Как провести деионизацию воды с помощью ионообменников напишите уравнения реакций (4 видео)

Ионообменная деионизация воды

В качестве примера технологического процесса, использующего ионный обмен, рассмотрим процесс умягчения воды.

Существует множество производств, потребляющих умягченную, обессоленную, или, как еще ее называют, деинизированную воду. При недостаточном внимании к вопросам водоподготовки присутствующие в воде различные примеси способны вызвать накипеобразование, солевые отложения и коррозию металла в аппаратуре, трактах питательной воды, трубах и т.д. С этой точки зрения особенно велика роль процесса деминерализации в теплоэнергетике. По мере повышения параметров энергетических установок значительно возрастают требования к степени деминерализации воды. Экономичность метода деминерализации определяется двумя факторами: термодинамически возможным коэффициентом полезного действия, определяемым сущностью процесса; реальным коэффициентом полезного действия, определяемым уровнем его возможной в данный момент технической реализации.

Процессы ионообменной очистки воды включают чередующиеся стадии сорбции солей ионитами и регенерации последних. В аппаратах, применяемых для ионного обмена в промышленности, протекают определенные физические процессы: гидродинамические, тепловые, диффузионные, создающие оптимальные условия для реализации собственно ионного обмена. Принципиально важно в случае ионного обмена правильно выбрать конструктивный тип ионообменного аппарата. Этот выбор определяет следующий ряд критериев:

· организация процесса (аппараты полунепрерывного, непрерывного и периодического действия);

· гидродинамический режим (аппараты с пассивным гидродинамическим режимом – аппараты вытеснения; с развитым гидродинамическим режимом – аппараты смешения; с промежуточным гидродинамическим режимом;

· состояние слоя ионита (неподвижный, движущийся, пульсирующий, перемешиваемый и циркулирующий слои);

· организация контакта взаимодействующих фаз (аппараты с непрерывным и ступенчатым контактом фаз);

· организация взаимного направления движения фаз (аппараты прямоточные, противоточные и со смешанным током);

· конструктивные типы (колонные и емкостные аппараты);

· способ подвода энергии.

Обессоливание требует применения, по меньшей мере, двух типов ионитов: катионитов для удаления катионов, превращения их в ионы водорода, и анионитов – для удаления анионов, превращения их в ионы гидроксила.

Простейшая схема ионообменного обессоливания приведена на рис.1

Как провести деионизацию воды с помощью ионообменников напишите уравнения реакций

Рис. 1.1. Простейшая одноступенчатая схема ионообменной деминерализации воды: Р – ротаметр; Н – катионитовый фильтр; А – анионитовый фильтр; Д – детектор.

Основной вопрос при проектировании такой схемы – это последовательность расположения ионитов. При решении этого вопроса исходят из условий, обеспечивающих полноту использования обменной емкости ионитов в реальных условиях, которые сводятся к значению рН раствора. Исходные природные воды, как правило, имеют значение рН = 7. При пропускании такой воды через катионит рН фильтрата станет равным примерно 3, а после анионита – 11. Это означает, что первым по ходу раствора должен быть поставлен ионит с более высокой степенью ионизации функциональных групп. Сильнокислотные катиониты весьма доступны, а высокоосновные аниониты были получены лишь в 50-тых годах, поэтому исторически пришли к выводу, что в простейшей одноступенчатой схеме первым следует катионитовый фильтр.

При деминерализации высококарбонатных вод для уменьшения нагрузки перед высокоосновным анионитом удаляют свободную углекислоту отдувом в специальном аппарате – декарбонизаторе.

Однако такие одноступенчатые схемы не могут обеспечить получения высокой степени деминерализации воды. Поэтому в промышленности используют многоступенчатые схемы. В их состав входят фильтры с высоко-и слабокислотными катионитами, с высоко- и низкоосновными анионитами, фильтры смешанного действия.

Рассмотрим более детально процесс обессоливания воды с помощью ионообменных смол. На рис.2 представлена схема двухступенчатой установки для глубокого обессоливания воды.

Рис. 2. Схема двухступенчатой установки обессоливания воды

1-ая ступень 2-ая ступень

1, 3 –катионитовый фильтр с сильнокислотным катионитом; 2 –анионитовый фильтр с слабоосновным анионитом; 4 – декарбонизатор; 5 – анионитовый фильтр с сильноосновным анионитом.

