В способах очистки воды от солей, где применяют вертикальные аппараты, они работают циклично, с неподвижными слоями загрузки из ионообменных материалов. В таких аппаратах последовательно осуществляются процессы фиксирования ионов, расширения, регенерации и промывки загрузки, после чего ионообменный материал возвращается в своё первоначальное состояние и аппарат готов к проведению нового цикла.
Такие системы имеют некоторые недостатки:
• необходимую массу ионообменного материала рассчитывают не на основе часового расхода, а из условия автономности работы аппарата между двумя регенерациями, поэтому в случаях высокого солесодержания исходной воды требуются большие объемы ионообменных материалов;
• перерывы в подаче очищенной воды во время циклов регенерации; это означает, что либо оборудование очистной станции должно быть продублировано, либо должен быть предусмотрен резервуар очищенной воды значительной емкости для регулирования расхода;
• сложность операций регенерации;
• необходимость в больших дополнительных объемах аппаратов для расширения загрузки и большой расход промывной воды.
Кроме того, поскольку очень важно закончить фильтрование при появлении проскока ионов в нижней части загрузки, который происходит намного раньше полного насыщения всей смолы задерживаемыми ионами, эффективность работы ионообменного материала во время фиксации и регенерации намного ниже теоретически возможной.
Специалисты по ионному обмену давно занимаются изучением проблемы замены обычного метода непрерывным процессом с противоточной регенерацией. Трудности, которые при этом нужно преодолеть, состоят прежде всего в необходимости обеспечить:
• регулярную и управляемую циркуляцию ионнообменного материала;
• отделение истощенной смолы от обработанной жидкости;
• правильное распределение жидкости в движущемся слое ионообменного материала;
• использование метода циркуляции, который бы не оказывал сильного механического воздействия на ионообменный материал;
• наличие оборудования для контроля и регулирования.
Все эти трудности были преодолены при разработке непрерывного процесса ионного обмена. Эта установка состоит из следующих элементов: ионообменной колонны F, оборудованной воронкой L для промывки и удаления тонких частиц; колонны для разделения исходной воды и ионнообменного материала (не обязательна), колонны регенерации R.
Непрерывный процесс ионного обмена
Эти аппараты по конструкции в основном аналогичны аппаратам для проведения процесса с компактным слоем, однако ионообменная колонна или колонна регенерации могут быть специально сконструированы для работы с псевдоожиженным слоем, т. е. для обработки жидкостей с высоким содержанием взвешенных веществ. Ионообменная смола циркулирует полунепрерывно через запрограммированные интервалы времени, двигаясь от дна рабочей колонны регенерации и затем в промывную воронку, после чего инжектируется обратно в рабочую колонну. Поскольку все жидкости циркулируют в направлении, противоположном движению ионообменного материала, то аппараты (рабочая колонна, колонна регенерации, промывной аппарат) работают с оптимальной эффективностью, меньшим количеством ионообменных материалов; процесс регенерации протекает, значительно эффективнее.
Заранее устанавливают расходы необработанной воды, регенерирующих реагентов разбавляющей и промывной воды. Циркуляция смолы регулируется в соответствии с интервалами опорожнения дозирующего устройства в верхней части рабочей колонны. Если состав, исходной воды изменяется, скорость инжекции регенерирующего раствора и циркуляции смолы соответствующим образом корректируется.
Схема, описанная выше, применима для одиночного ионообменного аппарата, который используют с целью умягчения (катионит регенерируется хлористым натрием) и удаления катионов (катионит регенерируется кислотой).
Если требуется деминерализация обычного типа, то могут быть скомбинированы две такие установки, каждая из которых включает три. колонны, установленные последовательно. Одна колонна содержит, катионит, регенерируемый кислотой, а другая — анионит, регенерируемый каустической содой или аммиаком.
Качество получаемой воды определяется проскоком ионов из катионитовой колонны, который зависит от степени регенерации и солесодержания обрабатываемой воды. Если требуется получить очень чистую воду (электрическая проводимость менее 1 мкСм/см, содержание кремния менее 50 мкг/л), применяют установку с подвижной катионит-анионитовой смешанной загрузкой, схема и основные узлы которой приведены ниже.
Установка включает рабочую колонну со смешанной загрузкой, колонну разделения смол; две колонны регенерации, одна из которых предназначена для регенерации катионита, другая — для анионита.
