Полный текст в файле МУ по диагностике.doc
Приложения А и Б в файле Приложения А и Б.XLS
1 При регенерации фильтра кислотой происходит вытеснение в регенерирующий раствор катионов жесткости (кальция и магния) и натрия. Наиболее просто описывается процесс регенерации натриевой формы катионита соляной или азотной кислотой. Идеальная выходная кривая регенерации для концентрации кислоты <<Ch>> на выходе из регенерируемого фильтра описывается уравнением:
Ch=(K-Sqrt(K/G))/(K-1), (1)
где G - расход кислоты на регенерацию истощенного фильтра;
К - коэффициент обмена между катионами натрия и водорода;
Sqrt - символ квадратного корня.
А для концентрации катионов натрия <<Cn>> уравнением:
Cn=(Sqrt(K/G)-1)/(K-1) (2)
При этом степень регенерации <<EEh>> - доля H-формы, создаваемой в процессе регенерации, составляет:
EEh=(2*Sqrt(K*G)-G-1)/(K-1) (3)
Все переменные даны в относительных единицах (г-экв/г-экв) - Ch и Cn в долях от концентрации кислоты, поступающей на регенерируемый фильтр, EEh и G в долях от максимальной (предельно возможной) обменной емкости фильтра.
2 Анализ вышеприведенных уравнений показывает, что появление кислоты в регенерационном растворе происходит при G=1/K, а при G=K происходит выравнивание концентраций кислоты на входе и выходе фильтра. Коэффициент К для идеально протекающего процесса равен 1,8. Если по каким-то причинам значение коэффициента увеличивается, то происходят преждевременное появление кислоты на выходе из фильтра и соответственное уменьшение степени регенерации истощенного катионита кислотой, что, в конечном счете, приводит к увеличению удельных расходов кислоты.
Для катионита КУ-2, эксплуатируемого в схемах ОУ, более характерно не фактическое, а кажущееся увеличение коэффициента К. Это происходит из-за неравномерности скоростей движения и разного времени прохождения отдельных порций регенерирующего раствора по сечению фильтра. Причинами такой неравномерности являются перекосы в гидравлическом сопротивлении подстилки и дренажных устройств. Подобный эффект могут производить также и перекосы в высоте загрузки ионита, вызванные локальными воздействиями на поверхность загрузки потоков в водяной подушке, возникающими вследствие поломок верхних дренажных устройств. Иногда в процессе регенерации старого материала происходит его слипание с образованием щелей между ионитом и корпусом фильтра, в результате чего часть регенерирующего раствора не проходит через весь загруженный ионит.
Полностью устранить причины неравномерного прохождения регенерирующего раствора через фильтр практически не удается, поэтому реальным регенерационным кривым соответствует значение коэффициента К не менее, чем 2,0 для соляной кислоты. Для серной кислоты значение коэффициента К в процессе регенерации не остается постоянным и в среднем оно бывает не менее 3,3 для реальных кривых.
3 Указанные неравномерности в движении регенерирующего раствора через фильтр, уменьшают наклон выходной кривой, но обычно не нарушают ее нормальный S-образный геометрический вид. Примеры нормальных выходных кривых приведены в Приложении Б. Нарушенный вид характеризуется наличием на выходной кривой ступенек, изломов и прочих дефектов, искажающих S-образную форму кривой. Подобные дефекты говорят о неоднородности состояния регенерируемого материала.
Эти неоднородности могут быть исходными по отношению к текущей регенерации (неустраненные при взрыхляющей отмывке комки) и возникающими в процессе регенерации. Последние появляются в результате частичного загипсовывания ионита в фильтре при регенерации его серной кислотой. Оно сопровождается повышением перепада давлений на регенерируемом фильтре. Повышение перепада бывает настолько большим, что приходится прекращать регенерацию и взрыхлять фильтр.
Для КУ-2 подобное загипсовывание не является опасным если оно сразу устранено взрыхлением ионита. Неустраненная загипсованность материала проявляется в увеличении длительности послерегенерационных отмывок и сокращении фильтроцикла. Кроме ионита, могут также загипсовываться подстилочный материал и отдельные элементы нижних дренажных устройств. Случаи загипсовывания наблюдались при замедлении или приостановке регенерации и при высокой концентрации регенерирующего раствора кислоты.
Процессы загипсовывания характерны для так называемой ступенчатой регенерации. Эффективность и безопасность последней могут быть повышены промежуточными отмывками фильтра перед очередной ступенью повышения концентрации регенерирующего раствора серной кислоты.
Нарушения S-образности выходных кривых, вызванные вышеуказанными причинами, носят, в основном, случайный и разнообразный характер. Если же характер нарушений воспроизводится в каждой очередной регенерации, что случается относительно редко, то это говорит о постоянных и значительных дефектах в состоянии нижних дренажных устройств.
