмасуға қабілетті иондар немесе оң зарядқа (сурет 1, а), сонда оларды катионит деп атайды, немесе теріс зарядқа (сурет 1, б), сонда оны анионит деп атайды, ие болуы мүмкін. Қашан оң, қозғалмалы катион болып Н+ сутектің ионы келсе, онда осындай катионит маңызы бойынша көпвалентті қышқыл болып келеді, ОН ауыспалы гидрооксидті ионмен анионит көпвалентті негіз болып келетін секілді. Алмасуға қабілетті иондардың қозғалысы ионит бетіндегі қарама-қарсы зарядтың қозғалмайтын иондарымен олардың байланысы жоғалмайтын, қашықтықпен шектеледі. Бұл алмасуға қабілетті және қозғалмалы иондар жататын, ионит молекула маңындағы шектеулі кеңістік иониттің иондық атмосферасы деп аталады. 
а) б)
а — катионит; б — анионит. 1 – қатты көпатомды ионит қаңқасы; 2 – белсенді топтардың қаңқамен байланысты қозғалмайтын иондар; 3 – алмасуға қабілетті, белсенді топтың шектеулі қозғалмалы иондар. Иониттердің алмасу сыйымдылығы ионит дәндер бетінждегі белсенді топтар санына тәуелді. Сонымен қатар ионит беті болып толықтырулар, кеуектер, каналдар және басқалардың беттері келеді. Сондықтан кеуекті құрылымды иониттерге ие болу дұрысырақ. Отандық және шетелдік иониттердің түйіршіктілігі дәндердің орташа диаметрі 0,5 тен 0,7 дейін және біртекті емес коэффициенті 2,0-2,5 жуық кезіндегі 0,3 тен 1,5 мм шегінде фракциялармен сипатталады. 4.2 Судың натрий–катиондануы Жалпы түрде судың натрий-катиондану үдерісін келесі теңдеулер түрінде ұсынуға болады: 2NaR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3; 2NaR + Mg(HCO3)2 = MgR2 + 2NaHCO3; 2NaR + CaCO3 = CaR2 + Na2CO3; 2NaR + CaCl2 = CaR2 + 2NaСl; 2NaR + MgCl2 = MgR2 + 2NaСl, мұнда аластаушы иондар қаспақжасаушы кальций мен магний иондары, ал алмастыру - өңделген суда жақсы ерітілген қоспаларды беретін, натрий иондары болып келеді. осы кезде R әріпімен берілген жағдайда анион болып келетін және теріс зарядқа ие болатын, суда ерімейтін катионит молекуласының қатты бөлігі белгіленген (сурет 1, а). Шартты бұл анион бірвалентті деп қабылданған. Теңдеулер көрсеткендей, әрбір екі валентті кальций және магний иондары натрийдің екі бірвалентті иондарымен ауыстырылады, яғни алмасу эквивалентті мөлшерде өтеді. Осы теңдеулердің сол жағында жаңа иониттің молекулалары оларды қоршаған ионды атмосферада натрий катиондарына ие болады. Сондай ионит натрий-катионит (Na – катионит)деп аталады. Сәйкесінше оң жағындағы әлсіреген ионит кальций – катионит (Са – катионит) және магний – катионит (Mg – катионит) деп атайды.. Жұмыс циклі аяқталған соң теңдеулер бойынша реакциялар кері бағытта, яғни оңнан солға қарай өту үшін, алмастыратын катиондардың стехиометриялық қатынасынан жоғары болатын, концентрация құрамында натрий иондары болатын, электролит ерітіндісінің әлсіреген катиониті арқылы жіберу жолымен жеткізілетін, катионитті регенерациялау қажеттілігі пайда болады. Осындай регенерациялық ерітінді ретінде жетерлік және салыстырмалы арзан реагент болып келетін, ас тұзын (хлорлы натрий) пайдаланады. Әлсіреген катионит арқылы жоғарыдан төменге қарай NaCl регенерациялық ерітіндісін өткізген кезде Na+ катионның әлсіреген материалдың құрамындағы Са2+ және Mg2+ катиондарына ең толық алмасуы сүзгіш жүктемесінің жоғары қабатында өткізіледі. Арықарай, хлорлы натрий ерітіндісінің катиониттың төмен жатқан қабаттарына өту барысында онда катиониттың регенерацияланған қабаттарына ауысатын, Na+ катиониттар концентрациясының біркелкі төмендеу кезінде Са2+ және Mg2+ катиониттар ионитінен ығыстырылатын концентрациясы одан әрі өсе бастайды. Жоғарыда көрсетілгенде, массалардың әрекет заңы бойынша регенерациялық ерітіндіде пайда болатын кальций және магний катиондары олардың жиналуы бойынша сол немесе басқа жаққа теңдеулер бойынша реакциялардың бағыты үшін