Меню Рубрики

Установка регенерации отработанных растворов

Регенерация отработанной серной кислоты

Серная кислота — важнейший продукт химической промышленности по объему производства и по раз­нообразию областей применения.

Серная кислота — важнейший продукт химической промышленности по объему производства и по раз­нообразию областей применения.

Крупными потребителями серной кислоты являются химическая и нефтехимическая про­мышленность, металлургия, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли промышленности.

Ежегодно порядка 10% от общего ее производства становится отработанной серной кислотой.

Необходимо утилизировать сотни тысяч т отработан­ной кислоты с целью экономного ресурсопользования и защиты окружающей среды.

Отходы, образующиеся при использовании серной кислоты, включают кроме отработанной серной кислоты травильные растворы, кислые гудроны и сточные воды, содержащие кислоту менее 10 % (по массе).

В России насчитывается более 200 видов отработанной серной кислоты, содержащих около ста видов примесей, в том числе аккумуляторная кислота из отработанных свинцовых аккумуляторов.

Обезвреживание и утилизацию отработанной серной кислоты производят следующими способами:

— нейтрализацией растворов или их огневым обезвреживанием без использования образующихся продуктов;

-использованием (возможно после предварительного упари­вания) загрязненных растворов в других технологических про­цессах;

— регенерацией отходов с получением товарной серной кислоты.

Сточные воды с низкой концентрацией серной кислоты обычно нейтрализуют щелочами.

При содержании в сточных водах примесей нейтрализацию совмещают с огневым методом. Метод нейтрализации применяют при небольших количествах отходов и отсутствии в них органических примесей.

Непосредственное использование отходов кислоты в других процессах ограничено из-за наличия в них примесей.

Отрабо­танную кислоту применяют после очистки и концентрирования в производстве сульфатных минеральных удобрений.

Основная масса отработанной серной кислоты и кислых гудронов подвергается регенерации.

Кислые гудроны — это вы­соковязкие смолообразные жидкости, содержащие серную кислоту и большое количество органических веществ. Содержание кислоты в них составляет 24-89 %.

В зависимости от состава отработанной кислоты применяют различные методы регенерации: термическое расщепление, экстрагирование органических примесей, адсорбцию, каталити­ческое окисление пероксидом водорода, коагулирование, вы­паривание и тд.

Для концентрирования серной кислоты применяются 2 типа установок:

— с непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой.

Установки внешнего обогрева — котлы, так называемые реторты, установки типа Бюшинга, Паулинга, Фришера, Майснера.

В них происходит обогрев кислоты через стенку в аппаратах колонного типа, установки вакуум- аппаратов и установки Дюпон пленочного типа.

Установки с непосредственным соприкосновением горячих газов с кислотой — установки Кесслера, аппараты типа Хемико, работающие в режиме барботирования газов через слой серной кислоты, аппараты Вентури трубного типа.

Суть процесса концентрирования в таких аппаратах заключается в дроблении кислоты на капли благодаря потоку горячего газа.

Оба вида технологий получения концентрированной серной кислоты имеют как положительные, так и отрицательные стороны.

Большим преимуществом установок с внешним обогревом является отсутствие или минимальное количество тумана серной кислоты, образующейся в результате работы концентраторов второго типа, а также получения серной кислоты с крепостью до 98%.

Из-за исключения необходимости очистки выхлопных газов от кислотного тумана дорогостоящих электрофильтрами, можно удешевить техпроцесс .

Но при концентрировании серной кислоты, например, в ретортах до 96% крепости и выше, происходит их быстрое изнашивание из-за высокой температуры кипения серной кислоты, которая достигает 300°С.

При высоких температурах увеличивается испарение и разложение серной кислоты, что ведет к потере количества и качества серной кислоты.

Эти недостатки устранены в установках Майснера, где концентрирование происходит под вакуумом.

Установки Майснера более компактны по сравнению с ретортными установками Паулинга.

Установки с колоннами Майснера занимают менее 40% площади, требующейся для установки реторт Паулинга.

Недостаток установки Майснера:

— малая производительность (выход составляет до 13-15 т/сут).

— растрескивание ферросилидовых царг, проявляющееся в процессе эксплуатации данной установки, а также нарушение уплотнения между царгами.

