Магниевой амальгамы

/WCa и /Жм — кальциевая и магниевая ^жесткость исходной воды мг-экв/кг.

где /WMg — магниевая жесткость, мг-экв/кг.

где [НСО3]исх — бикарбонатная щелочность исходной воды; [Mg]Hcx — магниевая жесткость исходной воды; [СО2]исХ — содержание СО2 в исходной воде; Дк — доза коагулянта, обычно составляющая 0,25 — 0,5 мг-экв/л; Я„ — избыток извести, который принимают 0,05 — 0,2 мг-экв/л.

И. 3. Макинским предложен и проверен в промышленном масштабе термохимический способ глубокого умягчения морской воды [22]. Сущность этого способа состоит в том, что в морскую воду добавляется известь, в результате чего магниевая жесткость переходит в кальциевую с образованием осадка гидроокиси магния. Известкованная вода поступает в термоумягчитель, где нагревается, смешиваясь с паром, до 160—165 °С. Так как содержание ионов SCu в каспийской воде почти эквивалентно ее жесткости, то жесткость известкованной воды состоит в основном из сульфата кальция. При 160—165 °С резко снижается растворимость сульфата кальция, он выделяется в осадок, а жесткость воды уменьшается от 75—80 до 20—25 мг-экв/л. Следует заметить, что для воды с недостаточным содержанием ионов SO,», например для океанской воды, метод требует предварительного добавления SO4.

По формуле (2.22) определялась жесткость умягченной воды и строились кривые для исходного состава воды Каспийского моря (/), Черного моря (2), океанской (3) и пресной воды (р. Кура) 4 в зависимости от жесткости регенерационного раствора (рис. 2.2,а), а также жесткости фильтрата в зависимости от солесодержания умягчаемой воды (рис. 2.2,6) при жесткости регенерационного раствора 20 и 50 мг-экв/л. При расчетах принималось, что регенерация катионита КУ-2-8 осуществляется 10%-ным раствором поваренной соли до равновесного состояния. По формуле (2.24) определялась остаточная магниевая жесткость фильтрата в зависимости от содержания ионов магния в реге-нерационном растворе и от кратности упаривания (рис. 2.3 кривые 2, 4). Значения fca//2Na и /Mg//2Na при проведении расчетов брались из табл. 2.2, составленной на основании данных [34, 35] (при ^=25 °С).

Эффективность установок, представленных на рис. 7.2,а — в, можно существенно повысить, если из концентрированной части отработавших растворов Ндп после отдельной обработки получить слабый раствор кислоты, который может быть использован для регенерации. Принципиальная схема такого способа обработки воды представлена на рис. 7.3. По ней Ндп работает до проскока жесткости и регенерируется стехиометрическим количеством кислоты. Стоки фильтра Ндп представляют собой смесь сульфатов кальция и магния. Слабоконцентрированная часть этих стоков собирается отдельно и направляется в осветлитель исходной воды; концентрированная же часть собирается также отдельно и подвергается известковой обработке. При этом магниевая жесткость переходит в кальциевую и еще больше повышает пересыщенность раствора по сульфату кальция. После отделения осадка получается раствор с жесткостью, равной 42—45 мг-экв/л. Этот раствор пропускается через фильтр Ндп, в результате чего получается слабый раствор серной кислоты с концентрацией 40—43 мг-экв/л. Последний используется для приготовления регенерационного раствора Ндп, включенного в линию обессоливания воды, а также для приготовления регенерата и отмывки Ндп, включенного в линию обработки отработавшего раствора. Исследованиями установлено, что по этой схеме увеличение солесодержания от возврата слабоконцентрированной части отработавших стоков в осветлитель исходной воды не превышает 5—10%.

Для обработки воды и для утилизации сточных вод обессоли-вающих установок допустимо применять в качестве реагента каустический магнезит, полуобоженный доломит или гидроокись магния. На рис. 7.7,г представлена схема комбинированной установки обессоливания и умягчения воды, при которой в Ох исходная вода подвергается известковой обработке. Образующийся шлам, представляющий собой в основном СаСОз и Mg(OH)2l, направляется в Оу, где под воздействием Mg(OH)2 происходит распад ионов НСО3 и образование ионов СО3. В результате этого происходит снижение кальциевой жесткости, поступающей как с исходной водой, так и с отработавшим раствором Н-катионитно-го фильтрата. В результате кальциевая жесткость и щелочность воды снижаются до необходимой нормы, а ее магниевая жесткость оказывается выше, чем в исходной воде.

