POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Rok akademicki 2012/2013

UZDATNIANIE WODY DO CELÓW PRZEMYSŁOWYCH

LABORATORIUM

SPRAWOZDANIE

Temat: Zmiękczanie.

Wykonali: Data:

Karol Lipiński 20.03.2013r.

Emilia Hołownia

Jakub Ledkiewicz

Paulina Miklińska

Michał Szkielonek

Aleksandra Sacewicz

Grupa: ZWR1

1. Wprowadzenie

Wymaganą jakość wody wykorzystywanej w przemyśle określają odpowiednie normy branżowe, które są różne w zależności od przeznaczenia wody. Jednak woda przeznaczona do celów przemysłowych powinna na ogół spełniać następujący warunek - powinna być pozbawiona twardości.

Twardość wody, powodowana przede wszystkim przez kationy wapnia i magnezu, ma bardzo istotne znaczenie dla wielu gałęzi przemysłu, zarówno dla produkcji, chłodzenia, jak i zasilania kotłów. Woda przeznaczona do celów przemysłowych powinna być jej pozbawiona, ponieważ woda twarda łatwo tworzy osady, powodując wiele niekorzystnych zjawisk, np: stopniowe zmniejszanie przepustowości przewodów, zmianę przewodności cieplnej powierzchni urządzeń pokrytych tzw. „kamieniem”, tworzenie naprężeń, które mogą doprowadzić do pękania płaszcza kotła. Proces, w którym twardość wody jest usuwana nazywany jest zmiękczaniem.

Do zmiękczania wody na jonitach stosuje się kationity silnie kwaśne pracujące w cyklu sodowym. Wymiana w tym przypadku zachodzi zgodnie z reakcjami:

2 KtNa + Ca(HCO₃)₂ → Kt₂Ca + 2 NaHCO₃

2 KtNa + Mg(HCO₃)₂ → Kt₂Mg + 2 NaHCO₃

2 KtNa + CaCl₂ → Kt₂Ca + 2 NaCl

2 KtNa + MgSO₄ → Kt₂Mg + Na₂SO₄

2 KtNa + CaSO₄ → Kt₂Ca + Na₂S0₄

Najczęściej stosowana jest równoległa wymiana wodorowo-sodowa na kationitach silnie kwaśnych, z których jeden jest regenerowany silnym kwasem i pracuje w tzw. cyklu wodorowym, a drugi regenerowany jest chlorkiem sodu i pracuje w tzw. cyklu sodowym. Na kationicie pracującym w cyklu sodowym zachodzi zmiękczanie wody według reakcji opisanych powyżej, natomiast na kationicie pracującym w cyklu wodorowym zachodzą następujące reakcje.

2 KtH + Ca(HCO₃)₂ → Kt₂Ca + 2 H₂O + 2 CO₂

2 KtH + Mg(HCO₃)₂ → Kt₂Mg + 2 H₂O + 2 CO₂

2 KtH + CaCl₂ → Kt₂Ca + 2 HCl

2 KtH + MgSO₄ → Kt₂Mg + H₂SO₄

2 KtH + CaSO₄ → Kt₂Ca + H₂S0₄

W wodzie po kationicie wodorowym pojawiają się silne kwasy mineralne, tj. kwas solny i kwas siarkowy. Ponadto powstają duże ilości dwutlenku węgla w wyniku rozkładu wodorowęglanów. Woda taka, pomimo że jest zmiękczona, nie nadaje się do wykorzystania ze względu na niski odczyn i korozyjne właściwości. Rozwiązaniem zapewniającym neutralizację i polepszenie składu uzdatnianej wody jest polaczenie wycieków z jonitu wodorowego i sodowego. Neutralizacja przebiega według następujących reakcji:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

NaHCO₃ + H₂SO₄ →Na₂SO₄ + 2 H₂O + 2 CO₂

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest ustalenie w skali laboratoryjnej warunków przebiegu procesu zmiękczania badanej wody, poprzez wymianę jonową z użyciem kationitu sodowego i wodorowego pracujących w układzie równoległym, oraz dobranie właściwego stosunku zmieszania wycieków z obydwu jonitów, aby zapewnić ich prawidłową neutralizację.

Zakres ćwiczenia obejmuje:

• Wykonanie w wodzie surowej oznaczeń w zakresie:

• pH

• twardość ogólna

• zasadowości

• kwasowości

• chlorków

• siarczanów

• CO₂ wolny.

  • Wyznaczenie stężenia anionów w wodzie surowej.

  • Wyznaczenie stosunku zmieszania wód po obydwu jonitach.

  • Sprawdzenie efektów zmiękczania przy dobranym stosunku zmieszania.

1. Wyniki badań.

Tabela 1. Wyniki oznaczeń:

Oznaczenia	Jednostki	Woda surowa	Woda po kationicie sodowym	Woda po kationicie wodorowym	Woda po zmieszaniu
pH	-	6,74	7,22	2,69	4,78
Twardość ogólna	mval/l	4,4	nw	nw	-
Zasadowość Zm	mval/l	2,9	2,8	-	0,4
Zasadowość Zp	mval/l	-	-	-	-
Kwasowość ogólna	mval/l	0,4	0,25	4,7	1,1
Kwasowość mineralna	mval/l	-		3,65
Chlorki	mval/l	159,8	159,8	159,8	159,8
Siarczyny	mval/l	114	114	114	114
Stężenie anionów	mval/l	6,9	6,9	6,9	6,9
Stosunek zmieszania	-	2/3
CO2 wolny	mg/l	11	11	233,2	52,8

Na podstawie otrzymanych wyników określono stosunek zmieszania.

$$\frac{a}{b} = \frac{M_{1} - M_{2}}{c}$$

a - część wody zmiękczona na jonicie wodorowym,

b - część wody zmiękczona na jonicie sodowym,

M1 – zasadowość ogólna wody surowej [mval/l],

M2 – zasadowość wody po mieszaniu (przyjmuje się 0,3-0,6 mval/l),

c – stężenie ogólne anionów w wodzie surowej.

$$\frac{a}{b} = \frac{2,9 - 0,45}{3,65} = 0,67 \approx \frac{2}{3}$$

$$\frac{a}{b} \approx \frac{2}{3}$$

Przyjęto wartość ilości kwasów mineralnych 3,65 mval/l jako miarodajne stężenie anionów w wodzie surowej, a nie wyliczone z ilości chlorków i siarczanów stężenie anionów w wodzie surowej 6,9 mval/l dlatego, że wyliczone stężenie anionów nie uwzględnia postaci chloru w wodzie. Z wyliczonego stosunku połączenia przyjęto połączenie 200 ml wody po jonicie wodorowym i 300 ml wody po jonicie sodowym.

1. Analiza wyników i wnioski.

Główny cel doświadczenie został osiągnięty, ponieważ twardość wody została usunięta. Zasadowość w wodzie po wymieszaniu jest bliska przyjętej do wyliczenia stosunku wymieszania M₂=0,45, wiec wymieszanie zapewniło neutralizacje i polepszenie składu wody. Niski odczyn w wodzie po wymieszaniu może wynikać ze znacznych zawartości CO₂ w wodzie po wymieszaniu, należałoby zastosować napowietrzanie wody w celu usunięcia CO₂ po wymianie jonowej na kationicie wodorowym.