Технологические схемы ионитных установок

Фильтры смешанного действия

Фильтры смешанного действия (ФСД) применяются при обессоливании и обескремнивании конденсатов, а также в качестве барьерных фильтров (III ступень) на установках обессоливания природной воды.

Загрузка фильтра состоит из смеси сильнокислотного катионита в Н-форме и сильноосновного анионита в ОН -форме. При пропуске через ФСД воды происходит глубокое обессоливание и обескремнивание воды, благодаря наличию в нем огромного числа ступеней Н - и ОН -ионирования. Наиболее подходящими для загрузки в ФСД являются катионит КУ-2 и анионит АВ-17.

Недостаток этой технологии заключается в необходимости разделения, раздельной регенерации и тщательного перемешивания катионита и анионита для восстановления сорбционной способности ионитов (внутренняя регенерация). Она производится следующим образом. В фильтре установлено три распределительных устройства: верхнее, среднее и нижнее. При разделении ионитов они располагаются следующим образом: анионит – в верхней части, катионит – в нижней. Регенерируются слои одновременно или по очереди, тогда через другой слой пропускается «запирающий» поток воды. После отмывки слоев перемешивание производится сжатым воздухом. Продолжительность этого процесса составляет 4 – 5 часов. Бывают фильтры с внешней регенерацией. Система выносной регенерации состоит из двух, иногда трех фильтров-регенераторов. При внешней регенерации иониты заменяются заранее отрегенерированной смесью катионита и анионита путем гидроперегрузки в течение 1 часа. Это увеличивает долю рабочего времени ФСД. Кроме того, упрощаются конструкции внутренних устройств и наружных коммуникаций на фронте фильтра. Применение внешней регенерации исключает возможность попадания регенерационных растворов кислоты или щелочи в фильтрат.

Выбор схем приготовления добавочной и подпиточной вод определяется качеством исходной воды и требуемым качеством обработанной воды, а также условиями экономичности, надежности и минимального сброса примесей, образующихся при эксплуатации ВПУ.

Схемы умягчения используются для подготовки воды для котлов низкого и среднего давлений.

Схема 1. Двухступенчатое Na-катионирование.

Применяется для умягчения природных вод с малой карбонатной жесткостью. Применимость этой схемы ограничивается размером продувки по щелочам. В первой ступени удаляется основное количество ионов Са ²⁺ и Mg ²⁺. Оставшиеся ионы жесткости поглощаются в фильтре второй ступени. Используется слабокислотный катионит. Фильтр I ступени отключают на регенерацию в тот момент, когда жесткость фильтрата достигнет 50% жесткости исходной воды или Ж_о=0,1 мг-экв/дм³, а II ступень отключают по жесткости Ж_о=0,02 – 0,01 мг-экв/дм³ или по времени, не допуская проскока жесткости. Недостаток данной схемы заключается в отсутствии удаления углекислоты, которая переходит в пар.

Схема 2. Na-катионирование со снижением щелочности в декарбонизаторе.

В усовершенствованной схеме воду после Na-катионитного фильтра I ступени подкисляют. При введении кислоты происходит взаимодействие ионов Н ⁺ с бикарбонат-ионами с образованием свободной углекислоты. Для её удаления после I ступени устанавливают декарбонизатор. Аппарат заполняется насадкой в виде колец Рашига или деревянных досок для увеличения поверхности контакта.. Навстречу движению воды, стекающей в виде пленок и капель, подается воздух. Углекислота переходит в воздух за счет разности парциальных давлений углекислоты в воде и в воздухе путем десорбции. Расход воздуха принимается 20 м³ на 1 м³ воды. Остаточное содержание СО₂ находится в пределах 2 – 6 мг/кг

Все схемы Н-Na-катионирования предназначены не только для умягчения воды, но и снижения щелочности и солесодержания воды, а также для удаления образующейся углекислоты.

Схема 3 Параллельное Н-Na-катионирование.