На первой ступени на сильнокислотном катионитовом и слабоосновном анионитовом фильтрах происходит частичное обессоливание, которое позволяет снизить содержание солей в воде с 200-300 до 2 –10 мг/дм 3 . На второй ступени на сильнокислотном катионитовом и сильнокислотном анионитовом фильтрах достигается солесодержание воды равное 0.1-0.2 мг/дм 3 .

Осветленная вода, поступающая на обессоливание, последовательно проходит два Н- катионитовыъх фильтра 1-ой и 2-ой ступени, где происходят следующие реакции ионного обмена:

1) соли карбонатной жесткости

2) соли некарбонатной жесткости

На анионитовых фильтрах 1 и 2 ступени и в декарбонизаторе из частично обессоленной воды удаляются растворенный в воде диоксид углерода и минеральные кислоты.

Составными частями технологического процесса являются взрыхление, регенерация и отмывка катионитовых и анионитовых фильтров.

Операция взрыхляющей промывки имеет целью устранить уплотнение слежавшейся массы ионита и тем самым обеспечить более свободный доступ регенерационного раствора к его зернам. Кроме того, из фильтра удаляются накапливающиеся в слое катионита мелкие частицы, вносимые недостаточно осветленной водой, а также образующиеся в процессе эксплуатации ионита из-за постепенного его разрушения.

По окончании процесса взрыхления в фильтры пропускают регенерационные растворы. Н-катионитовые фильтры регенерируют кислотой:

а анионитовые фильтры – раствором щелочи.

После регенерации фильтров для приведения их в рабочее состояние производят отмывку ионита от регенерирующего вещества и продуктов регенерации, оставшихся в жидкости, заполняющих поры между зернами ионита.

Содержание

Методические указания программа и контрольны (стр. 5 )
Деионизированная вода что это такое
Деионизированная вода: что это такое
Стандарты и требования к составу деионизированной воды
Деионизированная вода и дистиллированная: в чем разница
Что лучше деионизированная вода или дистиллированная вода
Сферы применения воды деионизированной
Свойства деионизированной воды
Получение деионизованной воды
📺 Видео

Видео:Реакции ионного обмена. 9 класс.Скачать

Методические указания программа и контрольны (стр. 5 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5

134. Какая зависимость используется в количественном люминесцентном анализе? Каковы достоинства и недостатки этого метода?

135. Сущность амперометрического титрования. Какие типы химических реакций используются в амперометрическом титровании?

136. В чем сущность методов хроматографии? Как классифицируют методы хроматографии по агрегатному состоянию фаз и по методике проведения эксперимента?

137. В чём сущность потенциометрического определения рН раствора? Назвать основные индикаторные электроды. Какие электроды называют электродами I и II рода?

138. Сущность метода ионообменной хроматографии. Какие неподвижные фазы используют в ионной хроматографии для разделения анионов и катионов?

139. В чем сущность метода ионообменной хроматографии? Назвать основные типы ионитов. Что называется обменной емкостью ионита? Как провести деионизацию воды с помощью ионообменников? Напишите уравнения реакций.

140. В чем сущность электрогравиметрического анализа? Достоинства и недостатки метода.

6. Таблица вариантов контрольных заданий.

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 08ООС25, две последние цифры 25, им соответствует вариант контрольного задания 25.

Видео:Реакции ионного обмена. 9 класс.Скачать

Деионизированная вода что это такое

Те, кто сталкивается с водоподготовкой исключительно на бытовом уровне, образцом чистоты считают дистиллированную воду. Действительно, перегонка проста в реализации и удаляет практически все примеси. Однако дистиллят давно не считается эталоном качества. Некоторым наукоемким отраслям производства требуется вода с более глубокой степенью очистки — деионизированная вода. В этой статье речь пойдет о ее получении, физико-химических свойствах и применении, а также поговорим, чем дистиллированная вода отличается от деионизированной.

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Деионизированная вода: что это такое

Деионизированная вода — это вода, из которой удалены все отрицательные и положительные ионы, то есть все растворенные соли. В таком состоянии она считается наиболее близкой к абсолютной химической чистоте. В теории термин «деионизация» подразумевает удаление только заряженных частиц. Например, вода, из которой убраны все растворенные соли, но остались спирты, масла и другие вещества, неспособные переносить заряд, будет считаться деионизированной. Однако на практике такая жидкость вряд ли найдет применение. Поэтому деионизированная вода для технологических целей подвергается глубокой очистке, и ее состав контролируется по широкому перечню показателей. Из нее удаляют абсолютно все примеси, в том числе незаряженные частицы любой степени дисперсности: твердые вещества, жидкости и газы, органика и биологические загрязнения.
Деионизированную воду получают при помощи ионообменных смол (катионитов и анионитов), которые поглощают примеси и заменяют их на ионы H + и OH — — диссоциированную H₂O.