4 При включении фильтра в работу после его регенерации продолжается вытеснение катионов натрия и жесткости из нижних слоев катионита порциями кислого фильтрата, поступающего из более верхних слоев. Поэтому процесс восстановления емкости для нижних слоев продолжается и после регенерации фильтра, а проскок натрия после фильтра постоянно уменьшается в течение фильтроцикла до тех пор, пока большая часть обменной емкости фильтра не будет истощена.
Относительный проскок натрия, средний за фильтроцикл, для основного фильтра первой ступени катионирования определяется теми же факторами, что и относительная концентрация натрия в регенерационном растворе после фильтра. Поэтому проскок натрия и его концентрация в регенерационном растворе в конце регенерации функционально связаны между собой.
5 Снижение проскока катионов натрия в фильтрате основного фильтра повышает эффективность работы анионитной части ВПУ, но требует повышения расходов кислоты. Проскок жесткости в этом фильтрате обычно меньше проскока натрия на порядок и, как правило, не лимитирует водоприготовительный процесс. Подобные соображения можно отнести также к катионитовому фильтру второй ступени с той разницей, что повышение удельного расхода кислоты на этом фильтре мало сказывается на повышении общих расходов кислоты на водоприготовительный процесс.
В практике водоприготовления бывают случаи повышенного содержания солей жесткости в обессоленной воде. Обычно это происходит в результате вымывания солей жесткости из нового подстилочного материала катионитовых и анионитовых фильтров второй ступени обессоливания. При этом от одного фильтроцикла к другому происходит постепенное снижение жесткости фильтратов этих фильтров. Повышение жесткости фильтратов может, также, быть следствием чрезмерной загрязненности солями жесткости как реагентов, так и разбавляющей воды, используемых при регенерации указанных (катионитовых и анионитовых) фильтров.
6 Помимо солей натрия и жесткости, на катионитовый фильтр первой ступени обессоливания поступают соединения железа и органики, а также не задержанные механическими фильтрами выносимые из осветлителя частицы шлама, ила, глин. Соединения органики и железа накапливаются в зернах катионита частично ионообменным и частично механическим путем. Это накопление происходит в течение многих фильтроциклов постепенно блокируя все большую часть ионообменных групп. Кроме того, происходит сужение и даже блокирование в ионите его микропор. В результате этого медленного процесса, который связывают с понятием старения материала, уменьшается та часть полной обменной емкости, которая участвует в ионообменных процессах катионов натрия, жесткости и водорода. Одновременно замедляется и сам ионообменный процесс из-за ухудшения условий проникновения жидкой фазы в ионит.
7 Частицы шлама и прочих примесей накапливаются в фильтре вне зерен ионита, увеличивая в процессе фильтроцикла гидравлический перепад - разность давлений на входе и выходе фильтра. В результате воздействия перепада, происходит уплотнение материала и осевших на нем примесей. Это уплотнение интенсифицируется в моменты резкого увеличения нагрузки фильтров (возникает кратковременный ударный перепад, прессующий материал), что нередко случается многократно в течение одного фильтроцикла из-за небрежности эксплуатирующего персонала. Описанные особенности наиболее характерны для предвключенного катионитового фильтра, но они могут иметь существенное значение и для основного фильтра. В меньшей мере они касаются фильтров второй ступени катионирования, однако полностью и для этих фильтров не исключены.
При последующем за окончанием фильтроцикла взрыхлении фильтра происходит отмывка материала от накопившейся грязи и разрушение образовавшихся в нем комков. Основная часть комков образуется в начале процесса взрыхления, другая сохраняется от предшествующих текущему взрыхлению операций. При большом количестве накопившихся примесей процесс взрыхляющей отмывки может существенно затянуться, а при его прекращении остаются неразуплотненные комки слипшихся зерен ионита и осевших на них частиц.
8 Вид выходных кривых истощения фильтра, начиная с момента увеличения в его фильтрате содержания улавливаемого катиона, имеет те же характерные особенности, что и выходные кривые при регенерации фильтра. Во многом сохраняются и характерные причины, изменяющие вид этих кривых. Нарастание проскока натрия или жесткости до предельного его значения теоретически может завершиться в течение нескольких минут. В лабораторных условиях может быть достигнут подобный результат. Но для промышленных условий нормальным и реально достижимым интервалом от начала увеличения проскока до его предельного значения можно считать временной интервал, не превышающий 20% от общей продолжительности фильтроцикла. Чем больше этот интервал, тем раньше начинает возрастать проскок и тем раньше отключается на регенерацию работающий фильтр.