Исходную воду разделяют на два потока, каждый из которых пропускают через Н - или Na -катионитные фильтры.После фильтров щелочная Nа-катионированная и кислая Н -катионированная вода смешиваются, при этом происходит их частичная нейтрализация с образованием коррозионно-агрессивной углекислоты. Поэтому далее вода поступает в декарбонизатор, а затем на 2 ступень Na -катионирования, в которой происходит окончательное умягчение. По содержанию анионов и щелочности можно регулировать долю воды, направляемой в Na - или Н- катионитный фильтр.

Очищенная по этой схеме вода имеет остаточную жесткость 0,01 мг-экв/кг, щелочность – 0,3 – 0,4 мг-экв/кг. Схема применяется в тех случаях, когда вода после предочистки имеет Ж_к ≥ 0,5Ж_о и сумму анионов сильных кислот меньше 7 мг-экв/кг, а также когда необходимо получить умягченную воду с заданной остаточной щелочностью не выше 0,35 мг-экв/кг.

Основным преимуществом этой схемы является возможность получения воды с минимальной щелочностью, что очень важно в случае питания котлов высокого давления при больших добавках химически очищенной воды.

К недостаткам схемы относится уменьшение рабочей емкости Н -катионитных фильтров, загруженных сульфоуглем, при обработке вод с преобладающей некарбонатной жесткостью, а также снижение эффекта умягчения вод с высоким содержанием натриевых солей.

Схема 4. Последовательное Н-Na-катионирование.

Эта схема отличается от параллельной схемы тем, что Н -катионированную кислую воду смешивают с исходной щелочной водой для нейтрализации кислотности. Затем воду направляют в декарбонизатор. Дегазированная вода насосами направляется на две ступени Na -катионирования, где полностью умягчается. Удаление свободной углекислоты перед этими фильтрами производится для получения относительно небольшой щелочности 0,2–0,5 мг-экв/кг.

При обработке воды по этой схеме остаточная жесткость очищенной воды составляет 0,01 мг-экв/кг, щелочность – не менее 0,7 мг-экв/кг. Используется для обработки сильноминерализованных вод с солесодержанием выше 1000 мг/дм³.

Преимуществом последовательного Н-Na -катионирования является глубокое умягчение вод с высокой некарбонатной жесткостью и знчительным количеством натриевых солей, а также хорошее использование емкости поглощения Н -катионитных фильтров. Отключение Н -катионитных фильтров на регенерацию производится не по проскоку жесткости до 40 мг-экв/кг, а при повышении щелочности Н -катионированной воды до 0,7-1 мг-экв/кг. Такой режим работы позволяет использовать почти все обменные катионы водорода для снижения жесткости воды, чего нет в предыдущей схеме. Так как жесткость Н -катионированной воды значения не имеет, то удельный расход серной кислоты на регенерацию может быть снижен почти до стехиометрического расхода.

Недостатком является необходимость последовательного прокачивания обрабатываемой воды через два фильтра, что увеличивает расход электроэнергии и требует установки дополнительных перекачивающих насосов.

Схема 5. Na-Cl- ионирование.

Применяется для обработки вод гидрокарбонатного класса для котлов с давлением менее 4 МПа. Можно готовить воду для испарителей поверхностного типа. Основным достоинством схемы является использование для регенерации одного вида реагента, что снижает количество сбрасываемых солей при регенерации.

Вода пропускается в начале через Na -катионитный фильтр, где умягчается, а затем через анионитный фильтр, содержащий сильноосновной анионит в Cl -форме. При этом сорбируются все анионы сильных кислот и бикарбонатный ион НСО (кроме Сl ^-). В схеме не требуется установки декарбонизатора. Регенерация 7-8% раствором NaCl. Сначала раствор пропускают через анионит, а затем через катионит.

Для подготовки химически обессоленной воды производится последовательное комбинирование процессов Н -катионирования и ОН -ионирования. По степени удаления ионизированных примесей различают частичное, глубокое и полное химическое обессоливание. Эти схемы различаются числом ступеней очистки и качеством обессоленной воды.

Схема частичного обессоливания.

