ĆWICZENIE 3

1. Twardość wody

Miara zawartości jonów wapnia i magnezu.

Poza nimi powodują ją również jony: żelaza, glinu, manganu oraz kationy metali ciężkich.

Z uwagi na dominującą rolę kationów wapnia i magnezu rozróżnia się twardość wapniową i magnezową.

Ze względu na rodzaj anionów towarzyszących tym kationów, twardość ogólna jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej.

1. Zasadowość- wywoływanie.

-węglany i wodorowęglany

-wodorotlenki

-występujące w mniejszych stężeniach krzemiany, borany, fosforany, amoniak

-zasadowe związki organiczne

-sole hydrolizujące z odczynem zasadowym

1. Kwasowość wody

Zdolność do zobojętniania dodawanych do niej mocnych zasad wobec umownych wskaźników. Rozróżnia się dwa rodzaje kwasowości:

---mineralna (ilościowy wskaźnik zawartości mocnych kwasów, oznaczany przez miareczkowanie próbki mocną zasadą o pH=4),

---ogólną (jest ilościowym wskaźnikiem zawartości mocnych kwasów i soli mocnych kwasów i słabych zasad oznaczanym przez miareczkowanie próbki mocną zasadą do pH=8,3)

1. Czym jest wywołana kwasowość wody?

-dwutlenkiem węgla w niej zawartym

-słabymi kwasami organicznymi (kwasami humusowymi)

-solami ulegającymi w wodzie hydrolizie z odczynem kwasowym

-substancjami dodawanymi w procesie uzdatniania

-zanieczyszczeniami ściekowymi

1. Wody naturalne. Woda występująca w przyrodzie stanowi wodny roztwór substancji nieorganicznych i organicznych, jak również zawiera koloidy i zawiesiny. Substancje znajdujące się w wodzie są pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego.

2. Podział jonitów.

Ze względu na rodzaj wymienianych jonów dzieli się na:

+++kationity (wymieniające kationy)

+++anionity(wymieniające aniony),

+++bipolarne,

+++amfolity

Ze względu na pochodzenie:

:::naturalne,

:::syntetyczne

Ze względu na rodzaj makrocząsteczki:

>>> organiczne,

>>> nieorganiczne

1. Podział kationitów i anionitów.

Kationity:

-ze względu na stopień dysocjacji: obojętne lub słabo kwaśne, silnie kwaśne

-ze względu na rodzaj jonu ruchliwego: pracujące w cyklu sodowym, wodorowym, lub zarówno w sodowym jak i wodorowym

Anionity:

-ze względu na stopień dysocjacji: słabo zasadowe, silnie zasadowe

-ze względu na rodzaj jonu ruchliwego: pracujące w cyklu wodorotlenowym, chlorkowym oraz wodorotlenowym i chlorkowym

1. Co to są jonity

Substancje praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, które wymieniają z roztworu elektrolity dodatnio lub ujemnie naładowane jony, na równoważne ilości jednoimiennych jonów wchodzących w skład jonitów.

1. Skład jonitu.

Jonity składają się z obojętnej makrocząsteczki oraz

grup funkcyjnych zawierających jony ruchliwe i zdolnych do dysocjacji elektrolitycznej

1. Cykl pracy jonitu.

Pełny cykl pracy wymienników jonowych składa się z:

-czasu pracy użytecznej jonitu (wymiana jonowa) do punktu przebicia;

-regeneracji złoża, która wymaga:

1)spulchniania złoża,

2)regeneracji właściwej,

3)płukania złoża

1. Przebicie złoża.

Polega na osiągnięciu założonego stężenia wymienianego jonu w oczyszczonym roztworze, po którym złoże wyłącza się z pracy i poddaje regeneracji.

1. . Wymiana jonowa to proces polegający na wymianie jonów pomiędzy jonitami a jonami występującymi w otaczającym je roztworze. Proces wymiany jonowej stosuje się do usuwania z wody substancji rozpuszczonych.

13.Proces wymiany jonowej- co obejmuje. .

Pełny proces wymiany jonów między jonitem a otaczającym go roztworem zachodzi w pięciu

fazach:

 przemieszczanie się jonu z głębi roztworu do powierzchni jonitu,

 przemieszczanie się jonu wewnątrz ziarna jonitu do grupy jonowymiennej,

 chemiczna reakcja podwójnej wymiany,

 przemieszczenie się wymienionego jonu z głębi ziarna w kierunku jego powierzchni,

 przejście wymienionego jonu z powierzchni ziarna do roztworu.

1. Potencjał międzyfazowy.

Potencjał międzyfazowy Donnana jest to różnica potencjałów elektrycznych w fazie jonitu i w fazie zewnętrznego roztworu

1. Na czym polega proces wymiany jonowej.

Proces wymiany jonowej polega na wymianie jonów związanych z żywicą jonowymienną na jony znajdujace się w otaczającym go roztworze.

