Способ регенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в 768458 Союз СоветсникСоциалистическихРеспублик(51)М. Кл. В 01,1 49/00С 02 В 1/40 Гесударственный ксмктет СССР по делам иэебретенкй и открытий(54) СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ СЛАБОКИСЛОТНЫХ И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАТИОНИТОВ Изобретение относится к способам регенера.ции ионообменников при очистке воды и может быть использовано в теплоэнергетической,химической, металлургической и других отраслях промышленности,5Известен способ регенерации натрий-катионных фильтров раствором поваренной соли 1).По известному способу регенерацию производятконцентрированным раствором поваренной соли.е ЪНедостатком этого способа является низкаястепень очистки воды, обусловленная содержа.нием в регенерационном растворе солей жест.кости, которые отрицательно влияют на процесс.Другой недостаток заключается в удорожаниипроцесса, вследствие необходимости использова. 15ния привозной поваренной соли, затрат на еетранспортировку, хранение и приготовление,Кроме того, увеличивается количество сбрасываемых стоков.Наиболее близким к изобретению по техни- эоческой сущности и достигаемому результатуявляется способ регенерации слабокислотныхи полифункциональных катионитов при умягчении морской воды, заключающийся в том,что регенерацию, например, сульфоугля, произ.водят продувочной водой испарителей и/или па.ровых котлов, работающих на умягченной воде.По этому способу регенерационный раствор про.пускают через катионит по принципу противо.тока, а для предотвращения выпадения малораст.воримых солей жесткости на зернах ионита ре.генерационный раствор перед подачей в фильтрыподкисляют, переводя таким образом карбонат.ную и гидратную щелочность в бикарбонатную 2,Недостатком указанного способа является низкая степень очистки волы в процессе ее об. работки и высокая стоимость обработки. Первый из перечисленных недостатков вызван тем, что при регенерации полифункционального ка. тионита предварительно подкисленным концентратом или продувочной водой подавляется дис. социация слабокислотных функциональных групп, в результате чего они недостаточно полно восстанавливаются в процессе регенерации и ухудшают степень очистки, Второй недостаток обус. ловлен снижением рабочей обменной емкости катионита по той же причине и соответственновозрастанием капитальных затрат на катионит-.ные фильтры,Для слабокислотных катионитов регенерациипо известному способу практически не поэво.ляет восстановить их обменную способность.5Цель изобретения - повышение степени реге.- нерации и удешевление процесса за счет ловы.Шения рабочей обменной емкости катионитов,4Поставленная цель достигается предлагаемымсйособом регенерации слабокислотных и поли. 10функциональных катионитов, заключающимсяв последовательном пропускании через катионит в условиях противотока сначала 0,5 - 5%-ного раствора кислоты с удельным расходом2,5 - 4 кг/м в количестве, эквивалентном1540 - 80% содержания щелочных ионов в проду.вочной воде, используемой для регенерации азатем продувочной воды испарителей и/илипаровых котлов, работающих на умягченнойводе, 20Отличительным признаком способа являетсяпредварительное пропускание через катионитраствора кислоты, в количестве, эквивалентном40 - 80% содержания щелочных ионов в продувочной воде, используемой для регенерации,Другое отличие заключается в том, что черезкатионит пропускают 0,5 - 5%-ный раствор кис-,лоты с удельным расходом 2,5 - 4,0 кг/м,По предлагаемому способу выбор нижних иверхних интервалов значений расхода и концептрации пропускаемой кислоты зависит от качественного состава щелочных ионов в продувочнойводе. Так, в случае преобладающего содержанияв продувочной воде карбонатных ионов, чтоимеет место при низких давлениях процессаиспарения умягченной водь - до 5 кг/см, расход кислоты в процессе регенерации по предлагаемому способу составляет количество, эквивалентное 40% содержания щелочных ионов в продувочной воде, носко: ьку для перевода 2 г экв 40карбонат-ионов в бикарбонатные необходимлишь 1 гэкв ионов водорода. При давлениииспарения умягченной воды выше 5 кг/см щелочность продувочной воды состоит преимущественно из гидратныхионов, для нейтрализации1 г экв которых необходим 1 гэкв. ионоввддорода, В этом случае раствор кислоты про.