вся магниевая жесткость раствора переводится в кальциевую. При этом степень пересыщенности раствора по сульфату кальция еще более увеличивается. После осаждения сульфата кальция раствор из кристаллизатора с остаточной жесткостью 20—30 мг-экв/л направляется в емкость 7, смешивается с остальной частью стоков Na-катионитных фильтров и подается в двухпоточные Na-ка-тионитные фильтры 8, где глубоко умягчается. Умягченный раствор после Na-катионитных фильтров собирается в бак 9, куда подаются и стоки Н-фильтров 4. Смесь этих растворов упаривается в испарителе 10, концентрат собирается в бак продувочных вод 11 и используется для регенерации Na-катионитных фильтров по умягчению как известкованной исходной, так и сточных вод. Отработавшие растворы Na-катионитных фильтров, умягчающих стоки, также направляются в кристаллизатор 6 и бак 7.

Если в этом случае дозировать известь в большем количестве, то будет происходить выделение Mg2"*" в составе Mg(OH) 2. Однако это не будет сопровождаться снижением щелочности или жесткости воды; магниевая жесткость будет лишь заменяться кальциевой. Этому случаю отвечает процесс взаимодействия извести с «некарбонатной магниевой жесткостью»:

При прочих равных условиях остаточная кальциевая жесткость тем меньше, чем больше в умягченной воде содержится ионов СО~. Содержание последних зависит от величины принятого избытка соды над теоретически необходимым количеством ее; остаточная магниевая жесткость тем меньше, чем больше в умягченной воде ионов ОН (или, что то же самое, чем выше рН этой воды); это зависит от принятого избытка извести.

Высота зоны осветления, м . . . . Удельная доза MgO в составе обес-кремнивающего реагента, мг/мг . Потребная для обескремнивания магниевая жесткость воды мг-экв/л

На рис. 3.13 сопоставлены результаты опытов П. О. Сирого [42] с паро-ртутной смесью и опытов М. И. Корнеева [43] со смесью ртутного пара и жидкой ртутно-магниевой амальгамы.

Рис. 5.6. Средняя теплоотдача при течении ртути и магниевой амальгамы [3, 34]:

На рис. 10.1 в логарифмических координатах приведена зависимость коэффициента теплоотдачи от температурного напора при кипении воды и магниевой амальгамы на горизонтальной трубке в условиях свободной

В 1955 г. М. И. Корнеевым [43, 178] опубликованы результаты исследования теплоотдачи при пузырьковом кипении магниевой амальгамы на внешней поверхности вертикальных и горизонтальных труб, погруженных в большой объем кипящей жидкости. Позднее аналогичная работа была выполнена Бониллой, Бушем, Сталь-дером [179].

М. И. Корнеев [43] изучал теплоотдачу при кипении магниевой амальгамы в вертикальных трубах диаметром 12 и 40 мм с естественной циркуляцией. Было установлено, что коэффициент теплоотдачи практически не зависит от сухости пара, вплоть до объемных паросодер-жаний около 99%. Дальнейшее увеличение паросодер-жания приводило к резкому снижению коэффициента теплоотдачи. При объемных паросодержаниях, меньших 99%, зависимость коэффициента теплоотдачи от удельной тепловой нагрузки имела тот же характер, что и при кипении в большом объеме.

Результаты опытов Роми и др. [183], исследовавших теплоотдачу при кипении магниевой амальгамы в трубе диаметром 11 мм, также удовлетворительно согласуются (рис. 10.6) с данными М. И. Корнеева [43, 178] по кипению в большом объеме.

Рис. 10.б. Теплоотдача при пузырьковом кипении ртути и магниевой амальгамы:

Присадка поверхностно-активного вещества способствует возникновению пузырькового кипения. Однако область плотностей теплового потока, в которой сохраняется этот режим, зависит от концентрации присадки. На рис. 10. 10 приведены данные по кипению магниевой амальгамы ртути на вертикальной стальной .трубке, расположенной в большом объеме жидкости [43, 178]. Опыты проведены при различных концентрациях магния. Как видно 'из рисунка, для различных концентраций магния зависимость a = f(q) в области пузырькового кипения практически одна и та же. Через все опытные точки можно провести единую осредняющую линию с показателем степени при тепловой нагрузке, близким к 0,7. Однако переход к пленочному кипению происходит при различных плотностях теплового потока. Это видно из рис. 10. 11, где приведена построенная по данным работ [43, 178] зависимость величины g^p-i для ртути, кипящей при атмосферном давлении, от весовой концентрации

* При составлении графика на рис. 10.6 не использованы опытные точки, полученные в работе [122], по кипению магниевой амальгамы в большом объеме. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными в остальных работах, по характеру зависимости коэффициента теплоотдачи от давления и удельной тепловой нагрузки (а ~ р • q • ), однако по абсолютному значению они лежат примерно на 50% выше. Причина такого расхождения в настоящее время недостаточно ясна.

Опыты по теплоотдаче при кипении магниевой амальгамы внутри горизонтальных трубок были проведены М. И. Корнеевым [43].

На рис. 3.2 сопоставлены результаты опытов П. О. Сирого-и др. [12] с парортутной смесью и опытов М. И. Корнеева [13] со смесью ртутного пара и жидкой ртутно-магниевой амальгамы, смачивающей стенку. На рис. 3.1 и 3.2 по оси ординат от-