Система непрерывного обессоливания со смешанной загрузкой. F. L. М — ионообменная (фиксирующая) колонна; D. L. М — колонна сепарации: R. А — колонна регенерации анионита; R. С — колонна регенерации катионита; S — накопитель
Для смешанной загрузки нет необходимости продолжать промывку до тех пор, пока будут удалены последние следы солей. В результате питающая воронка может быть установлена меньшего размера, чем воронка для промывки и удаления тонкой взвеси.
Назначение рабочей колонны — фиксация и освобождение ионов. Из нижней части рабочей колонны в колонну разделения гидравлическим путем поступает смесь смол. Эта колонна предназначена для четкого разделения катионитов и анионитов: первые удаляются из нижней части, а вторые — на соответствующем уровне верхней части колонны.
Датчик уровня приводит в действие автоматический клапан, включающий или останавливающий подачу смолы в соответствии со скоростью поступления ее в колонну регенерации.
Иониты после регенерации и промывки гидравлически транспортируются в смесительную воронку, из которой дозируются в рабочую колонну.
Скорость подачи смолы определяется очень просто: объем каждой загружаемой порции умножают на число опорожнений воронки в час.
Этот тип сооружений используют для обработки воды, которая не содержит слишком большого количества бикарбонатов, поскольку системы со смешанной загрузкой исключают возможность физического удаления С02 из карбонатов. В результате анионит будет фиксировать диоксид углерода, что увеличивает стоимость ионообменных смол и вызывает необоснованный перерасход реагентов.
Для обработки воды, содержащей бикарбонаты, наиболее экономичная схема, позволяющая получить воду высокой чистоты, включает установку непрерывной декарбонизации на отдельном однослойном фильтре из карбоксилированной смолы с последующим физическим удалением диоксида углерода и установку с подвижной смешанной загрузкой.
Последовательная регенерация сульфированной и карбоксилированной смол дает возможность экономить расход кислоты на регенерацию; система имеет промежуточный резервуар и позволяет осуществлять вторичное разбавление, если исходная вода богата кальцием и если желательно избежать слишком высоких концентраций солей кальция в воде, выходящей из колонны для регенерации карбоксилированной смолы.
В конечном итоге применение этого процесса позволяет снизить расход кислоты путем совместной регенерации, как это описано выше. Расход соды может быть снижен комбинированием физического удаления диоксида углерода и систематической противоточной регенерацией.
Применение непрерывных процессов в химической промышленности. При обработке жидкостей, которые необходимо вернуть в производство без разбавления (сахарный сироп, глюкоза, растворы, содержащие уран и другие химические растворы, подлежащие очистке), не допускается какое-либо заметное разбавление водой. Периодические процессы всегда сопровождаются значительным разбавлением, поскольку при переходе от извлечения к регенерации, и наоборот, всегда образуются зоны, где концентрации увеличиваются или снижаются и где имеет место интенсивная промывка. При непрерывных процессах разбавление может быть во много раз снижено до пренебрежимо малых величин, если жидкость, несущая смолу, возвращается в специальную колонну. Эта колонна запроектирована таким образом, что в зоне отделения смолы от концентрированной жидкости возможно очень слабое разбавление небольшим количеством добавочной воды, которая вводится в цикл обработки.
Особые преимущества процесса непрерывного ионообмена. Уже говорилось о технических и технологических трудностях, которые пришлось преодолеть при разработке непрерывного процесса. По сравнению с другими этот процесс имеет следующие преимущества:
- смолы и жидкости всегда циркулируют в противоположных направлениях, поскольку регенерирующие растворы постоянно инжектируются в полностью уплотненную смолу;
- смола транспортируется гидравлическим путем и поэтому не подвергается сильному механическому воздействию;
- колонны фиксации, регенерации и промывки рассчитывают независимо друг от друга и подбирают индивидуально для каждого конкретного случая с учетом расхода, солесодержания и эффективности регенерации;
- конструкции оборудования для распределения и уплотнения должны быть разработаны с таким расчетом, чтобы уменьшить высоту единицы переноса до минимума, близкого к состоянию равновесия.
Другим преимуществом всех непрерывных процессов является то, что кислые и щелочные регенерационные элюаты поступают с постоянными и малыми скоростями и поэтому их намного легче нейтрализовать, чем в периодических процессах, так как не требуется строительства больших резервуаров для нейтрализации.
Терминалы релейной защиты и автоматики серии Сириус – 3 на этой странице.