Спосіб переробки сольових розчинів, що утворюються при регенерації натрійкатіонітових фільтрів

Реферат: Спосіб переробки сольових розчинів, що утворюються при регенерації натрійкатіонітових фільтрів, шляхом осадження солей жорсткості содою і випаровуванням зм'якшеного розчину. Осадження солей жорсткості ведуть при температурі 85-105 °C, сольовий розчин після видалення з нього осаду у вигляді солей жорсткості кальцію і магнію і обробки соляною кислотою до нейтральної величини рН знову використовують для регенерації натрійкатіонітових фільтрів, а кількість карбонату натрію, яка необхідна для практично повного видалення солей жорсткості з содового розчину, розраховують за рівнянням: Д  53 С1 С С С  53 1 3  53 1 (1  С3 ), г / дм3 , С2 С2 С2 де: 3 Д - доза технічної соди, яка потрібна для осадження солей жорсткості, г/дм ; 3 С1 - загальна жорсткість сольового розчину, г-екв./дм ; С2 - вміст вуглекислого натрію в технічній соді, частки (%/100); С3 - вміст їдкого натру в технічній соді, частки (%/100); 53 - грам-еквівалент соди. UA 86616 U (12) UA 86616 U UA 86616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до області переробки сольових розчинів, що утворюються в процесі регенерації катіонітових фільтрів, що забезпечують видалення солей жорсткості 2+ 2+ (катіонів Са і Mg ) в технології водопідготовки, де застосовують 8-10 %-ні розчини хлориду натрію, які в процесі регенерації дещо розбавляються водою, насичуються катіонами кальцію і магнію, а після регенерації скидаються в поверхневі водойми або піддаються випаровуванню з вивозом сольових шламів у відвал. Для отримання вказаних розчинів кондиційного хлориду натрію необхідно заздалегідь видалити з них солі жорсткості. Відомий [1] спосіб обробки регенераційного розчину хлористого натрію зм'якшуванням його реагентами-осаджувачами, освітленням і електродіалізом. За способом, описаним в [2], для видалення солей жорсткості регенераційний розчин обробляють вапном і содою з видаленням твердої фази, яка утворилася. Для повного видалення солей кальцію і магнію застосовують також обробку сольових розчинів гідроксидом натрію і содою [3]. З метою поліпшення фільтраційних властивостей осаду, що утворюється в процесі реагентної обробки сольових розчинів і являє собою, в основному, карбонат кальцію і гідроксид магнію, до суспензії перед фільтрацією додають алюмінієвий коагулянт, в якості якого використовують природні алюмінію [4]. Фільтраційні властивості осаду поліпшуються також за рахунок збільшення в суспензію затравки, за яку якої можна використати осад, що утворюється в результаті обробки сольового розчину гідроксидом натрію і содою, заздалегідь висушений при температурі 80-90 °C в кількості 3 0,02-1,6 кг/м [5]. До запропонованої корисної моделі найбільш близьким аналогом є спосіб переробки відпрацьованих регенераційних розчинів, який полягає в обробці їх карбонатом натрію при кімнатній температурі, в інтервалі рН 7,5-8,5 [6]. Це забезпечує осадження з регенераційних розчинів розчиненого кальцію у вигляді карбонату кальцію і магнію в карбонат магнію. Далі з обробленого карбонатом натрію розчину видаляють осад, а отриманий сольовий розчин повертають на стадію регенерації натрійкатіонітових фільтрів. Описаний спосіб не забезпечує повного видалення із сольових регенераційних розчинів солей магнію. Залишковий вміст магнію в регенераційному розчині після обробки його при кімнатній температурі карбонатом натрію, порівняно високий, внаслідок значної розчинності . -2 карбонату магнію у воді (4,3 10 г на 100 мл води). При обробці сольових розчинів по описаному способу, розчинений в них карбонат магнію потраплятиме в хлорид