Принцип работы анионитных фильтров
Анионирование воды ведется в целях замены удаляемых анионов на ион гидроксила. При сочетании ОН-анионирования с Н-катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов в обмен на ионы ОН — и Н + , т.е. осуществляется химическое (ионитное) обессоливание воды. При фильтровании через слой анионита осуществляется сорбция анионов согласно реакциям:
ROH + Cl — ↔ RCl + OH — ;
Высокое значение рН в зоне обмена на анионите способствует диссоциации слабых кислот Н2СО3 и H2SiО3 и переводу их в ионизированное состояние, поэтому они также могут участвовать в реакциях анионного обмена, но лишь при использовании сильноосновных анионитов:
С учетом значений обменных емкостей слабоосновных и сильноосновных анионитов, а также способности только последних сорбировать анионы слабых кислот схемы химического обессоливания обычно содержат две ступени анионирования: на первой ступени в фильтры загружается слабоосновный анионит, удаляющий ионы SО4 2 — и С1 — ; на второй ступени — сильноосновный анионит, предназначенный главным образом для обескремнивания воды.
Согласно ряду селективности в анионитном фильтре первой ступени сначала проскакивают в фильтрат ионы С1 — , поэтому время выхода на регенерацию этого фильтра сопоставляют с концентрацией хлоридов; отключение анионитных фильтров второй ступени на регенерацию проводят на основании контроля фильтрата по содержанию кремниевой кислоты.
Регенерация анионитных фильтров производится 4 %-ным раствором NaOH, при этом происходят следующие реакции:
RCl + nOH — ↔ ROH + Cl — + (n-1)OH — ;
Избыток щелочи при регенерации слабоосновных анионитов при поглощении ими анионов сильных кислот в 2 раза больше стехиометрического количества, т.е. равен 80 г/г-экв.
Рисунок 4.7 – Удельный расход NaOH на регенерацию анионита АВ-17 при обескремнивании воды:
1 – 4– остаточное кремнийсодержание фильтрата соответственно 0,16 0,12, 0,10, 0,08 мг/дм 3 при расходе NaOH 100, 120, 150, 200 кг/м 3 .
Для регенерации анионита, насыщенного анионами кремниевой кислоты, требуется повышенный избыток NaOH (п = 10—20), обеспечивающий последующее кремнийсодержание фильтрата на уровне 0,1 мг/дм (рис. 4.7). Для снижения удельного расхода щелочи регенерацию параллельно-точных анионитных фильтров первой и второй ступеней проводят последовательно либо используют противоточную или ступенчато-противоточную технологию.
Рисунок 4.8 – Принципиальная схема двухступенчатого химического обессоливания: Н1 и Н2 – катионитные фильтры первой и второй ступеней; А1 и А2 – анионитные фильтры первой и второй ступеней с загрузкой соответственно слабоосновными и сильноосновными анионитами; Д – декарбонизатор; БДВ – бак декарбонизированной (частично обессоленной) воды; H2SO4 – кислота для регенерации Н-катионитных фильтров; NaOH – едконатриевая щелочь для регенерации ОН-анионитных фильтров.
При проектировании технологии химического обессоливания учитывают, что наличие в Н-катионированной воде свободной углекислоты, более сильной, чем кремниевая, уменьшает кремнеемкость анионита и вызывает более ранний проскок ионов HSiО3 в фильтрат. Поэтому перед поступлением Н-катионированной воды на слой сильноосновного анионита из нее необходимо возможно более полно удалить СО2, для чего в схему включается декарбонизатор. Еще сильнее снижает кремнеемкость анионита наличие в Н-катионированной воде ионов Na , так как помимо истощения анионита анионами, уравновешивающими эти катионы, увеличивается концентрация в фильтрате противоионов (ОН — ), что резко ухудшает глубину обескремнивания воды. С учетом приведенных фактов создаются, как правило, двухступенчатые схемы обессоливания, содержащие основное оборудование, приведенное на рис. 4.8.
Установки двухступенчатого химического обессоливания надежны в работе. Они обеспечивают высокое качество обработанной воды, отвечающее эксплуатационным нормам питательной воды барабанных котлов сверхвысокого давления.
