Деминерализация воды

Описание процесса

Для многих применений необходимо удалить все ионы из воды. В частности, когда вода нагревается для получения пара, любые примеси могут выпасть в осадок и вызвать повреждения. Поскольку в воде есть катионы и анионы, мы должны использовать два разных типа смол: катионообменник и анионообменник. Эта комбинация производит чистую воду.

Деминерализация также называется деионизацией. Катионит используется в водородной форме (H⁺), а анионит в гидроксильной форме (OH⁻), поэтому катионит должен регенерироваться кислотой, а анионит — щёлочью.

Дегазатор используется для удаления углекислого газа, образующегося после катионного обмена, когда вода содержит значительную концентрацию бикарбонатов.

Схема СКК — (ДЕГ) — СОА

Рассмотрим простую систему деминерализации, включающую сильнокислотный катионит в H⁺-форме, дегазатор (опционально) и сильноосновный анионит в OH⁻-форме.

Первый этап — декатионирование:

С кальцием вместо натрия (также применимо для магния и других двухвалентных катионов):

На втором этапе все анионы удаляются сильноосновной смолой:

Слабые кислоты, образовавшиеся после катионного обмена (угольная и кремниевая), удаляются аналогично:

Наконец, ионы H⁺, созданные на первом этапе, реагируют с ионами OH⁻ второго этапа, образуя молекулы воды. Эта реакция необратима:

Что происходит с водой

1. Катионный обмен (удаление всех катионов) с последующей дегазацией:

Исходная

СКК (H)
→

Декатионир.

ДЕГ
→

Дегазир.

2. Анионный обмен (удаление всех анионов — сильных и слабых кислот):

Дегазированная

СОА (OH)
→

Деминерализованная

Деминерализованная вода полностью свободна от ионов, за исключением небольших остаточных следов натрия и кремния, потому что смолы СКК и СОА имеют наименьшую селективность к этим ионам.

Схема СлКК/СКК — ДЕГ — СлОА/СОА

Поскольку слабокислотные и слабоосновные смолы обеспечивают высокую рабочую ёмкость и очень легко регенерируются, они используются в комбинации с сильнокислотными и сильноосновными смолами на крупных установках.

Первый этап с СлКК смолой — декарбонизация (удаление бикарбонатной жёсткости), а второй этап с СКК удаляет все оставшиеся катионы. СлКК смола используется, когда и жёсткость, и щёлочность присутствуют в больших относительных концентрациях в исходной воде.

СлОА смолы удаляют только сильные кислоты после катионного обмена. Они не способны удалять слабые кислоты, такие как SiO₂ и CO₂:

На последнем этапе требуется СОА смола для удаления слабых кислот:

Что происходит с водой

1 и 2: Катионный обмен, начиная с удаления временной жёсткости (СлКК), затем удаление всех оставшихся катионов (СКК):

Исходная

СлКК
→

Декарб.

СКК
→

Декатион.

3 и 4: Анионный обмен после дегазации, начиная с удаления сильных кислот (СлОА), затем слабых кислот (СОА):

Дегазир.

СлОА
→

Частично

СОА
→

Демин.

Линия деминерализации (нажмите для увеличения)

Регенерация

Регенерация выполняется сквозным потоком (thoroughfare): регенерант сначала проходит через сильную смолу, которая требует избытка регенеранта, а регенерант, не израсходованный сильной смолой, обычно достаточен для регенерации слабой смолы без дополнительной дозировки.

Катиониты регенерируются сильной кислотой, предпочтительно HCl, потому что H₂SO₄ может осаждать кальций.

Аниониты регенерируются каустической содой (NaOH).

Регенерация линии деминерализации (нажмите для увеличения)

Применения

• Вода для котлов высокого давления на атомных и тепловых электростанциях. См. также полировка конденсата
• Технологическая вода для многих применений в химической, текстильной и бумажной промышленности
• Вода для аккумуляторов
• Вода для лабораторий
• Промывочная вода для производства компьютерных чипов и электронных устройств. См. ультрачистая вода