натрію, що виділяється при випаровуванні, погіршуючи її якість і утруднюючи області подальшого її використання. В разі повторного використання, оброблених описаним вище способом регенераційних розчинів на стадії регенерації натрійкатіонітових фільтрів, степінь відновлення їх обмінної ємності буде понижений за рахунок присутності в регенераційному розчині солей магнію і водорозчинних солей кальцію, наприклад, гідрокарбонату. Істотним недоліком вище описаного способу обробки регенераційних розчинів є також те, що карбонати кальцію і магнію, які утворюються в процесі такої обробки, мають досить низькі фільтраційні властивості (див. приклад 4). У запропонованому способі переробки сольових розчинів хлориду натрію з сольових розчинів, що утворюються в процесі регенерації катіонітових фільтрів, осадження солей жорсткості проводять кристалічним карбонатом натрію або його розчином. Осад, що виділився, видаляють фільтрацією, а отриманий сольовий розчин упарюють з виділенням з нього кристалічного хлориду натрію або з отриманням розчину з концентрацією солі, що дозволяє після корегування рН, повернути його на стадію регенерації натрійкатіонітових фільтрів. Відмінною ознакою запропонованого способу є те, що осадження сполук кальцію і магнію проводять при температурі 85-105 °C. При кімнатній температурі карбонат натрію взаємодіє з іонами кальцію і магнію по рівняннях (І-ІІ): 2+ + Са + Na2CO3=2 Na + СаСО3 2 + Mg +Na2CO3=2 Na + MgCO3 55 (І) (II) Карбонат кальцію, що утворюється, практично нерозчинний у воді і повністю виділяється в осад. Карбонат магнію в розчині присутній в значних кількостях у зв'язку із значною його . 2 . -3 розчинністю у воді в порівнянні з розчинністю карбонату кальцію (4,3 10- г проти 1,3 10 на 100 мл води). Підвищення температури обробки регенераційного розчину карбонатом натрію до 85105 °C сприяє протіканню реакцій гідролізу карбонату магнію по рівнянню (III): 1 UA 86616 U MgCO3 + Н2О = Mg(OH)2 + СО2 (III) а також розкладанню бікарбонату кальцію, якій присутній у воді, по рівнянню (IV): Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2 5 10 15 20 25 (IV) В результаті, в осад виділяються практично всі з'єднання магнію і кальцію - магнієві солі у . -4 вигляді дуже низькорозчинного гідроксиду магнію (9,0 10 г на 100 г води), а кальцієві - у вигляді . -3 карбонату кальцію (розчинність 1,3 10 г на 100 г води). Вміст солей жорсткості в сольовому 3 розчині після вказаної обробки не перевищує 3,0 мг-екв/дм . Для визначення кількості соди (технічної), необхідної для повного осадження солей жорсткості сольового регенераційного розчину, нами запропонована наступна формула (V): С С С С Д  53 1  53 1 3  53 1 (1  С3 ),г / дм3 С2 С2 С2 , де: Д - доза технічної соди, яка потрібна для осадження солей жорсткості, г/дм 3; С1 - загальна жорсткість сольового розчину, г-екв./дм3; С2 - вміст вуглекислого натрію в технічній соді, частки (%/100); С3 - вміст їдкого натру в технічній соді, частки (%/100); 53 - грам-еквівалент соди. Для досягнення практично повного осадження солей жорсткості сольового розчину до розрахованої кількості технічної соди необхідно додати її надлишок у кількості 1,5-3,0 %. Запропонована корисна модель дозволяє підвищити степінь осадження солей жорсткості, збільшити швидкість фільтрування осаду, що утворився в процесі осідання і скоротити тривалість процесу Отриманий з обробленого запропонованим способом і відфільтрованого від осаду сольового розчину хлорид натрію містить значно меншу кількість солей жорсткості (кальцію і магнію), ніж хлорид натрію, який отримується із сольових розчинів, оброблених за найближчим аналогом, і відповідає за якістю