15.Reakcja wymiany. Proces wymiany jonowej można przedstawić schematycznie za pomocą równań:

                                              
gdzie:

Kt– szkielet kationitu; An– szkielet anionitu;  – wymieniane kationy;  – wymieniane aniony; M₁, M₂ – centra aktywne kationitu zawierające jony wymienialne; A₁, A₂ – centra aktywne anionitu zawierające jony wymienialne.

1. Zdolność wymienna.

Zdolność wymienna jonitu jest głównym parametrem charakteryzującym chemiczne właściwości jonitu oraz jego przydatność w oczyszczaniu wody.

Określa ilość miligramorównoważników wymienianych przeciwjonów na jednostkę masy lub objętości wymieniacza jonowego.

Wartość zwiększa się wraz ze wzrostem liczby grup funkcyjnych, a zmniejsza się wraz ze stopniem usieciowania szkieletu jonitu.

1. Selektywność.

Jest to wybiórcza wymiana danego przeciwjonu w obecności innych przeciwjonów. Polega ona na tym, iż stosunek ilościowy dwóch rodzajów wymienianych jonów po osiągnięciu stanu równowagi jest inny w wymieniaczu niż w roztworze.

1. Co określa selektywność.

Określa wartość współczynnika selektywności lub separacji

1. Wpływ substancji na wymianę jonową.

2. Zmiękczanie wody.

W zależności od wymaganego stopnia zmniejszenia twardości wody oraz rodzaju usuwanej twardości stosuje się wymianę jonową:

a)w cyklu wodorowym na kationach słabo kwaśnych – usuwanie twardości węglanowej

b)w cyklu sodowym lub wodorowym na kationitach silnie kwaśnych – usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej

c)w cyklu wodorowym i cyklu sodowym – usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej

d)w cyklu wodorowym, kationit słabo kwaśny – dekarbonizacja + kationit silnie kwaśny – usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej

e)dekarbonizacja i dekationizacja na kationicie silnie kwaśnym pracującym w cyklu chlorkowym.

1. Pęcznienie.

Spowodowane jest dyfuzją wody w głąb przestrzennej struktury jonitów. Jest ono tym większe, im więcej grup jonowymiennych zawiera jonit i większy jest stopień dysocjacji i hydratacji tych grup, mniejsza jest wartościowość przeciwjonów i stopień ich hydratacji oraz mniejsze stężenie roztworu otaczającego jonit. Pęcznienie jonitu decyduje o ruchliwości jonów, a więc szybkości wymiany jonowej.

30.Spulchnianie i płukanie jonitu 

Spulchnianie – 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 ziarn, a także pęcherzyków gazów wydzielonych na powierzchni ziaren.

Płukanie – ma na celu usunięcie ze złoża pozostałego czynnika regenerującego. Prędkość płukania wynosi 10m/h zaś czas tej operacji ok. 20-30 minut.

Wpływ pH na anionity silnie i słabo zasadowe.

W przypadku silnie zasadowych anionitów wpływ pH jest niewielki, natomiast anionity słabo zasadowe w środowisku alkaicznym nie ulegaja dysocjacji. Anionity słabo zasadowe SA zjonizowane przy pH <7

24.Reakcje wymiany jonowej na kationitach silnie kwasowych pracujących w cyklu sodowym 

25.Schemat technologiczny wymiany jonowej z twardością nieweglanową. 

Schemat technologiczny wymiany jonowej z twardością niewęglanową

1. 
   Co to jest przebicie złoża?

Polega na osiągnięciu założonego stężenia wymienianego jonu w oczyszczonym roztworze, po którym złoże wyłącza się z pracy i poddaje regeneracji.

27. Uzasadnij dlaczego po zastosowaniu kationitu silnie kwasowego wzrasta kwasowość mineralna a maleje zasadowość
28.opisać najlepszy układ technologiczny do usuwania twardości węglanowej wraz z rekcjami 

32.Właściwości fizyczne i chemiczne jonitu

33. Reakcje na kationicie sodowym i opisać filtrat ( to co przejdzie przez kationit)

35. Rodzaje zasadowości, jednostka i od czego zależy

 

              Zasadowość określa ilość jonów wodorowęglanowych, węglanowych, wodorotlenowych i innych posiadających zdolność wiązania jonów wodorowych. W celu jej wyznaczenia miareczkuje się próby wody lub ścieków roztworem mocnego kwasu w obecności odpowiednich wskaźników.

