Celem projektu jest zaprojektowanie stacji zmiękczania wody metodą wymiany jonowej w układzie kationitów słabo i silnie zasadowych połączonych szeregowo .
W układzie znajduje się kationit słabo kwaśny , który pracuje w cyklu wodorowym i regenerowany będzie za pomocą kwasu siarkowego (H2SO4) i kationit silnie kwaśny pracujący w cyklu sodowym regenerowany za pomocą chlorku sodowego ( NaCl ) .
Kationity słabo kwaśne wodorowe wymieniają kationy związane z resztami kwasowymi słabych kwasów stąd zapewniają rozkład wodorowęglanów a więc usuwanie twardości węglanowej zgodnie z reakcjami:
2KtH + Ca(HCO3)2 - Kt2Ca + 2H20 + 2C02
2KtH + Mg(HCO3)2 - Kt2Mg + 2H20 + 2C02
KtH + NaHCO3 - KtNa + H20 + C02
Woda po jonitowej dekarbonizacji zawiera CO2 i pozbawiona jest twardości węglanowej.
W celu usunięcia CO2 z wody stosuje się odgazowywacze.
Kationity silnie kwaśne pracujące w cyklu sodowym zapewniają prawie całkowitą wymianę jonów Ca2+ i Mg2+ związanych z anionami silnych i słabych kwasów, a więc usuwanie zarówno twardości węglanowej, jak i niewęglanowej. Wymiana jonowa przebiega zgodnie z poniższymi reakcjami: w cyklu sodowym
2KtNa + Ca(COH3)2 - Kt2Ca + 2NaHCO3
2KtNa + Mg(COH3)2 - Kt2Mg + 2NaHCO3
w cyklu wodorowym
2KtH + Ca(COH3)2 - Kt2Ca + 2H20 + 2C02
2KtH + Mg(COH3)2 - Kt2Mg + 2H20 + 2C02
W wyniku wymiany jonowej w cyklu sodowym lub wodorowym woda pozbawiona jest prawie wszystkich jonów oraz innych kationów w tym metali ciężkich.
Twarda woda zawiera m.in. jony soli Wapnia (Ca), Magnezu (Mg) i Żelaza (Fe). Proces zmiękczania polega na usunięciu kationów tych soli za pomocą żywic jonowymiennych. Gdy zdolność jonowymienna jonitu zostanie wyczerpana, poddawany on zostaje procesowi regeneracji za pomocą NaCl.
Zmiękczanie wody zapobiega powstawaniu kamienia w instalacjach wodnych i sprzętach gospodarstwa domowego, zapewnia tym samym wyższą jakość wody dla celów grzewczych, mycia okien, pralni. Zapewnia również lepsze funkcjonowanie takich urządzeń jak pralki, zmywarki, ekspresy, żelazka itp.
Woda bardzo twarda jak i bardzo miękka jest niesmaczna - dlatego też w przypadku zmiękczania wody spożywczej należy zastosować mieszacz wody, który zapewni podawanie wody o odpowiedniej twardości.
Wymiana jonowa Stosowana jest do usuwania z wody substancji rozpuszczonych. W zależności od rodzaju żywic jonowymiennych wymieniane są kationy lub aniony na jony ruchliwe grup funkcyjnych jonitów.
Wymianę kationów zapewniają kationity zaś anionów-anionity . Zastosowanie właściwego układu kationitów i anionitów zapewnia demineralizację wody. Wymiana jonowa w Polsce stosowana jest do oczyszczania wód przeznaczonych głównie do celów przemysłowych
(w szczególności dla energetyki) do usuwania związków powodujących twardość do odsalania bądź demineralizacji wody.
Pełny cykl pracy wymienników jonowych składa się z:
- czasu pracy użytecznej jonitu (wymiana jonowa) do punktu przebicia;
- regeneracji złoża która wymaga:
spulchniania złoża
regeneracji właściwej
płukania złoża
Długość czasu użytecznej pracy jonitu zależy przede wszystkim do roboczej zdolności wymiennej jonitu ilości wymienialnych jonów oraz przygotowania złoża do wymiany jonowej. Pomiędzy stopniem (skutecznością) zregenerowania złoża jonowymiennego a czasem jego użytecznej pracy istnieje wprost proporcjonalna zależność. Podczas wymiany jonowej oczyszczany roztwór z określoną prędkością przepływa przez złoże najczęściej w kierunku z góry na dół. Prędkość ta zależy od rodzaju jonitu i zwykle mieści się w granicach 20-60m/h. Proces wymiany jonowej trwa do momentu "przebicia złoża" tj. osiągnięcia założonego stężenia wymiennego jonu w oczyszczonym roztworze po którym złoże wyłącza się z pracy i poddaje regeneracji.
Spulchnianie złoża - czyli przeciwprądowe płukanie złoża wodą o jakości nie gorszej niż dopływająca na jonit w czasie jego pracy ma na celu rozluźnienie złoża i zniszczenie powstałych w nim kanalików usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych oraz zbyt rozdrobnionych ziaren ,a także pęcherzyków gazów wydzielonych na powierzchni ziaren.
Regeneracja właściwa jest najtrudniejszą z wymienionych czynności i jej skuteczność decyduje o przebiegu i efektach wymiany jonów w następnym cyklu. Polega ona na przywróceniu zużytemu złożu jonowymiennego pierwotnej zdolności wymiennej, a więc usunięciu z grup funkcyjnych przyłączonych w czasie wymiany przeciwjonów i wprowadzeniu na ich miejsce odpowiednich jonów ruchliwych. Uzyskuje się to przepuszczając przez regenerowane złoże roztwór czynnika regenerującego w ilości większej niż zapotrzebowanie teoretyczne. Dawka regeneranta w przypadku silnie kwaśnych kationitów i silnie zasadowych anionitów jest kilkakrotnie większa od ilości stechiometrycznej . Do regeneracji słabo kwaśnych kationitów i słabo kwaśnych anionitów stosuje się zwykle 2-5% roztworu czynnika regenerującego i jego nadmiar do 30%. W zależności od rodzajów jonów ruchliwych do regeneracji stosuje się roztwory H2SO4, NaCI.
Płukanie złoża wodą uzdatnioną (kationitów - zdekationizowaną ,a anionitów - zdeanionizowaną) ma na celu usunięcie ze złoża pozostałego czynnika regenerującego.
Do stacji dopływa 893 m3/d wody . Zapotrzebowanie na wodę na potrzeby własne stacji (na spulchnienie , na przygotowanie reagentów , płukanie końcowe ) wynosi 108,694 m3 , co stanowi 12,17 % wody dopływającej na jonity.
Dla kationitu słabo kwaśnego dobieram 5 kolumny typu 1000
( o średnicy =914 mm,Wysokości =1829 mm ) .
Dla kationitu silnie kwaśnego dobieram 4 kolumny typu 1300
( o średnicy =1067 mm, Wysokości =1981 mm ) .Twardośc węglanowa wynosi 460 mgCACO3/dm3, twardośc niewęglanowa = 215 mgCACO3/dm3, zawartośc sodu=59 mg/dm3,potasu=33,6mg/dm3. Temperatura zadana to 10* C .
POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA
I INŻYNIERII ŚRODOWISKA
PROJEKT NR 1
Z PRZEDMIOTU OGRZEWNICTWO
Radosław Baran
Gr 301 A
Rok 2005/2006
POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA
I INŻYNIERII ŚRODOWISKA
PROJEKT NR 1
Z PRZEDMIOTU
GOSPODARKA - WODNO ŚCIEKOWA 1
Radosław Baran
Gr 301 A
Rok 2005/2006