— необходимость строительства котельных для выработки водяного пара, применяемого в колоннах.

Установки Майснера могутт быть применены только в случаях необходимости концентрирования небольших количеств серной кислоты и для получения при этом серной кислоты высокой концентрации (до 98%).

Установки Дюпон решают проблема растрескивания ферросилидовых материалов и проблему появления неплотностей, путем применения нагревательных труб и метода стекающей пленки.

В установках Дюпон применено новое техническое решение в виде монтажа оборудования с учетом механических и термических напряжений ферросилида, на катках или на пружинных подвесках.

Преимущества: простота устройства, исполнения и обслуживания. Установки по производительности относятся к числу средних, достигая до 25 т/сутки.

Недостатки установок Дюпон:

— загрязнение внутренних поверхностей труб с течением времени, что приводит к снижению их теплопропускной способности,

— необходимость их периодической прочистки и промывки труб с применением большого количества воды.

В России сначала популярными были установки Дюпон, в связи ростом потребности в серной кислоте, более популярными стали установками 2 го типа — с непосредственным соприкосновением греющих газов с кислотой.

Читайте также:  Установка кенгурятника на l200

Преимущества установок Кесслера:

— значительно облегчена передача тепла от топочных газов к серной кислоте,

— концентрируемая кислота не доводится до точки кипения, а большая, открытая поверхность контакта газа и кислоты максимизирует интенсивность процесса массопередачи и теплопередачи,

— возможность работать на любом местном виде топлива: газообразном, жидком, твердом, что значительно увеличивает сырьевые возможности безостановочного перехода с одного вида топлива в случае необходимости на другой.

Недостатки установок Кесслера:

— необходимость периодической чистки рекуператора с выгрузкой насадки,

— большая потеря СК с отходными газами, что составляет порядка 2-2,5%.

Эти установки имеют — 20 т/сутки.

Более перспективны концентраторы барабанного типа.

— концентрирование производится путем барботажа горячих газов через упариваемую кислоту, как в слое кислоты, так и в зоне брызг, где на поверхности капель происходит хорошая теплопередача.

-лучшее использование тепла и переработка большого количества кислоты.

До настоящего времени они считались наиболее удобными, экономичными и практичными для концентрирования серной кислоты.

Работают на мазуте и газе.

— необходимость в поддержании строгого температурного режима топочных газов, так как увеличение его даже на 10 °С довольно быстро разрушает барботажные трубы 1 й камеры концентратора и увеличивают потери кислоты из-за ее термического разложения, которые составляют 10-15% от общего количества.

— образование паров и туманов СК, улов которых требует применение громоздких и дорогостоящих сооружений — электрофильтров, причем сами электрофильтры тоже имеют недостатки — они осуществляют неполный улов сернистых газов и окислов азота, которые выбрасываются в атмосферу; стоимость же их весьма велика и составляет до 30% затрат на всю установку.

Скоростные концентраторы, в которых потоком горячего газа жидкость преимущественно разбивается на мельчайшие капли. Для создания такого процесса концентрирования серной кислоты в капельном состоянии используют аппараты Вентури.

В России наибольшее распространение получила регенерация серной кислоты огневым методом, при котором происходит высокотемпературное расщепление кислоты.

Метод универсален и высокоэффективен.

При огневом методе используется концентрированная серная кислота, поэтому при необходимости предварительно проводят упаривание отрабо­танной кислоты до необходимой концентрации.

Процесс термического расщепления кислоты и окисление органических. примесей проводят при 950-1200 °С, для чего в огневом реакторе сжигают топливо (рис 1).

Рис. 1. Схема установки для регенерации серной кислоты методом термического расщепления (В — воздух; Т- топливо)

Сернокислотные растворы с помощью форсунок распыляют в потоке продуктов сгорания топлива в огневом реакторе 1.

Туда же с помощью воздуходувки 2 подается воздух, предварительно пропущенный через воздухоподогреватель 4.

Органические примеси при этом окисляются с образованием С02 и Н20, а серная кислота расщепляется с образованием SО2

Сернистый газ из огневого реактора поступает в котел-утилизатор 5, а из него — в систему очистки 6, где очищается от пыли, сернокислотного тумана и подвергается осушке, после чего с помощью газодувки 7 подается в узел получения кислоты 8.