натрийдің катиондарымен бәсекелеседі, сондықтан оларды бәсекелесуші немесе ионға қарсы деп атайды. Бұл жағдай, ионға қарсы әсер деп аталатын, қарастырылған жағдайда оңнан солға теңдеулер бойынша реакциялардың бағытын тежейді, соның арқасында хлорлы натрийдің ерітіндісін жіберу дәрежесі бойынша иониттің төменгі қабаттарының регенерациясы толық емес өтеді, яғни кальций мен магний катиондардың кейбір мөлшері ионит молекуласының иондық атмосферасында қалады. Бұл жағдайды кейбір дәрежеде жаңа регенерациялық ерітіндінің одан әрі жаңа үлестерін ионит арқылы өткізу жолымен төмендетуге болады. Бірақ ол үшін тұздың маңызды шығыны қажет болушы еді, бұл экономика жағынан тиімсіз, өйткені реагент бағасы суды ионды алмасу сүзгілеу кезіндегі пайдалану шығындардың негізгі баптарының бірі болып келеді. одан басқа, тұз шығыны өскен сайын алдында көрнекті болған иониттің алмасу сыйымдылығының өсімше әсері сосын біртіндеп төмендейтінін есте сақтау керек. Сондықтан тұздың мөлшерімен алмасатын иондарының стехиометриялық қатынасынан 3,0-3,5 есе артық болатын кіргізуі шектеледі, бұл иониттің салыстырмалы қанағаттанарлық регенерациясын қамтамассыз етеді. Осы кезде, бірақ та, егер жоғарыда айтылғанды ескерсек, материалдың регенерация толықтығы үстінен төменге бағытта бірте төмендей бастайды, яғни онда бірте-бірте Са - катиониттың және Mg – катиониттың молекулалар құрамы өседі. Осында регегенарцияланған сүзгіштегі жұмыс циклі келесі түрде өтеді. Тұзды су, кальций және магний катиондары бар және сүзгішке жоғарыдан төмен қарай түсетін, ең алдымен молекулалардың жақсы регенерацияланған қабаттарымен жанасуға келеді, олардың молекулалары өз иондық атмосферасында тек қана натрий катиондарына ие болады. Осының салдарынан катионды алмасу осы қабаттарда жеткілікті толық өткізіледі, яғни реакциялар бойынша солдан оңға қарай, және жұмсартылған судың құрамында кальций және магний катиондар қалдық мөлшері минимал болады. Бірақ өңделетін су сүзгіш жүктемесінің төмен жатқан қабаттарына түсу мүмкіндігінше катионит молекулаларымен кездеседі, молекулалар жоғарыда көрсетілгендерден ластау болады. Кальций және магний катиондары катиондардың пайдалы алмасуын тежейді, және сүзгіштен шығатын өңделген судың қалдық тұздылығы бірте-бірте баяу жоғарлайды, сүзгіштің жұмыс циклінің аяғында 20 – 30 мкг-экв/дм3 шамасына жетеді. Одан басқа, табиғи суларда кальций және магний катиондарымен қатар, реакциялар бағытын оңнан солға қарай қандай да бір сәтте тежейтін, натрий катиондарының кейбір мөлшері болатынын есте сақтау керек. Бұл ионға қарсы әсер, минерализациясы әлсіз сулар үшін салыстырмалы аз сезілетін (500 мг/дм3 кіші), қатты минерализацияланған суларды терең жұмсарту үшін көрнекті кедергі болады, қайсысыларында сүзгіштен шығатын өңделген суда натрий катионының жоғары концентрациясы жасалады. Теңдеулерден көрінгендей, натрий-катионитті сүзгіштен кейін судың анионды құрамы өзгеріссіз қалады, оның жалпы тұз құрамы кальций мен магнийді натрийге ауыстыру нәтижесінде бірнеше өседі. Осы екі жағдай суды жұмсартуын натрий-катиондау әдісімен тұндыру әдісімен суды жұмсартуды маңызды ерекшелейді, қайсысы кезінде өңделген судың тұз құрамы және сілтілігі маңызды төмендейді, олардан кальций мен магний катиондарын жою және бикарбонатты иондарды бұзу салдарынан. Натрий-катиондалған суда сілтілік шикі судың карбонатты тұздылығына эквивалентті, яғни НСО-, ионның концентрациясына, ал табиғи суларда әдетте тұздылықтың басым бөлігі карбонатты болғандықтан, онда бұл суларды натрий-каионды әдіспен өңдеуден кейін салыстырмалы жоғары тұздылыққа әкеледі. Катиондар олардың сапа көрсеткіштерінің қатарымен сипатталады: тракциялық құрам, дәндер өлшемі, мм; тостабан салмақ, г/дм3, т/м3; ісіп-кебу коэффициенті және термотұрақтылық. Ep катиониттың жұмыс алмасу сыйымдылығыоның сапасының маңызды көрсеткіші болып келеді. Оның шамасы катиониттыңқасиеттерінен және оны пайдалану шарттарынан тәуелді болады. 4.3 Катионитті сүзгіштердің жұмысы Катионитті сүзгіштердің жұмысы екі кезеңнен тұрады: жұмыс, қашан судың және бос тұрудың жұмсаруы өтеді, қашан катиониттің қопсарлуы, регенерация және тазартылуы өткізіледі. Суды жұмсарту үстінен төменге қарай бағытта катионит қабаты арқылы оны сүзгілеуде тұжырымдалады. Су жұмсаруы басталып және аяқталатын катионит қабаты жұмыс істеуші қабат немесе жұмсарту аймағы деп аталады. Жұмыс барысында жұмсарту аймағының жоғары қабаттары әлсірейді және суды жұмсартуын тоқтатады. Оларды алмастыру үшін жұмысқа катиониттің жаңа қабаттары кіреді, сөйтіп, катиониттің жұмыс қабатының аймағы үнемі төменге түседі. Сүзгіштің жұмысы әлсіреу уақытына дейін жалғасады, және әлсіреген катионит регенерацияға тап болады. Регенерация мақсаты – катиониттің жұмыс алмасу сыйымдылығын қайта жаңарту. Жұтылудың жұмыс сыйымдылығы келесі формуламен анықталады:
Регенерацияға келесі операциялар енеді: қопсыту; регенерацияланған ерітіндіні жіберу; регенерацияланған ерітінді қалдықтарынан ионды алмасу материалдарын тазалау. Na-катионитті сүзгіште материалды қопсыту алғашқы суды төменнен жоғарыға беру арқылы жүзеге асырылады. Осы кезде оның тығыздығы жойылады, ол келесіде регенерацияланған ерітіндінің ионды алмасу материалдың дәндеріне жетерлігін қамтамассыз етеді, сүзілетін материалдан сумен келген ластануды және катиониттің ұсақталған бөлшектерін жояды. Қопсыту кезінде қопсыту сумен сүзілетін материалдың ірі фракциясының шығарылуын болдырмауын қадағалау қажет. Шығаруды бақылаған кезде суды беру сызығындағы шүмекті жылдам жабу керек және 2-3 мин өткен соң ақырын оны қайтадан ашу және қопсыту судың шығынын қажетті шамаға дейін жеткізу. Қопсыту қарқындылығы секундына 10-12 дм3/м2 деңгейінде болады. Қопсыту 20-30 минут жалғасады, қопсыту судың сынамасы жеткілікті ағартылған кезде аяқталады. Қопсыту аяқталған соң ионды алмасу материал арқылы регенерацияланған ерітіндіні жібереді. Na–катионитті сүзгіштер катиониті арқылы регенерацияланған ерітіндіні жіберу жылдамдығы 3-5 м/сағ үстінен астына ас тұз ерітіндісінің 6-10% концентрациясын беру жолымен өткізіледі. Әлсіреген катионит арқылы NaCl тұздың регенерацияланған ерітіндісін жіберу кезінде Na+ катионды әлсіреген материалдағы бар Ca2+ және Mg2+ катиондарына ең толық алмасу катиониттің жоғары қабаттарында өтетін болады. Арықарай Ca2+ және Mg2+ катиондарының катиониттің төмен жатқан қабаттарына катиониттердің жоғарғы регенерацияланған қабаттарына ауысатын, ерітіндідегі Na+ концентрациясының бірмезгілді салыстырмалы төмендеуімен өту барысында ионға қарсы әсер деп аталатын катионит қабаттарын аламыз. Алғашқы су катионит қабаты арқылы сүзгілеу кезінде, жеке қабаттар қаттылық катиондардың әртүрлі мөлшерін ұстап қалады, жоғары учаскілерді толығымен және төменгі учаскілерді кіші дәрежеде әлсіретеді. Бұл су барысы бойынша кальцияй және магний катиондар концентрациясы төмендейтінімен, ал натрий катиондар концентрациясы өсетінімен түсіндіріледі. Регенерацияға тұз ерітіндісінің мөлшері төменгі формула бойынша есептеледі: Q = Ер V q / 1000, мұнда Ер – катиониттің жұмыс алмасу сыйымдылығы; V – сүзгішке жүктелген, сүзгілеу материалының көлемі, м3; q – тұздың меншікті шығыны, тұздың қаттылықтың айланылғын катионы 100–200, г/ г-экв қабылданады. СУ ЕРІТІНДІСІНІҢ ТҰЗҚҰРАМЫН АНЫҚТАУ Балқытылған немесе ерітілген жағдайда электр тогын өткізетін, заттар электролиттер деп аталады. Еріткіш әсерінен молекулаларды иондарға диссоциациялайтын, тұздардың, қышқылдардың және негіәздердің су ерітінділері электролиттер болып келеді. 