Для очистки добавочной воды для прямоточных котлов и ядерных реакторов применяются трехступенчатые схемы химического обессоливания, в которых в качестве третьей ступени используются фильтры смешанного действия (ФСД). Загрузка ФСД состоит из смеси сильнокислотного катионита в Н-форме и сильноосновного анионита в ОН-форме. Переходящие в раствор в процессах ионного обмена на чередующихся зернах катионита и анионита ионы Н + и ОН — образуют воду, выводя из зоны ионного обмена противоионы и способствуя этим углублению степени обессоливания воды до остаточной удельной электропроводимости менее 0,2 мкСм/см. Недостаток этой технологии заключается в необходимости тщательного перемешивания и разделения (при регенерации) составных частей смешанной загрузки.
Источник
Расчет анионитовых фильтров I ступени.
Для анионитовых фильтров используется H-катионитовые фильтры II ступени. В качестве загрузки фильтров принимаем слабоосновный анионит АН-2Ф, так как в данном случае не требуется понижать содержание кремнекислоты в исходной воде (ее содержание 0,12 мг/л). Для регенерации анионита АН-2Ф применяют едкий натр, соду или бикарбонат натрия. При необходимости удаления из обессоленной воды CO2 (см.табл. 1) регенерацию анионита целесообразно производить раствором NaOH. В данном примере регенерацию анионита производим 4%-ным раствором соды. В обменном процессе в обессоленную воду поступает дополнительное количество углекислоты, для удаления которой вода направляется на дегазаторы.
Отмывку анионита предусматривается производить водой после H-катионитовых фильтров.
Исходные данные для расчета:
Исходные данные для расчета:
1. Расчетные расходы воды (см. табл. 3):
а) суточный — 60 м 3 /сут;
б) средний часовой -2,9 м 3 /ч;
2. Содержание анионов
SO4 2- = 2,1 мг-экв/л. Cl — = 0,8 мг-экв/л.
Кислотность обессоливаемой воды будет равна — 2,6 мг-экв/л.
3. Рабочую обменную способность анионита АН-2Ф принимаем 
=450
1. Площадь фильтрования анионитовых фильтров
F= 
м 2
где Q — полезная производительность фильтров, м 3 /сут;
n — число регенераций фильтров в сутки, принимаемое равным 2;
Т — продолжительность работы каждого фильтра между регенерациями, ч ;
Т = 
-t1-t2-t3= 
— 0,25 — 1,5 — 3 = 7,25 ч
где t1— продолжительность взрыхления анионита, принимаемая равной 0,25 ч; t2— продолжительность пропускания через анионит регенерационного раствора щелочи — 0,25ч;
t3 — продолжительность отмывки анионита после регенерации
vp — расчетная скорость фильтрования, м/ч, определяемая по формуле;
vp= 
vp= 
где Н — высота слоя анионита в фильтре, м (Н = 1,5 м) ;
C0 -концентрация сульфатных и хлоридных ионов в исходной воде, мг-экв/л;
Сф— концентрация сульфатных и хлоридных ионов в фильтрате, принимаемая равной 0,01 мг-экв/л;
d — средний диаметр зерен анионита, мм. D=0,7 мм
Принимаем к установке 2 фильтра D = 1,5 м (Fф = 1,8 м ). Такого диаметра фильтры изготовляет Таганрогский котельный завод.
2. Действительная скорость фильтрования при работе 1 фильтров (так как один фильтр почти постоянно будет находиться на регенерации)
vp= 
3.Действительное количество регенераций каждого фильтра в сутки;
4. Расход воды на взрыхление анионита (взрыхление производим водой после отмывки анионитовых фильтров, которая собирается в специальные баки для повторного использования):
— интенсивность взрыхления, л/сек•м 2 (3 — 4).
Количество воды для взрыхления
5. Расход соды на регенерацию:
а) одного фильтра
P= 
а — удельный расход соды Na2CO3, г (90 г/г-экв. удаленных анионов сильных кислот),
б) расход соды в сутки
в) запас соды на 15 дней
Pc= 
6. Количество раствора соды 4%-ной концентрации (вс) на одну регенерацию
Wc= 
Скорость пропускания раствора соды через анионит в течение 15 мин. (вместо принятых ранее 1,5 ч).
Vрег= 
7. Количество Н-катионированной воды, расходуемое на отмывку анионита от продуктов регенерации:
а) на отмывку одного фильтра
qу — удельный расход воды на отмывку анионита (для АН-2Ф принимается равным 30-50 м 3 /м 3 анионита).
tз= 
vотм— скорость фильтрования воды при отмывке (5-8 м/ч).