Насыщенный пар из котла — утилизатора 5 подается на пароперегреватель 3, а оттуда — потребителям.

Очищенные дымовые газы с помощью дымососа 9 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 10.

Огневая регенерация серной кислоты из отходов позволяет одновременно с их обезвреживанием получать товарную про­дукцию высокого качества.

Это приводит к сокращению расходов природного сырья и снижению затрат на производство серной кислоты на 25-30 % по сравнению с ее производством из первичного сырья (элементарной серы).

Для рентабельной регенерации серной кислоты из рас­сматриваемых отходов необходимо их предварительное обез­воживание (концентрирование).

В связи с отсутствием в отходах летучих веществ концентрирование можно осуществить методом упаривания в контактных теплообменниках за счет теплоты отходящего из огневого реактора сернистого газа.

При этом одновременно происходит закалка газа.

Содержание воды в упаренном растворе зависит от тем­пературы отходящих из огневого реактора газов и от содержания воды в исходном растворе.

Если в исходном растворе имеется 60-70 % воды, то после упаривания его отходящими газами с температурой 950-1000 °С содержание воды снижается до 35- 40 %.

При огневой переработке таких растворов концентрация S02 в сухом сернистом газе — не менее 7 %.

Сильно разбавленные растворы, содержащие более 80 % воды, после упаривания содержат ее не более 60 %. При огневой переработке таких растворов с целью получения сернистого газа с содержанием 802 не менее 6 % в качестве топлива используют серу или сероводород, а также обогащают кислородом дутьевой воздух.

Для более полного превращения S03 в S02 в огневом реакторе целесообразно 2-ступенчатое сжигание топлива.

В 1й ступени термическое расщепление серной кислоты и сульфатов осуществляется в восстановительной газовой среде (в продуктах неполного горения топлива), а во 2й ступени происходит дожигание продуктов неполного горения за счет подачи вторичного воздуха.

Читайте также:  Установка птф митсубиси асх 2013

При огневой утилизации отработанных травильных растворов и гидролизной серной кислоты получают побочный продукт — порошкообразный оксид железа.

Если травильные растворы не загрязнены различными примесями, получаемый оксид железа применяется в производстве красителей, активных катодных масс, ферритных порошков, полирующих паст и т д.

Загрязненный оксид железа используется как металлургическое сырье.

В процессе регенерации травильных сернокислотных растворов образуется сульфат железа, который можно использовать непосредственно без дополнительной обработки как ядохимикат, а также для мелиорации почв и очистки сточных вод. Этот продукт может использоваться после соответствующей переработки как сырье для получения серы и оксида железа.

Существуют методы переработки сульфата железа в сернистый газ (а следовательно, в серную кислоту).

Разработа­на технология получения серной кислоты путем одновремен­ного сжигания сульфата железа и серы в реакторе с кипящим слоем.

Процесс проводят при температуре 900-1000 °С. Обра­зующиеся в процессе сжигания пульпы, состоящей из сульфата железа и серы, продукты сгорания (сернистый газ и вода) подвергаются очистке от пыли, охлаждаются до 290-300 °С и направляются на получение серной кислоты по классической схеме.

источник

Регенерация ионообменной смолы

Процесс очистки воды методом ионного обмена проходит в фильтрах ионообменного действия. В промышленных установках умягчения регенерация ионообменной смолы проводится автоматически с помощью клапанов управления, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и промывания. Аналогично этот процесс происходит в фильтрах умягчения для частных и загородных домов. Домашние фильтры картриджного типа необходимо промывать самостоятельно при утрате ионообменным материалом сорбционных свойств. Регулярность промывки ионообменной смолы зависит от качества поступающей воды, интенсивности использования фильтра.

Что такое ионообменная смола и где она применяется

Ионообменная смола представляет собой синтетическое органическое высокомолекулярное соединение, которое имеет в составе ионогенные группы, диссоциирующие в растворе и способные к обмену подвижных ионов на другие ионы, содержащиеся в водной среде. Свойства ионитов определяются природой функциональных групп:

  • в анионитах: -NH 3- , =NH 2+ , =N + =, =P + =, ≡S + ;
  • в катионитах: AsO3 2- , -COO, -PO3 2- , -SO3 2- .

