Файл: оборудование ионитной части водоподготовительных установок.docx

КОМИТЕТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ

областное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Курский государственный политехнический колледж»

Специальность 14.02.01 Атомные электрические станции и установки

РЕФЕРАТ

|по дисциплине: «Водоподготовка и обработка РС»

Тема: «оборудование ионитной части водоподготовительных установок»

Выполнил:

Студент группы АЭС-23

Ерихов М.Д.

Преподаватель:

Лягин О.А.

Оценка за реферат

_______________________

_________ ____________

(подпись) (инициалы, фамилия)


Курск

2022

Содержание

Введение……………………………………………………………………….3
Ионообменные технологии………………………………………………… 4
Оборудование ионитной части ВПУ……………………………………….9
Заключение…………………………………………………………………..14
Список литературы…………………………………………………………15

Введение

Ионообменные технологии основаны на пропускании воды через фильтрующий слой ионообменного материала, нерастворимого в воде, но способного взаимодействовать с содержащимися в обрабатываемой воде ионами. При этом ионы, которые необходимо удалить, задерживаются в слое ионообменного материала.

Некоторые природные материалы (глина, бокситы и др.) обладают способностью к обмену ионами, однако в настоящее время применяются в основном синтетические ионообменные смолы.

Ионообменный материал (ионит), естественный или искусственный, содержит ионные группы, которые сбалансированы противоионами таким образом, чтобы в целом среда была электронейтральной. При пропускании воды через эти материалы "вредные" ионы задерживаются, а противоионы
из ионита переходят в воду.

Ионообменные смолы делятся на катиониты и аниониты, в зависимости от того какими ионами происходит обмен, катионами или анионами.

Ионообменные технологии

Ионообменные процессы основаны на способности некоторых твердых веществ, называемых ионитами, при контакте с растворами электролитов поглощать ионы в обмен на ионы того же знака, входящие в состав ионита.

---

Иониты представляют собой трехмерные полимерные или кристаллические сетки, несущие ионогенные группы. Диссоциация ионогенной группы ионита дает ионную пару, один ион которой прочно (ковалентно) связан с сеткой ионита, а другой, противоположный по знаку или противоион, подвижен и может обмениваться на ионы одноименного заряда, поступающие из “внешнего” раствора. Благодаря эквивалентности обмена ионами обе фазы (раствор электролита и ионит) сохраняют электронейтральность в течение всего процесса. Иногда для простоты изображения взаимодействия раствора с ионитом трехмерную сетку вместе с фиксированными ионами называют каркасом (матрицей) и представляют ионит состоящим из каркаса и противоионов.

По знаку заряда обменивающихся ионов (противоио­нов) иониты делят на катиониты и аниониты. Существуют также амфотерные иониты - амфолиты, способные одновременно осуществлять и катионный и анионный обмен. Если обозначить каркас с фиксированными ионами R, то реакция катионного обмена может быть выражена уравнением:

2RH + Ca²⁺   R₂Ca + 2H⁺,

а реакция анионного обмена

2RCl + SO₄^2-   R₂SO₄ + 2Cl^-

Ионный обмен имеет некоторое сходство с адсорбцией. Отличие состоит в том, что ионный обмен представляет собой стехиометрическое замещение (на каждый эквивалент поглощенных ионов ионит отдает в раствор эквивалент ионов того же знака), тогда как адсорбция состоит лишь в поглощении растворенного вещества.

В технике уже давно (преимущественно для очистки воды) нашли применение минеральные (природные) иониты - различные алюмосиликаты группы цеолитов, монтмориллонит (глинистый минерал), а также железоалюмосиликаты - глаукониты. Используют также синтетические неорганические иониты - пермутиты и силикагели. Емкость минеральных и синтетических неорганических ионитов сравнительно мала, кроме того, они разлагаются кислотами и щелочами, что ограничивает их применение.

Широкое применение ионитов в гидрометаллургии, химической технологии и других областях началось после создания (в 1936 г.) ионообменных синтетических смол, представляющих собой искусственные высокомолекулярные органические соединения. Выпускаемые в настоящее время ионообменные смолы, обладающие высокой емкостью, химической стойкостью и механической прочностью, вытеснили другие ионообменные материалы.

---

Ионообменные смолы применяют для решения следующих задач:

1) селективного извлечения металла из бедного раствора и получения более концентрированного раствора извлекаемого металла (например, извлечение урана из растворов выщелачивания урановой руды, золота из растворов выщелачивания золотосодержащих руд, ряда цветных и редких металлов из сбросных растворов металлургических производств);

2) разделения близких по свойствам элементов: РЗЭ, Zr и Hf и др.;

3) получения высокочистой и умягченной воды;

4) очистки от примесей различных производственных растворов и обезвреживания сточных вод.

Синтетические ионообменные смолы имеют строение, сходное с пластмассами, однако введением ионогенных групп смолам придана электрохимическая активность. Как было указано, ионообменные смолы имеют каркас, состоящий из высокополимерной пространственной сетки углеводородных цепей, в которых закреплены фиксированные ионы: у катионитов - SO₃^-, COO^-, PO₃^2-, AsO₃^2- и др., у анионитов - NH₃⁺, NH₂⁺, NH⁺, N⁺. Фиксированный ион связан с противоионом и образует с ним ионогенную группу, которую часто называют активной или функциональной группой. Активными группами являются SO₃H, SO₃ Na, COOH, PO₃H₂, AsO₃Na₂, NH₃Cl и др.

