Катиониттердің физикалық сипаттамалары

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Осылай, мысалы, егер толықтай тұзсыздандырылған су алу қажет болса, онда Н-
катионитті сүзгіні жаңғыртуға натрийдің сүзінді ішіне өтуі сәтінде өшіру
қажет (3-5 сурет), катиониттің жұмыстық алмасу қабілеті бұл жағдайда АБВГ
ауданына тең болады. Егер аталмыш сүзгіде тұзсыздандырылатын судан натрийді
толықтай ұстап қалу қажет болмаса және сүзгіні жаңғыртуға сүзіндідегі
натрийдің концентрациясы Е нүктесіне сәйкес келген сәтте өшіруге болса,
онда катиониттің жұмыстық алмасу қабілеті бұл жағдайда едәуір үлкенірек
болады (АБДЕ ауданы). Н-катионитті сүзгілердің мұндай жұмыс режиміне суды
жартылай тұзсыздандыру кезінде немесе толық тұзсыздандыру кезіндегі бірінші
сатының Н-катионитті сүзгілерінде (егер Н-катиондаудың қосымша сатылары
болса) жол беруге болады.

3-5 сурет. Н-катионитті сүзгінің жұмыс режимінің катиониттің жұмыстық
алмасу қабілетіне әсері

1 – катиондардың бастапқы судағы концентрациясы, ВГ сызығы – Na+-дің
сүзінді ішіне өтуі

Катиониттердің физикалық сипаттамалары. Катиониттердің физикалық
сипаттамалары қатарына катиониттің фракциялық құрамын, ауалы-құрғақ және
ылғал күйдегі сусымалық салмағын, түйіршікаралық кеңістігінің көлемін және
механикалық беріктігін жатқызады.
Белгілі бір көлемді катиониттің өлшендісін елеу негізінде белгіленетін
катиониттердің фракциялық немесе түйіршіктік (түйірөлшемдік) құрамы:
катиониттегі жекелеген фракциялардың мөлшерлік арақатынасын, катиониттің
біртектілігінің дәрежесін, оның түйіршіктерінің орташа көлемін және сүзгіде
пайдалануға жарамсыз шаңтәріздес бөлшектердің мөлшерін анықтауға мүмкіндік
береді.
Түйіршіктік құрамның берілгендерінің тәжірибелік мәні келесіге
келтіріледі.
Катиониттің (аниониттің) түйіршігінің ірілігі оның жұмыстық алмасу
қабілетіне әсер етеді, оның үстіне бірдей жағдайларда ұсақтүйіршікті
катиониттің алмасу қабілеті ірітүйіршіктіге қарағанда жоғарырақ. Бұл ұсақ
түйіршіктердің өңделетін сумен жанасатын бетінің салыстырмалы түрде көбірек
жетілгендігімен түсіндіріледі. Ұсақтүйіршікті иониттерді қолдану ең
ақырында электр энергиясының ұдайы артық шығынына алып келетін сүзгілердің
едәуір гидравликалық кедергісімен байланысты болғандықтан, көптеген отандық
және шетелдік катиониттер мен аниониттердің түйіршіктерінің ірілігінің
төменгі шегін 0,3 мм-ге жуық шамамен шектейді.
Түйіршіктер көлемінің жоғарғы шегі көпшілік иониттер үшін 1,5 мм-ді
қабылдайды. Осылайша, иониттердің 0,3-1,5 мм шегіндегі көлемдері осы кезде
қол жеткізілетін жұмыстық алмасу сыйымдылықтары мен сүзу жылдамдықтарының
қалыпты ауқымдарында ионит қабатындағы арын шығындары шамасын есепке
алғанда ең тиімді болып табылады.
Алайда түйіршіктелуі ұсағырақ иондарды қолдану жөн болуы мүмкін
жағдайлар да болуы мүмкін, мысалы, сүзудің кіші жылдамдықтары (5-8 мсағ)
ұсынылатын және иониттердің жұмыстық алмасу қабілетін арттыру ерекше
маңызды жоғары минералданған суларды тұзсыздандыру кезінде.
Түйіршіктердің көлемімен қатар, катиониттің (аниониттің)
түйіршіктелуінің біртектілігі, яғни, оның ұсақ және ірі фракцияларының
арақатынасының да елеулі маңызы бар.
Катионитті су ағысымен төменнен жоғары қарай қопсытқан кезде
материалдың біртекті еместігі үлкен болған жағдайда оның негізгі массасы
кеңейіп қозғалысқа келгеннен бұрын катиониттің жоғарғы ұсақ фракцияларының
сыртқа шығуы болуы мүмкін. Ақырында бұл катиониттің қайтарылмайтын шығынына
алып келеді.
Катиониттің (аниониттің) елеуіштік талдауының нәтижелерін график
түрінде бейнелейді, онда абсциссалар осі бойынша елеуіштің саңылауларының
миллиметрлік өлшемдерін, ал ординаталар осі бойынша бастапқы өлшендінің
салмағынан (көлемінен) пайызбен алынған аталмыш елеуіш арқылы өткен
катиониттің салмағын (немесе көлемін) орналастырады. Тұрғызылған графиктің
берілгендері бойынша: берілген катиониттің түйіршіктерінің орташа диаметрін
dорт, яғни, елеуіштің олар арқылы катиониттің бастапқы өлшендісінен 50% өте
алатындай саңылауларының есептік өлшемін және елеуіштің ол арқылы жалпы
өлшендіден 10 және 80% өте алатындай есептік өлшемдерін (d10 және d80)
анықтауға болады.
Катиониттің (аниониттің) біртекті еместік коэффициентін мына
арақатынас арқылы табады
.
Ионитті қондырғыларды пайдаланудың қолайлығы үшін катиониттің (немесе
аниониттің) біртекті еместік коэффициенті 2-ден аспауы тиіс. Кн мәні үлкен
болғанда катионитті судың кері ағысымен қопсытқан кезде оның ұсақ
фракцияларының сыртқа шығуы болуы мүмкін. Сондықтан біртекті еместік
коэффициенті 2-ден жоғары ионитер партиясын алған жағдайда жекелеген
сүзгілерге біртекті еместік коэффициенті минималды ионит жүктеу үшін бұл
иониттер партиясын біртектірек топтарға алдын-ала елеп алған жөн болуы
мүмкін.
Саңылаулары 0,25 мм елеуіш арқылы еленген катиониттің бастапқы
өлшендінің салмағынан (немесе көлемінен) пайызбен өрнектелген бөлшектерінің
салмағы (немесе көлемі) иониттің шаңдылығын сипаттайды.

