Регенерация ионитов

После истощения емкости поглощения Н-катионитовые фильтры регенерируют кислотой. Десорбция ионов, поглощение которых описывается выпуклой изотермой, чаще всего идет по вогнутой изотерме и, следовательно, требует обязательного избытка реагентов по сравнению со стехиометрическим количеством. Ряд десорбции будет обратным ряду сорбируемости ионов.

В свое время предложено было выражать конечный результат регенерации через восстановленную обменную емкость, а степень регенерации — через отношение восстановленной обменной емкости к полной.

На степень регенерации ионитов влияют такие факторы, как тип ионита, состав насыщенного слоя, природа, концентрация и расход регенерирующего вещества, температурные условия, время контакта. Наиболее важной для расчета экономичности процесса является зависимость степени регенерации от расхода реагентов (расход реагентов выражают несколькими способами: в эквивалентах на эквивалент полной обменной емкости ионитов; в эквивалентах на эквивалент рабочей обменной емкости; в кг реагента на 1 м3 фильтрующего слоя ионитов; в г на эквивалент содержания солей в очищаемой воде; в процентах от величины рабочей обменной емкости).

Результаты ранних работ по обессоливанию, где экспериментальные данные по регенерации были неразрывно связаны с последующим рабочим процессом обессоливания конкретной воды, использовать для иных условий невозможно. Общие закономерности регенерации исследованы в работах, в которых показана целесообразность неполной регенерации катионитов и частичного повторного использования последних фракций регенерата. Вопрос о затрате реагентов на регенерацию рассматривался также с позиций равновесной динамики сорбции.

Уравнения зависимости полноты регенерации от расхода реагентов, выраженной через константы обмена, но без учета кинетических факторов, оказались недостаточно точными, особенно при регенерации анионообменных фильтров. С учетом внутридиффузионного характера кинетики процесса и состояния, предшествующего регенерации, расчеты велись послойным методом с помощью ЭВМ.

Вначале определяется рабочий период до проскока при Н-катионировании раствора заданного состава при полностью отрегенерированном катионите; затем, зная распределение ионов по слою, решают послойно задачу распределения извлекаемых ионов в зависимости от расхода реагента, затем снова считают распределение ионов в цикле сорбции и т. д. Расчеты показали, что после 2—3 полных циклов сорбции — десорбции состояние сорбента и состав Н-катионированной воды стабилизируются. По программе рассчитывают влияние концентрации кислоты, ее расхода, скорости пропускания и т. д. Условием, разрешающим использование программы, является наличие справочных данных о константах обмена данных ионов на данных ионитах и коэффициентов диффузии в них сорбируемых (десорбируемых) веществ. Необходима также н некоторая предварительная экспериментальная работа, позволяющая определить слойность данной колонки путем наложения экспериментальной выходной кривой на набор теоретически рассчитанных выходных кривых.

При противоточной регенерации возникают некоторые особенности. Прежде всего, регенерация идет через слой ионита, полностью насыщенный извлекаемыми ионами, а это приводит к некоторой экономии реагентов по сравнению с регенерацией не полностью отработанного фильтра. Из сравнения данных послойного расчета на ЭВМ прямоточной и противоточной регенераций катионита КУ-2 можно сделать вывод о следующих преимуществах последней: при равных затратах реагента несколько увеличивается степень регенерации, меньшую роль играет концентрация кислоты. В то же время при противоточной регенерации освобождение слоя катионита от ионов натрия затруднительно и для полного их извлечения требуется намного больший расход реагентов. Поэтому противоточную регенерацию практически невозможно вести в режиме так называемой «голодной» регенерации, а ожидаемое улучшение качества фильтра благодаря отсутствию в нижнем слое катионита извлекаемых ионов реализуется только в начале рабочего периода фильтра.

Противоточная регенерация представляет наибольший интерес при работе с минерализованной водой, содержащей мало натрия, или для умягчения воды. К недостаткам противоточной регенерации относится необходимость работы на фильтре, имеющем устройство для сохранения неподвижности слоя катионита при подаче раствора снизу вверх. По совокупности указанных причин этот способ регенерации не нашел широкого применения при Н-катионировании.

В чередующихся актах сорбции—десорбции уже после 2—3 фильтроциклов распределение ионов в слое ионита стабилизируется, а величина восстановленной при регенерации обменной емкости фактически лимитируется десорбцией наиболее трудно извлекаемого иона.

Для случаев, когда распределение ионов после регенерации не имеет значения, предложено аналитическое описание регенерации в виде эмпирического уравнения. Через колонки с ионитами в заданной солевой форме при высоте слоя 40 см пропускали по одному эквиваленту регенерирующего раствора различной концентрации. В фильтрате, соединенном с промывной водой, определяли содержание извлеченных ионоэ и отношение восстановленной емкости к полной, характеризующей эффективность регенерации. Установлено, что оптимальной концентрацией при регенерации катионитов КУ-2 и КУ-1, сульфоугля, КБ-4П2 в кальциевой форме являются соответственно 2,0, 1,05, 0,5 и 0,1 н. растворы НСl. Катионит КУ-2 в натриевой форме лучше регенерировать 0,5—0,7 н. раствором НСl. Для анионитов АВ-17, ЭДЭ-10П и АН-31 оптимальными являются соответственно 0,5, 0,25 и 0,25 н. растворы NaOH.

Последующие опыты проводили уже с выбранными оптимальными растворами. Для этого каждый ионит в заданной солевой форме загружался в пять-шесть одинаковых колонок и через них со скоростью 2—3 м/ч пропускали соответственно 1, 2, 3, 4, 5 и 6 эквивалентов кислоты или щелочи с последующей отмывкой водой. В регенератах, соединенных с промывной водой, определяли содержание извлеченных ионов. Получали набор зависимостей степени регенерации от расхода реагентов, в эквивалентах на эквивалент полной обменной емкости ионита.

Анализ опытных данных показал, что каждый последующий эквивалент реагента дает приблизительно такой же эффект, если отнести его к оставшейся в колонке части сорбированных ионов.

Для практически полной регенерации катионнта КУ-2 от ионов кальция (95—97%) требуется примерно 6 эквивалентов кислоты на 1 эквивалент полной обменной емкости ионита.
Для полного удаления ионов натрия достаточно 2,5 эквивалента кислоты на 1 эквивалент полной обменной емкости катионита. В практике водоподготовки при работе с катионитом КУ-2 на регенерацию подают 1 эквивалент серной кислоты на 1 эквивалент полной обменной емкости катионита (80—100 кг/м3 ионита). Восстановленная емкость при этом составляет 60% от полной, т. е. около 800 экв/м3. Причем нижние слои в колонне обогащены главным образом трудно десорбируемыми катионами кальция и магния.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>