 

Rozróżnia się dwa rodzaje zasadowości:

•         Mineralna(gdy pH wody lub ścieków jest większe od 8,3)- spowodowana jest przez występowanie jonów wodorotlenowych i węglanowych w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie silnym kwasem w obecności fenoloftaleiny do pH 8,3.

•         Ogólna (gdy pH wody lub ścieków jest większe od 4,5)- spowodowana jest przez występowanie jonów wodorotlenowych, wodorowęglanowych i węglanowych w badanej próbie. Wyznacza się ją przez miareczkowanie silnym kwasem w obecności oranżu metylowego do pH 4,5.

38. Charakterystyka odcieku po zmiękczaniu na kationicie bardzo kwaśnym i coś tam twardością węglanową

39. Budowa jonitu

Struktura przestrzenna, wymiar i liczba kanalików decydują o tym, czy proces wymiany jonowej przebiega wewnątrz czy na powierzchni ziarn jonitów, czy też ma charakter mieszany. Szkielet wymieniaczy powinien mieć taką budowę, by równocześnie zachodziła dyfuzja przeciwjonów do wnętrza jonitów oraz jonów ruchliwych do oczyszczonego roztworu.

41. wpływ pH na silnie kwaśne kationity.

Są one skuteczne w szerokim zakresie pH, gdyż grupy sulfonowe są zjonizowane w zakresie pH=1-14.

43. Co to jest czas użytecznej pracy jonitu i od czego zależy

Zależy przede wszystkim od roboczej zdolności wymiennej jonitu, ilości wymienianych jonów oraz przygotowania złoża do wymiany jonowej. Pomiędzy stopniej 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 zależy od rodzaju jonitu i zwykle mieści się w granicach 20-60 m/h. Proces wymiany jonowej trwa do momentu przebicia złoża

44. Jaka będzie jakość wody w odcieku pochodzącego z kationitu słabo kwaśnego w cyklu wodorowym jeżeli woda surowa miała wysoką twardość węglanową:)

Woda po reakcjach jest pozbawiona twardości węglanowej, więc zapewne wysoka jakość

47.Rodzaje twardości,jednostki

Rodzaje: magnezowa, niewęglanowa, ogólna, szczątkowa, wapniowa, węglanowa

Jednostki: val/m³

48Całkowita zdolnosc wymienna oznacza liczbe milimoli jonów, które

w najkorzystniejszych warunkach procesu wymiany moga byc wymienione na

inne jony przez jednostke masy lub objetosci jonitu.

49Całkowita zdolnosc robocza jest wartoscia praktycznie u_yteczna, zawsze

mniejsza od całkowitej zdolnosci wymiennej, charakterystyczna dla danego

procesu wymiany i zale_na od ste_enia roztworu, rodzaju jonów, temperatury,

czasu kontaktu roztworu z jonitem.

50Jakiego kationitu użyjesz do usunięcia twardości nie węglanowej (reakcje) i dlaczego?

ZADANIA

Obliczyc objętość:

1.Obliczyć objętość wycieku ( były podane jakieś dane: kwasowość mineralna=1,4 mval/ cm3, zasadowość= 1,6 mval/cm3) 

obliczy objetosc wycieku (kwasowosc 7mval/dm3), zasadowosc 1,4mval/dm3, objetosc 1dm3

2. Obliczyć objętość wycieku kationitu sodowego o zasadowości mineralnej 8 mval/dm3 gdy kwasowość kationitu wodorowego wynosi 0,002 val/dm3 przy objętości 4 dm3. Coś w tym rodzaju

3. podany odciek 1m3, zasadowość 1,4 , kwasowość 7, obliczyć objętość drugiego odcieku, jakoś tak

Prędkośc

1 Obliczyć prędkość kiedy promień wynosi a przepływ 0,05 m3/min.

V=0,05/π

2. Obliczyć prędkość, był podany promień i wydatek (trzeba było zmienić jednostkę z dm3/min na m3/h )

Patrzac na jednostki wystarczy zapewne pomnożyć pole przekroju x wydatek

Stężenie.

1.Zadanie jakie stężenie Mg jeżeli Ca wynosi X mg/dm3, a zasadowość ogólna X mval/dm3

2. Obliczyć stężenie Mg gdy stężenie Ca wynosi 60 mval/dm3

Zasadowość

1. policzyć zasadowość kiedy twardość ogólna to 10 mval/dm3 a twardość niewęglanowa 4mval/dm3.

Prawdopodobnie zasadowość = twardość ogólna – niewęglanowa = 6mval/dm³

Twardość

1.twardosc ogólna =11 ,stężenie jonów wapnia, obliczyć stężenie jonów magnezu podane masy cząsteczkowe wapnia i magnezu

2. Obliczyć twardość Mg= 60 mg/dm3

3.obliczyć twardość magnezową Mg2+=70(nie pamiętam jednostki)