3-6 сурет. Әртүрлі катиониттердің түйіршіктік құрамының графигі

1– ірі сульфокөмір; 2 – КУ-1; 3 – КУ-2; 4 – Вофатит P; 5 – Вофатит KS;
6 – Амберлайт IR=120; 7 – Аллассион CS

Дәл осы ұсақ бөлшектер сүзгіде қолдануға жарамсыз, себебі олар ондағы
арынның шығынын жоғары дәрежеде көбейтеді. Сол себепті шаңдылау бөлшектерді
катиониттен (аниониттен) ионитті сүзгілерді жөнге келтіру процесінде кері
су ағысымен шайып жібереді.
Осылайша, катиониттің (аниониттің) түйіршіктік құрамы үш көрсеткіштің
жиынтығымен: түйіршіктердің орташа диаметрімен, біртекті еместік
коэффициентімен және шаңдылықпен сипатталады.
3-6 суретінде кейбір отандық және шетелдік катиониттердің түйіршіктік
құрамдарының графиктері көрсетілген. Графиктер Ф.Г. Прохоровтың деректері
бойынша тұрғызылған. 3-2 кестесінде 3-6 суретінің деректері бойынша
катиониттердің түйіршіктік құрамдарының көрсеткіштерінің мәндері берілген.
3-2 кесте

Катиониттердің үлгілерінің түйіршіктік құрамының көрсеткіштері

Катионит Даярлаушы ел Шаңд
ылық
%-бе
н
миллиметрмен

Ірі сульфокөмір ТМД 0,75 0,47 0,95 2,02 0
КУ-1 . . . . . . . ” 0,82 0,38 1,42 3,74 2,4
. . . . . . . ” 0,48 ,28 0,66 2,36 5
КУ-2 . . . . . . .
. . . . . . . Германия 0,48 ,21 0,69 3,28 14
Вофатит ” 0,78 ,41 1,3 3,17 2,5
P . . . . . . . . .АҚШ 0,55 0,32 0,69 2,16 1
. . . . . . . . Франция 0,51 0,19 0,74 3,9 16,1
KS . . . . . . . .
. . . . . . . .
Амберлайт IR-120 .
. .
Аллассион CS . . .
. . . .

3-6 суретіндегі 3-2 кестесіндегі деректер біртектілік бойынша
қанағаттандыратын катиониттер болып сульфокөмір, Амберлайт IR-120 және КУ-2
катиониті табылатынын көрсетеді.
Бұдан бұрын да айтылып өткендей, катиониттердің физикалық
сипаттамаларына сонымен қатар ауалы-құрғақ және ылғал күйлеріндегі
сусымалық (көлемдік) салмақтары да жатады. Көрсетілген параметрлерді
жобалау кезінде есепке алу қажет, өйткені барлық катиониттер (және
аниониттер) оларды ылғалдандыру кезінде қайсібір дәрежеде ісінуге бейім.
Кейбір катиониттер үшін ісіну коэффициенті деп аталатын ауалы-құрғақ
катиониттің сусымалық салмағының ісінген катиониттің (жұтылған судың
салмағын есепке алмағандағы) сусымалық салмағына қатынасы 3-1 кестесінен
көрініп тұрғандай, 1,5-ке дейін, (мысалы, Вофатит KS үшін 1,48) тіпті, одан
да көпке (мысалы, КУ-1 катиониті үшін 1,6) жетеді.
Сүзгіге ауалы-құрғақ күйінде жүктелген мұндай катионит сүзілетін сумен
ылғалданғаннан кейін оның салмағы шамамен 50%-ке ұлғаяды. Сүзгілерді
есептеу кезінде катионит жүктемесінің белгілі бір биіктігін алатындықтан,
оны ісіну коэффициентін есепке ала отырып белгілеген жөн.
Катиониттің түйіршікаралық кеңістігінің көлемі де оның физикалық
сипаттамасына жатады. Катиониттің түйіршікаралық кеңістігінің шамасын білу
сүзгіге жіберілетін жаңғыртатын ерітіндінің көлемінің жеткіліктілігін
тексеру үшін маңызды. Пайдалану тәжірибесімен катиониттің (аниониттің)
жеткілікті жаңғыртылуы үшін катиониттің түйіршікаралық кеңістігіндегі
ерітіндінің үштен кем емес дүркін алмастырылуы қажет екендігі анықталған.
Көпшілік катиониттердің (және аниониттердің) түйіршікаралық кеңістігі
жуықтағанда сүзгіге жүктелген катиониттің 1 м3-не 0,3–0,4 м3-ден келеді.
Тәжірибе үшін катиониттің механикалық беріктігінің және сонымен қатар
оның химиялық және термиялық төзімділігінің үлкен мәні бар. Бұл
сипаттамалар катиониттердің (аниониттердің) оларды пайдалану процесінде
тозуын анықтау үшін және өңделетін судың белгіленген температурасы мен оның
белсенді реакциясына байланысты катиониттің маркасын таңдау үшін маңызды.
Іс мәнісі мынада: ионит оны пайдалану процесінде сүзу кезінде, сондай-ақ
қопсыту кезінде иониттің түйіршіктерінің бір-біріне үйкелуі салдарынан
ішінара ұсақталады; бұған қоса ол өңделетін судың температуралары жоғары
және оның сілтілігінің немесе қышқылдығының көтеріңкі мәндері кезінде
ішінара петизацияланады. Екі жағдай да шаңтәріздес қоқымның пайда болуына,
оның ионитті қопсыту процесінде бірте-бірте шайылуына, ең ақырында оның
біраз мөлшерінің қайтарылмайтын шығынына алып келеді.
Қазіргі уақытта иониттердің көрсетілген сипаттамаларын мөлшерлік
бағалаудың толықтай сенімді әдістері жоқ.
Катиониттердің (аниониттердің) механикалық беріктігін бағалау үшін
бірнеше әрқилы әдістер қолданылады. Осы әдістердің бірі берілген
катиониттің зертханалық сүзгіде жұмыстық циклдер мен жаңғыртуларды
кезектестіре отырып жүргізілген ұзақ уақыттық сынағына негізделген.
Механикалық беріктікті бағалау үшін катиониттің сынақтан бұрынғы және
кейінгі түйіршіктік құрамын салыстырады. Бұл әдіс тым көп еңбек сіңіруді
керек қылады және көп уақыт алады, себебі алты, кей кездері тіпті одан да
ұзақ, ай бойы жүздеген сүзгіциклдер жүргізуге тура келеді.
Одан гөрі катиониттің (аниониттің) механикалық беріктігін ісінген
катиониттің өлшендісін сумен қоса шюттель-машинада (шайқауға арналған
машина) 8–10 сағ бойы шайқау жолымен анықтау оңайырақ. Шайқап болған соң
өлшендіден шаңтәріздес қоқымды (көлемі 0,25 мм-ден кем) елеп тастайды.
Берілген катиониттің механикалық беріктігін (%-бен) мына теңдеу
бойынша анықтайды
, (3.1)

мұндағы – катиониттің шайқағаннан және қоқымды елеп тастағаннан
кейінгі көлемі (немесе салмағы);
– бұл да солай, шайқағаннан бұрынғы.
Дәл осындай әдіспен, бірақ оларды шайқар кезде суға емес, сілтінің
немесе қышқылдың 5 н. ерітіндісіне орналастырып, иониттердің химиялық
төзімділігін де анықтауға болады.
Судың катиониттің көрінетіндей пептизациясы болмайтындай рұқсат
етілетін температурасы 3-1 кестесінде көрсетілген.
Катиониттің гидравликалық сипаттамалары. Катиониттердің
(аниониттердің) гидравликалық сипаттамаларына катионит арқылы суды сүзу
кезінде катиониттің көрсететін гидравликалық кедергісі және катионитті
төменнен жоғары қарай су ағысымен қопсыту процесіндегі катиониттің әрекеті
жатады.
Катионит арқылы суды сүзу процесінде катиониттің (аниониттің)
көрсететін қарсылығы (сүзетін қабаттағы арын шығыны) сүзу жылдамдығына,
катионит қабатының биіктігіне, оның түйіршіктерінің көлеміне,
түйіршікаралық кеңістіктің шамасына және судың тұтқырлығына тәуелді.
Катионит арқылы төменнен жоғары қарай суды сүзу кезіндегі катионит
(анионит) қабатындағы арын шығынын тәжірибелік мақсаттар үшін жеткілікті
дәлдікпен мына формула бойынша анықтауға болады
, (3.2)

мұндағы – сүзу жылдамдығы, мсағ;
– сүзгідегі катионит қабатының биіктігі (ісінген күйдегі),
м;
– сүзгідегі катиониттің түйіршіктерінің орташа диаметрі, мм
(катиониттің түйіршіктік құрамының графигінің деректері
бойынша, 3-6 суретін қараңыз);
– су температурасына тәуелді 3-3 кестесінің деректері
бойынша алынатын сүзілетін судың тұтқырлық коэффициенті,
сантипуаз.
Катионитті төменнен жоғары қарай су ағысымен қопсыту процесіндегі
катиониттің әрекеті екі көрсеткішпен: 1 м2 сүзу ауданына лсек-пен
өрнектелетін қопсыту қарқындылығымен және катиониттің қалқыған
түйіршіктерінің жоғары көтерілетін судың ағынына көрсететін кедергісімен
сипатталады.
3-3 кесте
Санитпуазбен өлшенетін коэффициентінің сүзілетін судың ºС-пен
өлшенетін температурасына тәуелді мәні
Судың Судың Судың
температурас температурас температурас
ы ы ы

2 1,67 15 1,14 36 0,71
3 1,62 16 1,11 38 0,68
4 1,57 17 1,08 40 0,66
5 1,52 18 1,06 42 0,63
6 1,47 19 1,03 44 0,61
7 1,43 20 1 47 0,58
8 1,39 22 0,96 50 0,55
9 1,35 24 0,91 55 0,5
10 1,31 26 0,87 60 0,47
11 1,27 28 0,83 65 0,44
12 1,24 30 0,8 70 0,41
13 1,2 32 0,77 75 0,38
14 1,17 34 0,74 80 0,36

Қопсыту қарқындылығын катиониттің барлық жүктемесі қозғалысқа
келетіндей етіп таңдап алған жөн; тек осы кезде ғана катиониттің із қалдыру
және содан соң жаңғыртатын ерітінділер мен сүзілетін судың жергілікті
ағысының пайда болу мүмкіндігі жойылады. Мұнымен бірге шаю қарқындылығы
катиониттің канализацияға шығуы басталатын қарқындылықтан аз болуы тиіс.
Қопсытудың қажетті қарқындылығы тіпті берілген катионит үшін де
тұрақты шама болып саналмайды, өйткені ол судың температурасына және
катиониттің түйіршікті құрамына тәуелді. Түйіршіктері ірірек катионитті
үлкен қарқындылықпен қопсытқан жөн; бір жағынан алғанда, қопсытатын судың
температурасы неғұрлым төмен болса, қажетті қарқындылық та соғұрылым төмен.
Қопсыту қарқындылығының қажетті шамасын ионитті қондырғыны жөнге
келтіру процесінде анықтайды.
Алдын-ала есептеулер үшін, жекелей алғанда қопсытатын суға арналған
бактың сыйымдылығын анықтау кезінде иониттердің қопсыту қарқындылығы 4 – 5
лсек м2 қабылдайды.
Қопсытатын суға арналған бактың орналасу биіктігін анықтау кезінде
есепке алуға тура келетін катионитті қопсыту кезіндегі катионит (анионит)
қабатындағы арын шығынын шамамен сүзгідегі қабаттың 1 м биіктігіне 0,25 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.