Ионообменные смолы представляют собой мелкие зерна или гранулы разных геометрических параметров и размеров в зависимости от метода получения: при полимеризации получаются практически идеальные сферы, поликонденсационные смолы имеют гранулы неправильной формы. Размеры варьируются от нескольких микрон до 1,5 мм.

По структуре полимерной основы ионообменные смолы бывают гелевые (непористые) и изопористые. Величина обменной емкости ионита зависит от числа активных групп на поверхности зерен, размера пор, углублений, каналов в его структуре.

Ионообменные смолы применяют для деминерализации, умягчения, обескремнивания водных растворов, избирательного удаления определенных ионов. Применение ионитов в технологических процессах позволяет сократить трудоемкость многих операций, переводя их на непрерывный процесс, и получить конечные продукты в более чистом виде. Ионообменные фильтры используют в быту для получения мягкой воды, применяемой при приготовлении пищи, стирке, на другие хозяйственные нужды.

Как можно регенерировать ионообменную смолу

При насыщении смолы удаляемой группой ионов до проскока их в фильтрат происходит истощение ионита. Процесс восстановления первоначальной формы ионообменной смолы называется регенерацией.

В процессе водоподготовки по мере прохождения исходной воды через катионитовый слой, количество катионов Na + , способных к обмену, уменьшается, а число катионов Mg 2+ и Ca 2+ , отсорбированных на смоле, увеличивается. Ионные процессы обратимы, поэтому по мере насыщения обрабатываемой воды Na + , замедляется поглощение ионов, обуславливающих жесткость, и ионообменная очистка теряет свою эффективность. Для этого и нужен процесс регенерации ионообменной смолы.

Полезная обменная емкость катионита зависит от:

  • вида удаляемых из водного раствора ионов;
  • соотношения солевых компонентов в водном растворе;
  • величины рН;
  • высоты катионитового слоя;
  • скорости потока фильтруемой воды;
  • интенсивности эксплуатации;
  • расхода регенерирующего раствора.

После истощения катионита его отключают на регенерацию ионообменной смолы. В промышленных установках продолжительность восстановления фильтра с ионообменной смолой составляет примерно 1,5-2 часа:

  1. взрыхление 15 — 25 мин;
  2. фильтрование регенерата 20 — 25 мин;
  3. отмывание 40 — 50 мин.

Взрыхляют катионитовый слой восходящей струей исходной воды, отработанным раствором после регенерации ионообменной смолы или отмывочным водным раствором.

В домашних условиях восстановление картриджа с ионообменной смолой проводится выдерживанием ионообменной смолы в регенерирующем растворе в течение 8 — 10 часов при периодическом перемешивании. Частота промывки ионитового картриджа зависит от жесткости поступающей в него воды. Первым сигналом того, что ионит исчерпал свою обменную емкость, будет образование накипи на посуде при кипячении.

Чем регенерируют ионообменные смолы

Существует несколько реагентов для процесса регенерации ионообменной смолы

Читайте также:  Установка ворот alutech самостоятельно

Соль таблетированная для регенерации ионообменных смол

В связи с доступностью и небольшой стоимостью хлорида Na, он стал основным реагентом для восстановления фильтров с ионообменными смолами, используемых при водоподготовке. Образующиеся после восстановления поваренной солью MgCl2 и CaCl2 полностью растворяются в воде, в отличие от CaCO3, образуемом при регенерации карбонатом Na, или CaSO4 при применении сульфата Na.

Процесс регенерации ионообменной смолы можно представить:

Раствор технической соли NaCl в промышленных установках пропускают сквозь натриевый ионит с интенсивностью 2 — 4 м/ч. Концентрация раствора NaCl составляет 6 — 9%. При жесткости фильтрата до 0,25 мг/л берут раствор с содержанием соли 6%, при жесткости меньше 0,06 мг/л предусмотрена поэтапная регенерация разбавленным 2 — 4% хлоридом натрия в пересчете 1,1 м 3 раствора на 1 м 3 катионита, затем более концентрированным 8 — 10% хлоридом Na. Регенерация ионообменных смол поваренной солью наиболее часто используется в промышленности.

Повышение температуры ускоряет диффузию ионов, поэтому рекомендуется нагревать умягчаемую воду и регенерирующий раствор до 35 — 45°С, если это допускает технологический процесс.