йускают в количестве, эквивалентном не более80% содержания щелочных ионов в продувоч.ной воде с тем, чтобы предотвратить попадание50кислоты в продукты регенерации при дальнейшем пропускании продувочной воды и отмывочного раствора. Нижний предел концентрациираствора кислоты соответствует использованиюсерной кислоты, которая при больших Коццен.трациях может вызвать отложение гипса в ка.тионите и обусловлен тем, что чрезмерноеуменьшение концентрации кислоты связано снеоправданным расходом воды на ее прйготов. ление, Верхний предел концентрации кислотысоответствует случаю исуользования солянойкислоты и обусловлен тем, что при кощентра.циях выше 5% объем раствора кислоты будеточень мал, вследствие чего снижается времяконтакта катионита с кислотой и уменьшаетсявероятность омывания кислотой всего слоя за.грузки катионита. Удельный расход кислотыизменяется в пределах от 2,5 до 4 кг/м взависимости от совокутшости перечисленныхфакторов.Технология осуществления способа состоитв том, что в процессе регенерации через катионит пропускают сначала 0,5 - 5%-ный растворкислоты с удельным расходом 2,5 - 4 кг/м вколичестве эквивалентном 40 - 80% содержаниящелочных ионов в продувочной воде, исполь.зуемой для регенерации, а затем продувочнуюводу испарителей и/или паровых котлов, работающих на умягченной воде,Процесс пропускация кислоты продувочнойводы осуществляют по принципу противотока,При предварительном лропускации кислотыионы водорода последней хорошо замещаютионы жесткости, задержанные слобокислотнымифункциональными группами катиоцита, вследствие более высокой селективности последнихк ионам водорода, При этом частично перехо.дят в Н-форму и сильцокислотные функциоцаль.ные группы, а в продуктах регенерации содержатся в основном нейтральные соли жесткости,Проскок кислоты в отработанный раствор непроисходит, поскольку ее количество по предложенному способу це превышает общего со.держания щелочных ионов в продувочной воде,используемой для регенерации,При пропускации через катиоцит продувоч.ной воды испарителей и/или паровых котловионы натрия регенерационцого раствора хорошозамещают ионы водорода из слабокислотнойчасти катионита, так как в продувочной водесодержатся щелочные, карбоцатные и гидратныеионы и рН раствора способствует повышеннойдиссоциации слабокислотных групп, Одйовре.менно происходит вытеснение ионов жесткостии водорода из сильнокислотных функциональ.ных групп и устранение карбопатной и гидратной щелочности регенерационного раствора продувочной воды. Вытесненные непрореагировав. шие со щелочнымн ионами ионы водорода, перемещаясь дальше, регенерируют слабокислот ные функциональные группы следующих порций кап 1 онита и затем вновь вытесняются ионами натрия продувочной воды и нейтрализуются ее щелочностью, Далее катионит отмывают от, продуктов регенерации умягченной водой.По предлагаемому способу практически полностью восстанавливается обменная емкость всех функциональных групп катионита, в част.768458 При кратности упаривания умягченной воды в испарителе, равной 1 О, и давлении в испари.теле 1,2 кг/см получают 0,7 л продувочной220 воды с концентрацией щелочных ионов в ней, равноймг экв./л: СОз = 30; НСОЗ = 7, 1 ц (щелочность) = 15/37. Общее содержание25 щелочных ионов в продувочной воде составляет 37 х 0,7=26 мг экв. Для перевода карбонатной щелочности в бикарбонатную в этом случае необходимо и достаточно количество кислоты, эквивалентное 40% содержания щелочных ионов в продувочной воде, то есть 26 х 0,4 =3010,4 мг экв. При использовании раствора серсной кислоты концентрацию раствора берут равной 0,5%. Объем ее, необходимый для регенерации, составит в этом случае 0,1 л, а удельный расход кислоты будет равен 2,5 кг/м .В процессе регенерации через катионит в на 35 правлснии снизу вверх последовательно пропус. кают 0,5 Я-ный раствор серной кислоты с удельным расходом 2,5 кг/м в количестве 0,1 л, 10-кратно упаренную умягченную морскую воду со щелочностью 15/37 мг экв/л в количест.40 ве 0,7 л и затем умягченную исходную воду для отмывки фильтра в количестве 1,2 л,Способ звестный предлагаемыйПараметры 0,2 0,2 13 13 5.