Стандарты и требования к составу деионизированной воды

В России состав деионизированной воды регламентируется ОСТ 11.029.003-80. В США применялся стандарт ASTM D-5127-90, который в 2013 году был заменен на ASTM D-5127-13. Однако многие зарубежные производители оборудования для водоочистки продолжают пользоваться более старой версией стандарта при составлении ТУ по ГОСТу.

Требования к получению деионизированной воды представлены в следующей таблице.

Основной показатель качества деионизированной воды — удельное электрическое сопротивление. Чем оно выше, тем лучше степень очистки. ОСТ 11.029.003-80 разделяет деионизированную воду на три класса:

вода деионизованная марки А — ультрачистая вода с удельным сопротивлением 18 МОм × см, которая прошла несколько ступеней фильтрации, обратный осмос, стерилизацию и финишную деионизацию.

деионизированная вода класса Б — чистая вода, получаемая из очищенной путем финишной деионизации и обеззараживания.

деионизованная вода марки В — очищенная на установках промышленного класса из исходной (водопроводной, скважинной) воды.

На многих промышленных предприятиях действуют внутренние или отраслевые стандарты, которые регламентируют общее солесодержание (TDS), перманганатную окисляемость, общий (TOC) или растворенный (DOC) органический углерод или другие параметры качества воды в соответствии с ее применением.

Видео:Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. 9 класс.Скачать

Деионизированная вода и дистиллированная: в чем разница

Большинство людей, которые не имеют отношения к водоподготовке, не различают, что такое дистиллированная и деионизированная вода. Давайте разбираться.

Дистилляция — выпаривание с последующей конденсацией, или перегонка — один из наиболее древних способов обессоливания воды, освоенных человеком. Этот процесс можно наблюдать и в природе. Дождь и роса — натуральные дистилляты, которые образуются в результате атмосферных явлений. В промышленности для перегонки используется специальная установка — дистиллятор. Он состоит из двух герметичных емкостей, соединенных паропроводом: испарителя и конденсатора. В первой вода нагревается до кипения, а во второй пар охлаждается до точки росы.

Основные преимущества дистилляции — простота организации процесса и относительно невысокая стоимость оборудования. В процессе перегонки не требуется дозирования реагентов, а большинство микроорганизмов погибает при нагреве. Дистиллятор может работать в условиях лаборатории, промышленного объекта или квартиры. Бытовые установки для перегонки есть в открытой продаже.

Однако у этого метода есть ряд существенных недостатков:

Энергозатраты. Вода отличается высокой удельной теплоемкостью. Ее нагрев и испарение характеризуются высокими затратами энергии, которая затем выделяется в процессе конденсации. Для небольших установок лабораторного класса отведение тепла — не проблема. В промышленных дистилляторах нужна организация водовоздушного контура охлаждения, что делает установку громоздкой и дорогой.
Эксплуатационные затраты. На внутренних поверхностях испарителя образуются отложения. Их количество зависит от исходного солесодержания воды. Испарителю требуется регулярная промывка, иначе его КПД значительно снижается.

В отличие от дистилляции установки по получению деионизированной воды пользуются большей популярностью.

Получение деионизированной воды — это заключительная стадия многоступенчатого и сложного процесса водоподготовки. Здесь используется широкий перечень оборудования. Типовая промышленная установка для получения деионизированной воды класса А состоит из следующих элементов:

предподготовка, включающая в себя удаление механических примесей, железа и марганца;
двухступенчатого обратного осмоса;
мембранной дегазации;
электродеионизации;
обеззараживания и дожига органики интенсивным УФ излучением;
финишного получения деионизированной очищенной воды на ионообменных смолах.

Деионизированная вода — один из самых сильных растворителей и сорбентов. При контакте с любым потенциальным загрязнителем она тут же теряет свои свойства. Системы распределения и хранения готового продукта требует применения высокоочищенных инертных материалов. Емкости и трубопроводы изготавливаются из гомогенизированного (PP-H) и натурального (PP-N) полипропилена или поливинилдефторида (PVDF).