Восстановление ионообменной смолы кислотой и щелочью

Кроме раствора поваренной соли промывку ионообменной смолы проводят кислотой (соляной, лимонной и т.д.) или щелочь. Это необходимо для регенерации специальных ионообменных смол, которые применяются для деминерализии воды. Данный процесс должен проводиться под контролем специалистов.

Расчет соли для регенерации ионообменной смолы

Расход NaCl (кг) на один цикл регенерации натриевого катионита рассчитывают по формуле:

где V — количество ионообменной смолы, л; a — расход NaCl на 1 г-экв полезной ионообменной емкости ионита (для одноступенчатой системы — 160 — 210 г/г-экв; для фильтра первого этапа в двухэтапной системе равен 130 — 160, второго этапа — 250 — 350 г/г-экв).

Как провести регенерацию ионообменной смолы

В промышленных установках ионообменной фильтрации, восстановление сорбционной способности фильтра заложено в технологический процесс работы оборудования. Методику восстановления ионообменной смолы можно описать четырьмя ступенями.

Прохождение водного раствора через катионитовый слой с интенсивностью 15 — 30 м/ч до появления установленной нормативным допуском жесткости в фильтрате.

  1. Взрыхление ионита восходящей струей исходной воды, отработанного регенерационного раствора или промывных вод со скоростью 2 — 5 л/(с*м 2 ).
  2. Стравливание воздуха, чтобы избежать разбавления регенерата.
  3. Восстановление катионита посредством пропускания соответствующего раствора с интенсивностью 4 — 6 м/ч.
  4. Отмывание катионитового слоя исходной водой (скорость потока 8 — 10 м/ч).

Восстановление ионообменной смолы в домашних условиях

Регенерацию картриджей с ионообменной смолой бытовых фильтров можно проводить самостоятельно по мере их истощения с использованием технической поваренной соли. Также популярным вопросом является «Сколько регенерировать ионообменную смолу?». В зависимости от устройства фильтра, промывание проводится непосредственно в фильтрующем блоке или посредством регенерации ионообменной смолы в отдельном сосуде. Инструкция по регенерации ионообменной смолы:

  • Необходимо снять картридж с ионообменной смолой из установки фильтра.
  • Колбу фильтра нужно тщательно вымыть.
  • Приготовить насыщенный раствор для регенерации смолы ионообменной NaCl из расчета 100 гр технической поваренной соли на 1 л теплой (40 — 45°С) воды (нельзя использовать йодированную соль).
  • В разборных картриджах высыпать ионит в отдельную емкость, залить раствором соли, оставить на 7 — 8 часов, периодически перемешивая.
  • При невозможности извлечь смолу, соляной раствор заливают прямо в картридж до заполнения (около 2 л). Картридж с катионитом помещают обратно в колбу, доливают приготовленный раствор (еще примерно 0,5 л) и оставляют на 8 — 10 часов.
  • Извлеченный ионит промывают под проточной водой несколько раз и засыпают в емкость фильтра.
  • Картридж вынимают из раствора соли, и остаток NaCl (около 2,5 л) проливают через него тонкой струей. Затем картридж промывается 2 — 2,5 л воды до исчезновения соленого вкуса.
  • После сборки фильтра, нужно пропустить через него воду в течение 3 — 4 минут.

Регенерация или замена: сколько раз можно регенерировать ионообменную смолу

Необходимая глубина умягчения при фильтровании воды через катионитовый фильтр может быть достигнута только при правильно выбранных и точно рассчитанных параметрах его работы. Регенерацию можно проводить много раз, но после каждого восстановления степень умягчения воды будет снижаться. Когда смола перестала восстанавливать свои первоначальные обменные свойства, картридж или загрузка фильтра подлежит замене на новый.

Мы знаем все о регенерации смол ионного обмена

Мы предлагаем ионообменные фильтры для бытового использования и промышленные установки для умягчения воды разной конструкции и обменной емкости, а также техническую поваренную соль для осуществления своевременной регенерации ионообменной смолы. Получить подробную консультацию и сделать заказ можно по телефону или электронной почте. Оформление заказа также возможно через форму обратной связи на сайте.

источник

Добавить комментарий