Расчетный расход при отмывке
(учитывается в расчете Н-катионитовых фильтров).
Последние порции отмывочной воды направляются в баки отмывочной воды и используются для взрыхления анионита и приготовления раствора соды;
б) на отмывку анионита в сутки
Qотм= Wотм•n • N = 81•1•2 = 162 м 3 /сут
(этот расход учитывается в расчете Н-катионитовых фильтров).
8. Количество воды после отмывки анионита, расходуемое для приготовления раствора соды в сутки (0,7 м 3 — 0,35)4 = 1,4 м 3 /сут.
9. Насосы на подаче воды в анионитовые фильтры. Необходимый напор Н = Нд + hф = 25 + 12 = 37 м вод.ст. ,
где Н — потребный напор на подаче воды в дегазаторы, принимаем равным 25 м вод.
hф — потеря напора в анионитовых фильтрах в м вод.ст.
В связи с тем, что после Н-катионитовых фильтров в трубопроводе Н-катионированной воды имеется остаточный напор 25 м вод. ст. , напор насосов для подачи воды в анионитовые фильтры будет равен 12 м вод. ст. Производительность насосов
qн = 
•qотм= 2,9 + 14,4 =17,3 м 3 /ч
Принимаем два насоса КНЗ 8/32 (1 рабочий, 1 резервный) qн = 30 мэ/ч; Н = 14 м вод. ст.; N = 20 квт; n = 1460 об/мин.
Источник
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Анионитовый фильтр
Анионитовый фильтр 2 ступени / / / предназначается для удаления из воды продуктов растворения и разрушения катионитов, а также для повышения степени использования фильтров ступени / /, которые при наличии анионитовых фильтров ступени / / / можно переключать на регенерацию не по проскоку в фильтрат кремниевой кислоты, а позднее, после достижения ее концентрации в филь-трат. [2]
Конструкция анионитовых фильтров и режим их работы аналогичны катионитовым фильтрам. Регенерация анионитов осуществляется 2 — 3 % — ным раствором едкого натра или соды. [3]
Конструкция анионитовых фильтров и режим их работы аналогичны катионитовым. Обессоленная таким образом вода содержит не более 10 — 15 мг / л солей. Удалитель углекислоты размещается между Н — катионитовым и анионитовым фильтрами либо после анионитовых фильтров. Целесообразнее применять первый вариант, так как углекислота, нарушая нормальную работу анионитовых фильтров, снижает их обменную емкость. Такое расположение уда-лителя углекислоты усложняет схему, поэтому в некоторых случаях приходится использовать второй вариант. [4]
Дренаж анионитового фильтра принимаем такой же, как и для Н — катионитовых фильтров. [5]
Отмывка анионитовых фильтров производится исходной осветленной водой. Отмывочные воды анионитовых фильтров собираются в баки 14 и используются для отмывки катионита Н — катионитовых фильтров. Вода после отмывки Н — катионитовых фильтров собирается в бак / / и в д льнейш м насосами 18 подается для взрыхления Н — катионита. [6]
Регенерация анионитового фильтра осуществляется 20 % — м раствором серной кислоты. Промывка фильтров осуществляется деионизованной водой. [7]
Конструкция анионитовых фильтров и режим их работы аналогичны катионитовым. [8]
Регенерацию анионитовых фильтров I ступени производят раствором щелочи от регенерации анионитовых фильтров II и III ступеней. [9]
По конструкции анионитовый фильтр не отличается от Н — катионитового. Он включается в схему последовательно после Н — катионитового фильтра. [10]
Фильтрование через анионитовые фильтры следует производить сверху вниз. [11]
По конструкции анионитовый фильтр не отличается от Н — катионитового. Ов включается в схему последовательно после Н — катионитового фильтра. [12]
Принимаем один резервный анионитовый фильтр того же диаметра. [13]
Для заполнения анионитовых фильтров , как известно, применяются слабоосновные и сильноосновные смолы, причем слабоосновные смолы используются для обмена ионов сильных минеральных кислот из кислых растворов, а сильноосновные — для обмена ионов кремниевой кислоты. [14]
При регенерации анионитовых фильтров со смолой АН-2Ф или АН-31 отработанные растворы второй ступени используют для первой ступени регенерации в последующем ионообменном цикле. [15]
Источник