першому сорту на сіль кухонну за ДСТУ 3583-97 та ГОСТ 13830-97 (таблиця). Таблиця Порівняльна характеристика солей після регенерації натрійкатіонітових фільтрів Показники Норма солі за ДСТУ 3583 (ГОСТ 13830) І сорт II сорт Сіль, яка отримана з регенераційного розчину За найближчим За пропонованим аналогом способом Вміст хлоридів (у перерахунку на хлористий 97,7 не менше 97 91,7 натрій), % Вміст нерозчинних у воді не більш не більш до 1,0 речовин, % 0,45 0,85 2+ Вміст кальцію (Са ), % 0,5 0,65 0,02 2+ Вміст магнію (Mg ), % 0,1 0,25 0,38 2Вміст сульфатів (SO4) , % 1,2 1,5 не визнач. Вологість солі, % 0,25-5,0 0,25-6,0 30 35 99,5-99,9 відсутній 0,001-0,002 0,01-0,02 не визнач. Запропонований режим обробки сольових розчинів забезпечує також утворення осадів, що мають високі фільтраційні властивості. Швидкість фільтрації суспензій, отриманих в процесі такої обробки сольових розчинів, в 30-40 разів вище, ніж суспензій, що утворюються в процесі содово-лужної обробки. Використання даної корисної моделі дозволить: досягнути високої степені видалення (99,2-99,5 %) солей жорсткості з сольових розчинів, що утворюються при регенерації натрійкатіонітових фільтрів, і отримати з таких розчинів після випаровування чистий хлорид натрію, придатний для використання у виробництві; 2 UA 86616 U 5 10 15 значно збільшити швидкість фільтрації осаду, отриманого в процесі осадження солей жорсткості з відпрацьованих регенераційних розчинів; запобігти забрудненню навколишнього природного середовища мінеральними солями, що містяться у відпрацьованих регенераційних розчинах станцій водопідготовки і ТЕС. Нижче наведені приклади, які ілюструють запропонована корисна модель. Приклад 1. У 3 чотирьохгорлу колбу, місткістю 1,5 дм , забезпечену мішалкою, термометром, зворотним 3 холодильником завантажують 1 дм сольового розчину, отриманого при регенерації натрійкатіонітових фільтрів на стадії пом'якшення води для станцій ТЕС. Сольовий розчин 3 3 містив 550 мг-екв./дм солей жорсткості, у тому числі магнієвих - 110 мг-екв./дм . Загальний 3 солевміст сольовогорозчину складав 81,0 г/дм , величина рН 7,8 одиниць. Після завантаження сольового розчину в колбу, включають мішалку, подають воду в холодильник і нагрівають сольовий розчин до температури 80 °C. Після досягнення заданої температури, в нагрітий сольовий розчин завантажують кристалічну соду, з розрахунку 1 мг-екв. 100 %-ного карбонату натрію на 1 мг-екв солей жорсткості. Масу при температурі 80 °C перемішують протягом 15хв. Отриману гарячу суспензію фільтрують. Швидкість фільтрації визначають за рівнянням (VI): Wфільтр .  20 Vф  60  103 ф  Fф  10 4 де: Wфільтр . , дм3 / м2  год. (VI) 3 Vф - об'єм фільтрату, отриманого після фільтрації, дм ; ф - час фільтрації, хв.; Fф 25 30 35 40 45 50 55 2. - швидкість фільтрації суспензії за фільтратом, дм /м год.; 3 2 - поверхня фільтрації, см . 3 2. Швидкість фільтрації склала 8353,4 дм /м год. Залишковий вміст солей жорсткості у 3 3 фільтраті складав 5,3 мг-екв/дм , у тому числі магнієвих - 4,8 мг-екв/дм . Величина рН сольового розчину після відділення осаду складала 8,25 одиниць. Фільтрат, отриманий після відділення осаду, випаровують на 85-90 % за об'ємом, охолоджують до 20-25 °C і отриману суспензію фільтрують. Виділяють 74,09 г хлориду натрю із вмістом 99,8 %. 3 Фільтрат після виділення хлориду натрію в кількості 1,04 дм повертають на стадію випаровування зм'якшених сольових розчинів. Приклад 2 Проводять в умовах прикладу 1 з тією різницею, що сольовий розчин нагрівають до температури 105 °C. Швидкість фільтрації суспензії після осадження солей кальцію і магнію в 3 2. заданому режимі складала 10295,0 дм /м год., а залишковий вміст солей жорсткості в 3 3 отриманому фільтраті - 3,6 мг-екв/дм , у тому числі магнієвих - 3,4 мг-екв/дм . Величина рН фільтрату після відділення осаду складала 8,4 одиниць. Після випаровування зм'якшеного сольового розчину на 85-90 % за об'ємом, з нього виділяють 75,8 г хлориду натрію із вмістом 99,5 %. Фільтрат після виділення хлориду натрію повертають на повторне випаровування разом з сольовим розчином після зм'якшування. Приклад 3 Проводять в умовах прикладу 2 з тією різницею, що фільтрат після відділення осаду карбонатів підупарюють до збільшення вмісту в йому хлоріду натрію до 10-12 %. Контроль процесу ведуть по щільності випарюваного сольового розчину. Сольовий розчин, що 3 утворюється в процесі такої обробки містив окрім хлориду натрію додатково 0,1-0,5 мг-екв/дм 3 3 катіонів кальцію, 1,0-2,5 мг-екв/дм катіонів магнію. Щільність його складала 1,07-1,10 г/см , а величина рН 8,3-8,7 одиниць. Після підупарювання сольового розчину, коректують величину його рН соляною кислотою до значення 7,2-8,0. Такий сольовий розчин може бути направлений на регенерацію натрійкатіонітових фільтрів. Приклад 4 3 У чотиригорлу колбу місткістю 1,5 дм , забезпечену термометром і мішалкою, завантажують 3 сольовий розчин від регенерації катіонітових фільтрів із спільною жорсткістю 550 мг-екв/дм , у 3 3 тому числі вміст кальцію складав 440 мг-екв/дм , магнію - 110 мг-екв/дм і рН 7,8. При працюючій мішалці в сольовий розчин при температурі 20 °C завантажують кристалічну технічну соду, з розрахунку 1,0 мг-екв/100 %-ного карбонату натрію на 1,0 мг-екв. спільної 3 UA 86616 U 5 10 15 жорсткості сольового розчину. Суміш перемішують протягом 15 хв., після чого фільтрують осад карбонатів кальцію і магнію, що виділилися. 3 Залишкова загальна жорсткість у фільтраті після такої обробки складала 70,0 мг-екв/дм , у 3 3 тому числі, вміст кальцію - 16,0 мг-екв/дм , а магнію - 54,0 мг-екв/дм . Величина рН фільтрату складала 8,55 одиниць. Швидкість фільтрації осаду карбонатів солей жорсткості складала 609,6 3 2 дм /м тод. Фільтрат, отриманий після відділення осаду, піддають випаровуванню на 85-90 % за об'ємом і охолоджують до 20-25 °C. З отриманої суспензії виділяють 73,6 г хлориду натрію із вмістом хлористого натрію 91,8 %. Джерела інформації: 1. Авт. свид. СССР № 874651, кл. C02F 1/42. 2. Авт. свид. СССР № 889633, кл. C02F 9/00. 3. Авт. свид. СССР № 891585, кл. C02F 9/00. 4. Авт. свид. СССР № 881006, кл. C02F 5/00. 5. Авт. свид. СССР № 857015, кл. C02F 5/02. 6. Пат. США № 3528912, кл. B01D 15/06 (найближчий аналог). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб переробки сольових розчинів, що утворюються при регенерації натрійкатіонітових фільтрів, шляхом осадження солей жорсткості содою і випаровуванням зм'якшеного розчину, який відрізняється тим, що осадження солей жорсткості ведуть при температурі 85-105 °C, сольовий розчин після видалення з нього осаду у вигляді солей жорсткості кальцію і магнію і обробки соляною кислотою до нейтральної величини рН знову використовують для регенерації натрійкатіонітових фільтрів, а кількість карбонату натрію, яка необхідна для практично повного видалення солей жорсткості з содового розчину, розраховують за рівнянням: Д  53 30 С С С1 С  53 1 3  53 1 (1  С3 ), г / дм3 , С2 С2 С2 де: 3 Д - доза технічної соди, яка потрібна для осадження солей жорсткості, г/дм ; 3 С1 - загальна жорсткість сольового розчину, г-екв./дм ; С2 - вміст вуглекислого натрію в технічній соді, частки (%/100); С3 - вміст їдкого натру в технічній соді, частки (%/100); 53 - грам-еквівалент соди. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4