Спосіб приготування ультрапрісної води, збагаченої іонами водню h+

1. Спосіб приготування ультрапрісної води, збагаченої іонами водню H+, що включає фільтру 3 26223 доліки аноліта значно знижують його споживчі якості й обмежують зону застосування. Особливо слід зазначити, що аноліти, отримані на вищевказаних установках з різних регіонів і джерел, будуть мати відповідно й різний вміст домішок. Таким чином, отримати певну кількість аноліта з однаковими властивостями, використовуючи при цьому воду з різних джерел, практично неможливо. Цей факт так само знижує споживчі якості отриманого продукту й обмежує зону його застосування. Аноліти, отримані на установках електрохімічної активації мають показник іонів водню рН, який коливається в широкому інтервалі - 5,0...2,0, що практично збігається з величиною рН, визначену нами як задачу. Цей факт дає нам підставу обрати описаний аноліт прототипом: фізико-хімічна суть цих речовин одна - вони представляють певну водну субстанцію з високою концентрацією катіонів, з тією лише різницею, що «представництво» катіонів в ультрапрісній воді, що заявляється, здійснюється переважно іонами водню Н + (внаслідок її низької мінералізації), у той час як в анолітах, окрім протонів водню, присутня ще й велика кількість домішок у вигляді іонів різних речовин і механічних часток (від електродів), в наслідок чого аноліти практично не бувають ультрапрісними. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є спосіб, відповідно до якого природну воду фільтрують через шар активованого вугілля, потім відфільтровану воду очищують від тонких зависей на патронному фільтрі з діаметром пор 5мкм, вводять речовини, іони яких мають негативні гідратаційні постійні, наприклад, йодид або хлорид амонію, в кількості 0,4-1,2ммоль/дм 3, після чого здійснюють двостадійне зворотноосмотичне знесолення води [див. заявку Російської Федерації №96113550 на винахід]. Даний спосіб обрано прототипом. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - фільтрування води через шар активованого вугілля; - обробка відфільтрованої води хімічним реагентом. Але в способі за прототипом неможливо регулювати рН за заданою величиною. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб приготування ультрапрісної води, збагаченої іонами водню Н+, рН якої коливався б у межах 6,5...2,0 в залежності від вимог споживача. Склад такої води не повинен містить кислотних залишків (спряжених основ кислот), або їх присутність повинна бути зведена до мінімуму. Поставлена задача вирішена в способі приготування ультрапрісної води, збагаченої іонами водню Н +, що передбачає фільтрування води через шар активованого вугілля та наступну обробку її хімічним реагентом, при якому у воду вводять лимонну або соляну кислоту, після чого підкислену воду піддають дистилюванню і фільтруванню, при цьому лимонну кислоту вводять в кількості 1,06,0г/л, а соляну кислоту - 0,2-0,5мл/л. Для досягнення зазначеної мети, а саме для одержання ультрапрісної води, збагаченої іонами 4 водню Н +, показник іонів водню рН який коливався б у межах 6,5...2,0, нами пропонується спосіб, який полягає в тому, що воду з підвищеною концентрацією іонів водню Н + отримують з водних розчинів з кислою реакцією, наприклад, за допомогою описаної нижче установки, дослідний зразок якої нами був виготовлений і експлуатується тривалий час. Установка зображена на кресленні. Установка містить парогенератор 1 ємністю вісім літрів і конденсатор пари 2 (холодильник) у вигляді циліндричної посудини об'ємом три літри, яка розташована у ємності 3, заповненій охолоджувальною рідиною 4, наприклад, водою. Парогенератор 1 забезпечений запобіжним клапаном 5 і отвором для заправлення 6 і нагрівається полум'ям пальника 7 потужністю 4кВт. Конструктивна особливість установки полягає в тому, що парогенератор 1 і конденсатор пари 2 установлені на різних рівнях по висоті (на малюнку ця відстань умовно позначена буквою hx, що вказує висоту відбирання пари при дистилюванні). Парогенератор 1 і конденсатор 2 сполучені вертикальним трубопроводом 8 діаметром 15-18мм. Ці вузли установки виготовлені з нержавіючої сталі. Таке технічне рішення, а саме розташування парогенератора й конденсатора на різних рівнях по висоті, надає переважну можливість іонам і молекулам, утворюючим воду - Н2О, Н+ і ОН-, переміщатися з парогенератора в конденсатор, а з останнього по трубопроводу 10 у накопичувальну ємність 9. Інші речовини, які звичайно присутні у воді у вигляді домішок, або внесені нами в процесі підготовки розчину (недисоційовані молекули кислот і кислотних залишків), до конденсатора не потрапляють внаслідок віддаленості його від парогенератора на значну висоту h x. Цей факт пояснюється тим, що атомна маса речовиндомішок присутніх у воді й водяних розчинах значно важче іонів і молекул, що утворюють воду, і кінетичної енергії, яку набувають важкі частки (домішки) в процесі кипіння й паровидалення, виявляється недостатньо, щоб вони, переборюючи гравітацію, піднялися з поверхні киплячого розчину й переміститися по трубопроводу 8 у конденсатор 2, який встановлено на задану висоту. Відомо, що при кипінні водних розчинів середня кінетична енергія всіх часток у розчині однакова. Отже, всі частки, в тому числі й нелетучі (але лише частково), мають достатню кінетичну енергію, щоб покинути розчин. Однак не всі частки, що покинули розчин, продовжують рух з однаковою швидкістю й рівномірно розподіляються по всьому шляху від парогенератора до конденсатора. Так, наприклад, рівноважний тиск пар води при температурі 100°С складає 760мм.