ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически нерастворимых вво­де веществ

Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых практически нерастворимых вво­де веществ, называемых ионообменными материалами, или ионитами, изменять в желаемом направлении ионный состав воды. Для этого обрабатываемая вода пропуска­ется через фильтры, загруженные ионитами. Просачи­ваясь между зернами ионита, обрабатываемая вода об­менивает часть ионов растворенных в ней электролитов на эквивалентное количество ионов ионита, в результа­те чего изменяется ионный состав как фильтруемой воды, так и самого ионита.

Если в результате обработки воды методом ионного обмена происходит обмен катионов, то такой процесс называется катионированием; если же при этом происходит обмен анионов, то такой процесс называется анионированием. Как катионирование, так и анионирование получили широкое применение на ТЭС для умягчения, обессоливания и обескремнивания добавочной питательной воды парогенераторов, загрязненных конденсатов и подпиточной воды тепловых сетей.

Обработка воды методом ионного обмена принципи­ально отличается от обработки воды методами осажде­ния тем, что удаляемые из нее примеси не образуют осадка, и тем, что такая обработка не требует непрерыв­ного дозирования реагентов. В связи с этим эксплуатация водоподготовительных установок, работающих по методу ионного обмена, значительно проще, габариты аппаратов меньше, а эффект обработки выше, чем установок, рабо­тающих по методу осаждения.

Продолжительность рабочего цикла ионитных филь­тров определяется обменной емкостью ионита, т. е. способностью его к ионному обмену. После исполь­зования до заданного предела обменной емкости ионита необходимо восстановление обменной способности ионита путем удаления задержанных им из обрабаты­ваемой воды ионов и введения взамен их ионов, которые он отдавал воде в период рабочего цикла. Таким обра­зом, восстановление истощенного ионита является про­цессом ионного обмена, проводимого в обратном порядке,

В качестве ионитов в СССР используются сульфоуголь и синтетические смолы, относящиеся к разряду пластических масс (полимеров). Отличитель­ной особенностью синтетических смол являются размеры и структура их молекул, состоящих из тысяч, а иногда десятков тысяч прочно связанных атомов. Вещества, со­стоящие из таких молекул-гигантов, получили название высокомолекулярных веществ. Иониты, относящиеся к высокомолекулярным веществам, характеризуются сле­дующими специфическими свойствами: набухаемостью, нерастворимостью в воде и способностью к реакциям ионного обмена.

При погружении в воду все иониты в большей или меньшей степени разбухают с одновременным увеличе­нием их объема.

Отношение объемов одной и той же массы ионита в набухшем и воздушно-сухом состояниях называется коэффициентом набухания, который равен отношению насыпной плотности воздушно-сухого ионита к насыпной плотности набухшего ионита (без учета веса поглощенной воды), т. е. к массе 1 м³ набухшего ионита после высушивания его до воздушно-сухого состояния:

К= рс / рн

где рс и рн — насыпные плотности ионита в воздушно-сухом и набухшем состояниях, т. е. выраженные в кило­граммах сухого ионита массы 1 м³ воздушно-сухого и набухшего ионитов, кг/м³.

Способность ионитов к ионному обмену объясняется их специфической структурой, состоящей из твердой не­растворимой в воде молекулярной сетки, к отдельным местам которой на поверхности и внутри ее массы при­соединены химически активные функциональные группы атомов ионита. С электрохимической точки зрения каж­дая молекула является своеобразным твердым электро­литом. В результате электролитической диссоциации ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмосфера, представляющая собой ограниченное вокруг молекулы ионита пространство, в котором нахо­дятся подвижные и способные к обмену ионы.

На рис. 9-1 в упрощенном виде изображена схема структуры молекулы ионита. В зависимости от характера активных функциональных групп ионита его подвижные, способные к обмену ионы, могут иметь или положитель­ные заряды (рис. 9-1,а), и тогда такой ионит называют катионитом, или отрицательные заряды (рис. 9-1,6), и тогда такой ионит называют анионитом.

Схематически диссоциацию ионитов в воде можно представить в следующем виде:

K⁺R ^- ↔ К⁺ I R ^-

R⁺А^- ↔ R⁺ I А^-,

где K⁺R ^-—катионит, в котором подвижным обменным катионом является К⁺, а неподвижным анионом—высо­комолекулярная часть R ^–

R⁺А^-— анионит, в котором подвижным обменным анионом является А^-, а неподвиж­ным катионом — высокомолекулярная часть R+;

I —условный знак, указывающий на способность твердого электролита к диссоциации в воде без видимого раст­ворения самого электролита.

Характеристикой ионообменной способности ионита является величина его рабочей обменной емкости, которая характеризуется количеством ионов, по­глощенных ионитом, при пропускании раствора солей или кислот определенной концентрации через лаборатор­ный или промышленный фильтр, загруженный испытуе­мым ионитом, до начала «проскока» в фильтрат поглощаемых ионов.

Рабочая обменная емкость ионита выра­жается в грамм-эквивалентах ионов, поглощенных 1 м3 набухшего ионита (г-экв/м³).

Рис. 9-1. Схема структуры молекулы ионита.

1—твердый многоатомный каркас ионита; 2 — связанные с каркасом неподвижные ионы актив­ных групп; 3 — ограниченно подвижные ионы активных групп, способные к обмену.

Поиск по сайту: