Dow Water & Process Solutions DOWEX MARATHON Industrial Water Softening Ion Exchange Resins Engineering Information

DOW

Водные и рабочие растворы

DOWEX MARATHON Умягчение промышленных вод

Ионообменная смола

Техническая информация

DOWEX MARATHON Использование сильнокислотного катионита для умягчения воды

Общая информация

DOWEX MARATHON C, DOWEX MARATHON 10 и DOWEX MARATHON MSC – сильнокислотные катиониты с одноразмерными частицами в натриевой форме, специально предназначенные для умягчения воды. В основе данных смол лежит матрица сополимера стирола и дивинилбензола с функциональной группой сульфоновой кислоты.

DOWEX MARATHON C – высокопроизводительная гелеобразующая смола, специально разработанная  для обеспечения высокой пропускаемой мощности  и экономичной эксплуатации.

DOWEX MARATNON C-10 – гелеобразующая смола более высокого порядка с поперечной межмолекулярной связью, специально разработанная для использования при более жестких условиях: более высокие температуры и окисление.

DOWEX MARATHON MSC – крупнопористая смола более высокого порядка с поперечной межмолекулярной связью с высокой степенью пористости, имеющая хорошую  химическую и температурную устойчивость.  Данная смола в большей степени разработана для использования в процессах с высокими температурами, в системах, подвергающихся механическому напряжению, окислительных системах, в которых содержание свободного Cl2 >1 ppm (миллионные доли).

Благодаря одноразмерности частиц использование этой смолы предполагает несколько преимуществ перед обычной полидисперсной смолой. Маленький размер гранул обеспечивает кинетику быстрого обмена во время процесса, более завершенную регенерацию смолы и следующую за регенерацией, более тщательную промывку. Гранулы одинакового размера регенерируют более эффективно с меньшим содержанием жесткости на выходе и с более высокой рабочей производительностью. Это способствует уменьшению эксплуатационных расходов и сокращает количество отходов. Особенная механическая прочность смол DOWEX MARATHON C и MARATHON C-10 обеспечивает им более высокую устойчивость к повреждению гранул, чем у обычной гелевой смолы.

В этом проспекте дана детальная техническая информация по эксплуатации смолы, предусматривающая подсчет действующей мощности и коэффициент жесткости на выходе для разных типов воды на разных уровнях регенерации и в разных моделях устройств при смягчении индустриальных вод совместным потоком и встречным течением.

Гидравлические характеристики

Расширение слоя

В условиях восходящего потока при обратной промывке смолы увеличиваются в объеме (см. Рис.1а-1с). Такое увеличение способствует пересортировке смолы, выемке мелких материалов и препятствует каналообразованию во время более позднего межрегенерационного периода. В то же время удаляется накопленное дисперсное загрязнение.

Для обеспечения эффективного обратного потока смолы с гранулами одинакового размера  требуют меньшего потока  для расширения до той же высоты, что и при использовании обычной полидисперсной смолы при такой же средней величине частиц. Благодаря меньшему размеру и более одинаковой форме гранул смол DOWEX MARATHON расширение до 60-80% обычно достаточно для удаления дисперсного вещества из слоя смолы, таким образом уменьшение скорости обратного потока может потребоваться даже позже. Благодаря отсутствию мелкозернистых гранул в однородной смоле снижается риск износа смолы во время обратного потока.

Сведения о падении давления

Падение давления в слое смолы может варьироваться в зависимости от различных факторов. К ним относятся тип смолы, размер гранул, междоузлие (пористость слоя), скорость потока, температура и загрязненность слоя. Сведения на Рис. 2a, 2b и 2c устанавливают связь между падением давления в единице толщины слоя и скоростью течения и температурой воды для смол DOWEX MARATHON C, DOWEX MARATHON C-10 и DOWEX MARATHON MSC. В зависимости от уровня в классификации слоя более мелкие гранулы в обычной полидисперсной смоле могут заполнять междоузлия между более крупными гранулами, тем самым увеличивая потерю напора. В отличие от традиционных смол одноразмерные гранулы имеют более высокую пористость, что компенсирует наличие гранул меньшего диаметра, обеспечивая характеристики падения напора DOWEX MARATHON, схожие с обычными смолами.

Эксплуатация смолы в натриевом катионировании

Ионообменная способность смол при использовании в натриевом катионировании зависит от следующих факторов:

допустимая остаточная жесткость обрабатываемой воды (потеря, утечка) данные анализа необработанной воды условия эксплуатации такие, как уровень регенерации

Уровень утечки жесткости показан на Рис.3а-3с как отображение общего содержания растворенных твердых веществ в необработанной воде (TDS, представленное как минерализация в миллионных долях CaCO3) и на различных уровнях регенерации смолы.

Концентрации ионных видов в воде могут быть выражены в разных единицах в разных странах. Следующая таблица представляет коэффициент преобразования для общеупотребительных единиц миллиэквиваленты/литры (meq/l) и миллионные доли CaCO3.

миллионные доли CaCo3	Мг-экв/л
1гран/амер. галлон	17.1	0.342
Миллионные доли CaCO3	1.0	0.020
Градус жесткости Кларка (англ.)	14.3	0.285
Французские градусы жесткости	10.0	0.200
Немецкий градус	17.9	0.357
Кгр/фут	2,288	45.8

Для получения миллионных доль CaCO3 или мг-экв/л умножьте на коэффициент преобразования. Разделите на коэффициент преобразования для получения разных единиц из чисел, выраженных как миллионные доли CaCO3 или мг-экв/л.

Проектирование установки умягчения воды при процессах параллельного и встречного потока

Методология проектирования установки для параллельного и встречного потока заключается в определении рабочей производительности смолы, основанной на опорном множестве эксплуатационных условий, а затем в применении поправочного коэффициента к особенным условиям дизайна (проекта). Исходными условиями являются:

линейный поток со скоростью 12м/час (5 гал в мин/фут2) или 16 объемов слоя/час температура 20◦С (68◦F) 500 миллионных долей общего содержания растворенных твердых веществ в сырье 75см (30Ё) толщины слоя смолы 10% NaCl-регенерационного раствора  при продолжительности контакта 25 минут предельное значение общей жесткости, равное 3% (15 миллионных долей CaCO3), для параллельного потока

Прежде, чем приступить к проектированию, необходимо обратить внимание на определенные условия, свойственные установке умягчения воды  (например, температура, окислитель), которые могут повлиять на выбор смолы. Описание проектирования представлено ниже.

Модель с совместным потоком

Основываясь на Рис.3а-3с, определите степень регенерационного раствора для исходного сырья с определенным содержанием растворенных твердых веществ с целью обеспечения соответствующей потери жесткости. Используя Рис.4, определите рабочую емкость смолы на уровне регенерации.

Для проектирования при других условиях необходимо применить поправочный коэффициент к кривой производственной мощности, представленной ниже.

Скорректировать производственную мощность  для TDS (общего содержания растворенных твердых веществ) в питательной воде, используя Рис.5 Скорректировать производственную мощность для температуры питательной воды, используя Рис.6 Скорректировать производственную мощность для %Na/TH(общая жесткость) сырья, используя Рис.7 Скорректировать производственную мощность для предельного значения TH (общей жесткости) (при желании), используя Рис.8

К вычисленной выше производственной мощности смолы примените коэффициент страховых мощностей (при желании) и определите объем смолы, необходимый для получения желаемой пропускной способности установки. Проектировка размеров сосудов описана следующим образом:

7.        Выберите такой объем сосуда, чтобы обеспечить скорость фильтрации с диапазоном между 5м/ч и 50 м/ч (2-20 гал в мин/фут2). Увеличение скорости потока влияет на увеличение в потери жесткости, которая может появляться в определенных пределах под влиянием восстановительных работ. Эта корректировка производственной мощности представлена на Рис.9. Скорректируйте производственную мощность для скорости потока и отрегулируйте в соответствии с этим объем смолы.

8.        Корректировка высоты слоя смолы показана на Рис.10. Сведения о просачивании и мощности, представленные здесь, основаны на глубине слоя смолы, равной 75см (30Ѕ), рекомендованной минимальной глубине. Средняя величина просачивания за цикл ниже для более глубоких слоев из-за непрерывного улучшения качества воды во время выработки. Коэффициенты корректировки мощности показаны слоев глубиной до 300 см (10 футов).

Усовершенствование размеров сосудов необходимо производить с помощью итерации (последовательного повторения) Рис.9 и Рис.10 до получения конечного проекта.

Противоточное устройство

Информация о степени просачивания, представленная на Рис.3а-3с, относится к прямоточному процессу. В конструировании противоточных системах умягчения степень просачивания очень низкая (предположительно, 1 миллионной доли CaCO3), поэтому Рис.3а-3с не используются.

Производственные мощности для противотока соответствуют производственным мощностям, свойственным прямотоку, поэтому при использовании той же методологии могут быть применены Рис.7-10. Обратите внимание, что Рис.8 не соответствует противоточному процессу. В общем, максимальная эффективность выделения солей достигается на более низких уровнях регенерации в то время, как максимальные результаты по мощности достигаются на более высоких уровнях. Таким образом, необходимо установить баланс в зависимости от приоритетов.

Рабочие условия

Кроме информации, представленной выше, ниже приведено дополнительное руководство по устройству и эксплуатации установки умягчения воды:

Концентрация регенерационного раствора

Если все остальные рабочие условия приравнены друг к другу, величина ионообменной способности достигается при использовании 10-12% раствора хлористого натрия.

Время регенерации

Рекомендованное время контакта – по меньшей мере 30 минут. Когда определенные характеристики необработанной воды, которую необходимо  декальцинировать, требуют использования уровня регенерации  выше 200 г/л (12,5 гал в мин/фут3) NaCl (100% основной компонент), рекомендовано более длительное время контакта (около 45 минут).

Процесс промывки

Избыток регенерационного раствора и регенерационного производного удаляется во время промывки необработанной водой после притока регенерационного раствора через обменник. При условии наличия эффективного дренируемого столба требования к промывке сырья составляют 3-6 BV (удельный объем пористого материала).

Соотношения кальция и магния

В основе опубликованных данных лежит соотношение кальция и магния, равное 2/1 (67% общей жесткости как содержание кальция). При увеличении процентного содержания кальция с 67% до 100% рабочая мощность снижается на 5%. При уменьшении содержания кальция с 67% до 33%, мощность увеличивается на 5% с увеличением потери жесткости от 15% до 20%. При содержании кальция менее 33% и рабочая мощность, и потеря жесткости увеличиваются при более быстром потоке.