От степени диссоциации активных групп зависит способность смолы к ионному обмену. Так, активная группа SO₃H полностью диссоциирована (на SO₃^- и Н⁺). Напротив, группа СООН даже в слабокислых растворах мало диссоциирована. Соответственно этому различают сильнокислотные катиониты (активные группы SO₃H или PO₃H₂) и слабокислотные катиониты (активные группы СООН). Аналогично этому различают сильноосновные и слабоосновные аниониты. Слабокислотные катиониты работают лишь в нейтральных и щелочных средах, слабоосновные аниониты - в нейтральных и кислых. Ионогенные диссоциированные группы сильнокислотных катионитов и сильноосновных анионитов способны вступать в ионный обмен при любых значениях рН.

Особую группу смол составляют электроноионообменники (ЭИ).

---

 Они обладают, наряду с ионообменными, окислительно-восстановитель­ными свойствами. Различают две группы ЭИ: с восстановительными и окислительными свойствами. В состав восстановительных ЭИ в качестве восстановителя вводят тонкодиспергированные металлы, например медь, или гидроксиды металлов низшей степени окисления, например Fe(OH)₂. В состав окислительных ЭИ в качестве окислителя вводят гидроксиды высшей степени окисления, например Сu(OH)₂, Fe(OH)_3.

Физико-химические свойства ионитов. Определение свойств ионитов необходимо для выбора решения конкретной технологической задачи и аппаратурного оформления процесса. К основным свойствам ионитов относятся следующие: гранулометрический состав (размер гранул), термостойкость и механические свойства (прочность при истирании), плотность (удельный объем), набухание, обменная емкость, содержание некоторых ионов (F^-, Cl^-, OH^-, CO₃^2-). Важнейшими характеристиками ионообменных смол являются набухание и ряд обменных емкостей.

Воздушно-сухие иониты, выпускаемые промышленностью, состоят из твердых гранул (бусин) размером от 0,5 до 3-4 мм. При погружении в воду иониты набухают вследствие поглощения определенного количества воды. Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема (иногда в несколько раз) и массы. Набухание характеризуется коэффициентом набухания, равным отношению удельного объема набухшей смолы к удельному объему смолы в исходной форме. Кроме того, определяют “ве­со­вое набухание” - количество поглощенной воды на 1 г сухого ионита.

Обменная емкость выражает количество задержанных ионитом ионов в принятых условиях. Различают несколько видов обменной емкости.

Полная объемная емкость (ПОЕ) характеризует максимальное количество ионов, которое может быть поглощено смолой при ее насыщении. Это постоянная для данной смолы величина, которую определяют либо в статических, либо в динамических условиях.

Статическая обменная емкость (СОЕ) представляет собой количество ионов, сорбированных единицей смолы, находящейся в равновесии с электролитом в статических условиях:

---

где [Me]_o и [Me]_ф - соответственно концентрация металла в исходном растворе и в растворе после сорбции (фильтрате);

V - объем раствора; P - навеска воздушно-сухого ионита.

В динамических условиях основными критериями сорбции являются динамическая (рабочая) обменная емкость (ДОЕ или РОЕ) и полная динамическая обменная емкость (ПДОЕ). ДОЕ - удельное количество сорбированных ионов металла, достигаемое при фильтрации раствора через слой ионита до появления в фильтрате (или до проскока) сорбируемого иона. ПДОЕ - удельное количество сорбированных ионов в динамических условиях, достигаемое при фильтрации раствора через слой ионита к моменту, когда концентрация извлекаемого иона в фильтрате станет равна его концентрации в исходном растворе. Другими словами, ПДОЕ - это максимальное количество металла, которое может поглощать единица массы (объема) ионита при заданных рН, температуре, составе раствора.

Обычно емкость смолы выражают в миллиграм-эквивалентах сорбированного иона на 1 г сухого ионита (мг-экв/г) или, для практических целей, в процентах (г/100 г смолы), а также в единицах массы на единицу объема (массы) набухшей смолы (г/л, кг/м³, мг/г).

Технология ионного обмена включает стадии: поглощение ионитом из раствора извлекаемого иона (сорбция), вымывание из ионита поглощенного иона (десорбция), подготовку ионита к следующему циклу (промывка, регенерация).

Процесс десорбции поглощенного на смоле иона называют элюированием. В результате элюирования поглощенных ионов в случае, если смола достаточно “нагружена”, получают элюаты с концентрацией металла в 100 и более раз выше, чем в исходных растворах. Так, например, при исходной концентрации молибдена 0,2-0,3 г/л получают элюаты с содержанием 80-100 г/л Мо (то есть концентрирование в 300-500 раз).

Элюирование заключается в обработке ионита соответствующим реагентом - элюентом, обеспечивающим количественное и быстрое извлечение ионов металла из ионита в товарный продукт - элюат. В качестве элюента используют растворы кислот, щелочей, солей соответствующей концентрации. В общем виде, например при использовании раствора кислоты, процесс элюирования записывается так:

RMe + 2H⁺ RH₂ + Me²⁺

При контакте ионита с раствором электролита происходит ионный обмен до достижения равновесия. Реакция обмена обратима и протекает в эквивалентных соотношениях аналогично обычным химическим реакциям. В общем виде реакция обмена ионов 

---