Диссоциация үдерісі сандыкейбір шамалармен сипатталады, мысалы электр диссоциация дәрежесімен, α және электролитті диссоциация тұрақтысымен, К. Иондар түрінде ерітіндіде ерітілген электорлиттің қай бөлігі жататынын, көрсететін сан электролитті диссоциация дәрежесі деп аталады және пайызбен өрнектеледі. Электролитт мықты деп саналады егер мағынасы α > 30 %, және әлсіз, егер α < 30 % болса. Мықты электролиттер толық диссоциацияланады деп айтуға болады. Әлсіз электролиттер ерітінділерінде балқытылған заттың молекулалары және иондары бар болады. Яғни, әлсіз электролиттер диссоциациясы айнымалы үдерісті ұсынады, соның нәтижесінде әрекет етуші массалардың заңына бағынатын, тепе-теңдікті бекітеді. Осы жағдайлардағы тепе-теңдік тұрақтысы электролиттік диссоциация тұрақтысы деп аталады. Бұл шама ион концентрациясының диссоциацияланбайтын молекулалар концентрациясына көбейтудің қатынасы болып келеді. электролиттің диссоциацияға қабілеті неғұрлым үлкен болса, соғұрлым тұрақтының мағынасы үлкен болады. Электролиттер ерітіндісі екінші текті өткізгіштер болып келеді, электрді тасымалдау оларда иондар арқасында жүзеге асырылады. Электрөткізгіштігі кедергіге кері шама ретінде қарастырылады. БЖ жүйесінде электрөткізгіштіктің бірлігі ретінде сименс (См=1/Ом) қабылданған. Электролиттер ерітіндісінің электрөткізгіштігі уақыт бірлігіне ерітіндінің көлденең қимасының ауданы арқылы өтетін, иондар санымен анықталады. Бұл мөлшер негізінде көлем бірлігіндегі ерітіндіде жататын, иондар санынан, олардың орын ауыстыру жылдамдығынан, иондар зарядынан, ерітінділер температурасынан тәуелді. Солай электролит ерітіндісінің концентрациясы өскен сайын оның электрөткізгіштігі өсіп, кейбір концентрация кезінде максимал мағынаға жетеді, ал сосын түсе бастайды. Осындай тәуелділік электролит ерітінділерінің кіші концентрациясы кезінде ерітінді көлем бірлігінде иондар саны аз, және ток иондармен тасымалданатын болғандықтан, ерітіндінің электрөткізгіштігі аз екенімен түсіндіріледі. Ерітінді концентрациясы өскен сайын ерітіндінің көлем бірлігіндегі иондар саны өседі, сәйкесінше электрөткізгіштік те өседі. Бірақ, ерітіндінің белгілі концентрациясына жеткен кезде электрөткізгіштік түсе бастайды, өйткені мықты электролитте иондық аралық күштер әсері пайда болады, соның нәтижесінде иондардың тежелуі күшейеді, ал әлсіздерде – диссоциация дәрежесі төмендейді. 
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ Копылов А. С., Лавыгин В. М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. - М.: Издательство МЭИ, 2003. – 309 с (к.о.з.-3, саны-1). Николадзе Г.И., Минц Д. М, Кастальский Л.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М.: Высшая школа, 1984. - 368 с (к.о.з.-2). Громогласов А.А., Копылов А.С., Пильщиков А.П. Водоподготовка: процессы и аппараты. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 272 с. Глазырин А.И., Музыка Л.П., Кабдуалиева М.М. Подготовка воды для тепловых электростанций и промышленных предприятий. - Алматы: Республиканский издательский кабинет, 1997. - 150 с (к.о.з.-2, аб-11). Лифшиц О.В. Справочник по водоподготовке котельных установок. – М.: Энергия, 1976.- 286 с. Кострикин Ю.М. Инструкция по эксплуатационному анализу воды и пара на тепловых электростанциях. – М.: СПО Союзтехэнерго, 1979. – 120 с. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982. - 440 с (к.о.з.-1). жүктеу/скачать 204,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|