ности его нижних слоев, которые последнимисоприкасаются с обрабатываемой водой; в ре.зультате чего повышается степень очистки воды и используемая обменная емкость катионита,После завершения процессов регенерации иотмывки через катионит фильтруют умягченнуюводу в направлении, противоположном направлению регенерации,П р и м е р 1. Регенерируют катионитныйфильтр, загруженный сульфоуглем, с высотойзагрузки 130 см и объемом загрузки 0,2 л7истощенный после фильтрования 7,0 л умяг.чаемой воды, имеющей следующий ионный со.став,мг,экв/л: Ж (жесткость) = 2,2; М 9=2,2;Ма=211,8; НСО, =3,7; БО 4 =67,3; С =143;общее содержание солей - С 0 = 214,После завершения процесса регенерации и от.мывки через катионит в направлении сверху45вниз фильтруют умягчаемую воду,Объем сульфоугля в фильтре, м10 Концентрация регенерационного растворасолей натрия (продувочная вода),% бП р и м е р 2. При условиях регенерации,аналогичных приведенным в примере 1, упари.ванне воды в испаритсле производят при павле.нии 10 кгсм . В этом случае состав и концент2рация щелочных ионов в ней будут таковы,мг экв/л: СО, = 14; ОН = 23, Щ = 30/37.Общее содержание щелочных ионов в продувоч.ной воде составляет 37 х 0,7 = 26 мг экв.Для перевода СО в НСОз и устранения ОН 10 ионов в этом случае необходимо и достаточноколичество кислоты, эквивалентное 80 Я содер.жания щелочных ионов в продувочной воде,то есть 26 х 0,8 = 20,8 мг экв. При использовании раствора соляной кислоты концентрацию15 его необходимо взять равной 5%, посколькупри бэлее высокой концентрации объем раство.ра будет очень мал и не обеспечит достаточноравномерной и эффективной регенерации всегослоя загрузки катионита. Объем регенерацион.ного раствора 5%-нои соляной кислоты, содер.жащей 20,8 мг экв. Н.ионов, составляет 0,015 л,а удельный расход кислоты при этом равен4 кгпв м, Порядок пропускания растворов призрегенерации аналогичен приведенному в примере 1,Для сравнения на том же фильтре проводятконтрольную серию процессов регенерации иумягчения по известному способу.Сравнительные данные представлены в табли.це.Таким образом, как следует из полученных1 данных использование предлагаемого способарегенерации слабокислотных и полифункциональных катионитов в отличие от известного спосо.ба позволяет больше чем в 10 раз повыситьстепень очистки воды, в особенности при умягчении морских вод, и удешевляет процесс засчет повышения рабочей обменной емкости полифункциональных катионитов на 40-60%, аслабокислотных и более того, Достигаемая попредлагаемому способу глубина очистки водыпозволяет использовать ее для питания пароге.нераторов среднего и даже высокого давления,Экономическая эффективность от внедренияпредлагаемого способа в теплоэнергетике и ме-таллургии составит по ориентировочным расче.там не менее 120 тыс, руб. в год.768458 ельный расход продувочной 3,5 й 3/ 3 6 Удельный отмыво Рабочая обменная емкосг-экв/м тионита,4,2,2 Жесткость умягчаемой вод Остаточная жесткосп филь,мгэк та, мкг. зк Формула и бретеиия х ионовдля реген слабокислотных и поли тов путем пропускания огивотока продувочной паровых котлов, рабо. оде, о т л и ч а юцелью повышения стеевления процесса за обменной емкости ка. е предварительно про. г в количестве, эквивашиися0,5 - 5%-ныйм 2,5 - 4 кг/м 3. ртизевка. М СССРототип 4446,Г; АндрееБабурка оста вительехред Н ор М. Вигула Редактор Т. ДевяткоЗаказ 7282/59ВНИИПИ Тираж 809 осударст вени изобретений и осква, Ж.35, РПодписиСССР го комите открытийаушская на по делам 13035, М. 4/5 П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,1. Способ регенерациифункциональных катиойичерез них в условиях прводы испарителей и/илитающих на умягченной в щиися тем,что,с пени регенерации и удеш счет повышения рабочей тионитов, через последни пускают раствор кислот Продолжение таблицы лентном 40 - 80% содержания щелочньв продувочной воде, используемойг 5 рации.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ютем, что через катионит пропускаютраствор кислоты с удельным расходоИсточники информации,принятые во внимание при зкспе1. Вихрев В. Ф. и др. Водоподгото1973, с. 335-336,2. Авторское свидетельствокл, С 02 В 1/22, 19;05.41 (пр