рт.ст., що обумовлює можливість їх підйому по вертикальному тр убопроводу на висоту до 10м. Інші частки, що присутні в розчині і є більш важкими, можуть переміститися по вертикальному трубопроводу на меншу висоту, наприклад h1...n, яка перебуває у зворотній залежності від маси частки m 1...n, де n - кількість компонентів - індивідуальних речовин, що присутні у вихідному розчині у вигляді іонів і молекул. Для визначення відстані hx - висоти, на яку може піднятися компонент - частка індивідуальної 5 26223 речовини, що присутня у водному розчині, варто скористатися визначенням, що випливає із закону про тяжіння: висота водяної пари HH2 O , що відповідає рівноважному тиску пар води при температурі 100°С, так відноситься до відстані hx, на яке можуть піднятися гідратовані іони і молекули, які присутні у водному розчині і мають масу m х, як зазначена маса речовини відноситься до молекулярної маси води mH 2O . Викладене вище призводить до наступного HH O mx 2 вираження: (1). = hx mH O 2 Це ж вираження може бути отримане із співвідношення парціального тиску водяної пари PH O , що відповідає рівноважному тиску пар води 2 при температурі 100°С, і парціального тиску Рх, наприклад, найбільш легкого з компонентів дистилюємого розчину, тому що h x = f (PH2O , Px ) . Використовуючи зазначене вираження (1), ми можемо визначити величину hx – висоту відбору пар з вертикальної труби, що з'єднує парогенератор і конденсатор, для їх конденсації з передбачуваною кількістю тих або інших компонентів розчину. Для наочності атомні й молекулярні маси речовин, що перебувають у використовуваних нами водних розчинах, ми наводимо в Таблиці 1. Як бачимо, частки домішок і гідроксильний іон ОН - в 2 і більше рази важче молекул води Н 2О і катіонів Н3О+, що й надає останнім можливість переміщатися переважно з парогенератора в конденсатор при дистилюванні розчинів, що й надає можливості одержання води, збагаченої іонами водню Н+. Аналізуючи принцип дії описаної установки для дистилювання й відзначене вище, легко дійти висновку: чим нижче показник іонів водню рН робочого розчину, тим нижче рН фільтрату, отриманого в процесі дистилювання підкисленого водного розчину. Але представлені вище доводи дозволяють оцінити співвідношення рН вихідного розчину і рН фільтрату лише на якісному рівні. Більш точні данні нам вдалося отримати в результаті проведених експериментів на описаній дистиляційній установці. При проектуванні експериментальної установки для отримання води, збагаченої іонами водню Н+, в якості значення маси m х ми вибрали середнє значення декількох найбільш легких іонів, що мають близьку масу: ОН-, Na+, К+, Са2+, Mg2+ та Сl-. Для практичних цілей такий підхід цілковито виправданий: більше важкі частки (SO4- CO32-, НСО3-, спряжена основа лимонної кислоти) до розрахунку можуть не прийматися, тому що висота їх підйому значно менше, ніж в інших іонів, і в якості домішки в дистиляті вони присутні у незначній кількості. 6 Середня маса зазначених п'яти гідратованих іонів становить 50,383моля. Далі, використовуючи вираження (1), ми одержали величину hx=3,77м, тобто значення висоти, на яку необхідно віддалити конденсатор пари від парогенератора для отримання конденсату з мінімальною кількістю речовин-домішок, що були взяті нами до уваги при розрахунку величини hx. Для проведення експериментів готували водні розчини з підвищеною кислотністю. Для цього брали воду господарсько-питного призначення, або дистильовану, до неї додавали лимонну кислоту в кількості від 1 до 6г/л або соляну від 0,20,5мл/л. Парогенератор заповнювали одним із зазначених водних розчинів, нагрівали до температури 100°С і витримували при такій температурі до кінця процесу дистилювання. Пару конденсували в холодильній камері охолоджуваною зовні водою, яка мала температуру 14-25°С. Дистилят по трубопроводу 10 збирали у накопичувальну ємність 9, водночас пропускаючи його через шар активованого вугілля 11 для усунення можливого характерного присмаку, властивого отриманому в металевому дистиляторі дистиляту. Сконденсована рідина являла собою ультрапрісну воду із загальним солевмістом 8-25мг/л з підвищеною концентрацією іонів водню Н+ (рН=6...3). Залишок дистилюємої рідини (20-30% від початкового об'єму) являє собою рідину з високою концентрацією домішок і високим рН=9...12 і йде на зливання. Властивості конденсованої рідини вивчали на тому ж устаткуванні й такими ж методами, що застосовувалися при вивчанні властивостей води, обробленої на зворотноосмотичній установці. Результати вимірів досліджених рідин наведені в Таблиці 2. Наведені в Таблиці 2 дані про властивості отриманої води свідчать про високу ефективність і результативність дистилятора з віддаленим від парогенератора холодильником на висоту hx=3,77м при використанні його для одержання води, збагаченої іонами водню Н+ з води господарсько-питного призначення (а так само і дистильованої з рН