26. Ионообменные установки

Ионный обмен-процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы и ионита. Ионный обмен является одним из основных способов умягчения, опреснения и обессоливания воды. Очистка СВ ионным обменом позволяет извлекать и утилизировать соединения As, P, Cr, Zn, Pb, Cu, Hg, ПАВ, радиоактивные вещества, вода при этом очищается до ПДК и может использоваться в системах оборотного водоснабжения. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты, а также делятся на природные, искусственные и синтетические. Практическое значение имеют органические природные, искусственные алюмосиликаты, гидроксиды и соли многовалентные металлы. Применяются иониты, полученные химической обработкой угля, лигнина, но ведущая роль принадлежит ионообменным смолам, которые являются синтетическими органическими ионитами.

Важное свойство ионитов-их поглотительная способность (или обменная ёмкость). Полная ёмкость ионита-количество находящихся в СВ г-экв ионов, которое может поглотить 1м³ ионита до полного насыщения. Рабочая ёмкость ионита-количество находящихся в СВ г-экв ионов, которое может поглотить 1 м³ ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

При соприкосновении ионов с водой происходит их набухание. Объём ионита увеличивается в пределах 1,2-2 раза. На кинетику ионного обмена влияют t и концентрация ионов в растворе. Характерной особенностью ионного обмена является обратимость, т.е возможность проведения реакции в обратном направлении, а значит возможность регенерации ионита. Процессы ионообменной очистки осуществляют в аппаратах периодического действия или непрерывного действия.

Схема аппарата непрерывного действия:

1 -подача воды; 2-устройство для транспортирования ионита; 3-устройство для отбора ионита;

4-подача СВ;

5 -регулятор скорости движения потока воды в генераторе;

6-подача регенерационного раствора;

7-внутренний корпус для регенерации ионита;

8-отвод после регенерационного раствора;

9-ионообменная колонна;

10-воронка для приёма отработанного ионита;

11-выпуск отработанной СВ.

Аппарат работает следующим образом:

СВ подаётся в колонну через трубу с коническими насадками. СВ проходит псевдоожиженный слой ионита и выходит из верхней части колонны. Во внутреннем усечённом конусе скорость движения потока воды уменьшают с помощью регулятора, что способствует вовлечению отработанного ионита в этот конус и последующего осаждения в нижней части ионообменной колонны. Регенерационный раствор подаётся в нижнюю часть внутреннего конуса и отводится из его верхней части. Регенерирующий ионит продолжает опускаться на встречу восходящему потоку воды, промывается и переходит в рабочую зону колонны.

Для определения основных параметров такой установки подсчитывают

суммарную площадь сечения ионообменных колонн. S=Q/V_опт.

Общее количество ионов, которое может быть задержано в этой установке зависит от их начальной и конечной концентрации.

Для поглощения заданного количества ионов необходимо определить количество воздушно-сухого ионита: .

Мч-требуемое количество воздушно-сухого ионита, т/ч;

Q-расход СВ, м³/ч; с_н,

с_к-начальная и конечная концентрации извлекаемых веществ, кг-экв/м³;

Е₀-ёмкость ионита, кг-экв/т. если продолжительность рабочего цикла ионообменных колонн между 2^я регенерациями равна времени, ч, то можно определить общую их загрузку.

М_общ=М_ч*t.

Определяется также объём загрузки ионообменных колонн до образования псевдоожиженного слоя: V_i=M_общ/d_н;

d_н-насыпная плотность ионита, т/м³.

Поскольку суммарная площадь ионообменных колонн определяется оптимальной скоростью фильтрования, то можно определить высоту набухшего слоя ионита: Н₁=V₁/S_общ.

Соотношение псевдоожиженного и неподвижного слоёв находится в пределах 1,2-2, можно определить высоту набухшего слоя: Н₂=1,5*V₁/S_общ.

Если задаться диаметром ионообменной колонны, то можно определить число этих колонн.