Применяется для обработки воды к барабанным котлам с давлением ≤7 МПа. Происходит полное умягчение воды, резкое снижение её щелочности и уменьшение солесодержания за счет разрушения ионов НСО и улавливания ионов Сl ^- и SO . Удаляются все анионы сильных кислот. Появление НСО в обессоленной воде объясняется неполной сорбцией углекислоты в декарбонизаторе и переходом её обратно в форму НСО при повышении рН в анионитном фильтре, где этот ион не задерживается, так как используется низкоосновной анионит.

Фильтр	Н 1	Н 2	Дк	А2
Обменный ион	Н ^+	Н ^+	-	ОН ^-
Загрузка	Слабокислотный катионит	Сильнокислотный катионит	Кольца Рашига	Низкоосновной анионит
Улавливаемые ионы	Ca ^2+; Mg ^2+; Na ^+	Все проскоки Ca ^2+; Mg ^2+; Na ^+	СО 2	Анионы сильных кислот
Отключение на регенерацию	По проскоку жесткости	По проскоку Na ^+	-	По проскоку Сl ^-

Схема глубокого обессоливания.

При проектировании технологии глубокого химического обессоливания учитывают,, что наличие в Н -катионированной воде свободной углекислоты, более сильной, чем кремниевая, уменьшает кремнеёмкость анионита и вызывает более ранний проскок ионов . Поэтому перед поступлением на слой сильноосновного анионита из воды необходимо наиболее полно удалить СО ₂, для чего в схему включается декарбонизатор. Еще сильнее снижает кремнеёмкость наличие в воде ионов Na ⁺, так как помимо истощения анионита анионами, уравновешивающими эти катионы, увеличивается концентрация в фильтрате противоиона ОН ^-, что резко ухудшает глубину обескремнивания.При этой схеме в обессоленной воде отсутствуют ионы жесткости и анионы сильных и слабых кислот. Ионы Na ⁺ и HSiO находятся в пределах чувствительности химического анализа. Схема применяется для подготовки воды для барабанных котлов высокого давления.

Рис. Схема глубокого обессоливания

Фильтр	Н1	А1	Н2	А2
Обменный ион	Н ^+	ОН ^-	Н ^+	ОН ^-
Загрузка	Сильнокислотный катионит	Низкоосновной анионит	Сильнокислотный катионит	Высокоосновной анионит
Регенерация	1% Н 2 SO 4	4% NaOH	3% Н 2 SO 4	4% NaOH
Улавливаемые ионы	Все катионы	Анионы сильных кислот	Все проскоки	Проскоки сильных и анионы слабых кислот
Отключение на регенерацию	По проскоку Na ^+	По проскоку Сl ^-	По объему воды	По проскоку HSiO

При работе по этой схеме в воду могут попадать проскоки кремниевой кислоты, а также продукты регенерации при неполной отмывке Н -катионитного и анионитного фильтров вторых ступеней.

Схема полного обессоливания

Применяется для получения обработанной воды, близкой по составу к очень хорошему конденсату пара. В этой схеме в качестве третьей ступени используется ФСД. Качество обессоленной воды оценивается остаточной концентрацией натрия не более 5 мкг/кг и остаточной концентрацией кремнекислоты менее 10 мкг/кг. Схема применяется для подготовки добавочной воды для прямоточных котлов и ядерных реакторов.

Рис. Схема полного обессоливания

Фильтр	Н1	А1	Н2	А2	ФСД
Обменный ион	Н ^+	ОН ^-	Н ^+	ОН ^-	Н ^+- ОН ^-
Загрузка	Сильнокислотный катионит	Низкоосновной анионит	Сильнокислотный катионит	Высокоосновной анионит	Сильнокислотный катионит и высокоосновной анионит
Регенерация	1% Н 2 SO 4	4% NaOH	3% Н 2 SO 4	4% NaOH	3% Н 2 SO 4 4% NaOH
Улавливаемые ионы	Все катионы	Анионы сильных кислот	Все проскоки	Проскоки сильных и анионы слабых кислот	Все проскоки
Отключение на регенерацию	По проскоку Na ^+	По проскоку Сl ^-	По объему воды	По проскоку HSiO	По объему воды

Дата добавления: 2014-01-04