В системах раздачи организуют непрерывное обеззараживание воды. Предъявляются высокие требования к их проектированию и качеству монтажа. В системах не должно быть застойных зон. Соединение труб выполняется при помощи бесшовной сварки по технологиям BCF или IR.

Что лучше деионизированная вода или дистиллированная вода

При помощи дистилляции невозможно получить воду такого же качества, как на установках получения деионизированной воды по следующим причинам:

Пар — это не газ. Это смесь газообразной воды с мелкодисперсными каплями жидкости. В процессе кипения пузырьки пара захватывают капли жидкости с растворенными в ней минералами и переносят их в конденсатор. При медленном выпаривании дистиллята образуется сухой остаток. В установках для получения деионизированной воды его нет.
Вещества, температура кипения у которых близка к 100 °C, конденсируются в дистилляте вместе с водой. В процессе перегонки концентрация некоторых из них может даже повыситься.
Растворенные в воде газы удаляются только частично.
В отличие от деионизованной, существует также проблема вторичного загрязнения дистиллированной воды. Контакт с воздухом и тарой снижает качество дистиллята.

Видео:Чистка умягчителя воды, как проводить правильно и зачем. Регенерация ионообменной смолы.Скачать

Сферы применения воды деионизированной

Системы получения деионизированной воды используются во многих отраслях промышленности, а именно:

Деионизованная вода для микроэлектроники. В электронной отрасли деионизированная вода используется при изготовлении печатных плат, полупроводниковых элементов и интегральных микросхем, ЖК дисплеев, солнечных батарей.
Деионизированная вода для лабораторий. Многие виды исследований требуют применения чистых растворителей. Свойства деионизированной воды позволяют использовать ее в производственных, аналитических и медицинских лабораториях.
Деионизированная технологическая вода. Деионизированная вода используется в установках промышленной хроматографии, фотолитографии, гальваники, плазмохимии и других наукоемких производствах.
Деионизированная вода для системы охлаждения. Ультрачистая вода используется в замкнутых контурах теплообменных систем, где не допускается образование отложений или выделение растворенных газов.

Видео:Ионизатор воды Leveluk SD 501 platinumСкачать

Свойства деионизированной воды

Качество деионизированной воды определяется следующими показателями:

Удельное электрическое сопротивление деионизованной воды. Этот показатель измеряется кондуктометром. Для контроля сопротивления деионизированной воды нужны высокоточные приборы с электродами из определенных материалов. Обычно кондуктометры встраиваются в установки для очистки.
Общий органический углерод. Этот показатель важен для деионизированной воды, которая применяется в фармакологии и теплоэнергетике. Наиболее жесткие требования к содержанию общего органического углерода (1 — 2 мкг/дм3) предъявляют предприятия микроэлектроники.
Водородный показатель pH. Его значение должно быть равно 7. Однако из-за низкой электропроводности деионизированной воды его сложно измерить. Водородный показатель быстро изменяется при контакте с воздухом из-за поглощения углекислого газа и за несколько минут может снизиться с 7 до 4,5.
Коллоидные соединения. Главный источник коллоидных соединений в деионизированной воде — оксид кремния. Превышение норм по силикатам снижает качество полупроводников и чипов на основе кремния. Поэтому его содержание в воде для микроэлектроники нужно отслеживать постоянно.
Соединения бора. Бораты используются в технологических процессах при производстве полупроводниковых компонентов. Однако их наличие в воде для промывки пластин кремния не допускается.

Видео:Принцип очистки воды и её ионизацииСкачать

Получение деионизованной воды

Комплектация установки для получения деионизированной воды выбирается по ее исходному составу и требованиям к составу конечного продукту. Узнать подробнее, что такое деионизованная вода и купить оборудование для деионизированной воды от производителя вы можете у наших специалистов.

Наша компания занимается комплектацией и поставкой установок для получения деионизированной воды классов А, Б и В. Мы работаем с заказчиками из всех регионов России. Сотрудники нашей компании оказывают помощь в монтаже и обслуживании систем водоподготовки, дают гарантии на все оборудование. Чтобы получить наглядное представление о качестве нашей работы, перейдите в галерею реализованных проектов. Для получения технических консультаций по системам очистки деионизированной воды обратитесь к инженеру компании в онлайн-чате или позвоните по контактному телефону 8-499-391-39-59.