Катионитовый фильтр

На многих предприятиях запрещено применять питьевую воду. Для сложных технологических процессов она считается недостаточно очищенной. Если для питьевой жидкости допустима жесткость 7 мг-экв/л при централизованном водоснабжении и до 10 мг-экв/дм³ при нецентрализованной подаче, то для многих предприятий даже показатели 1-2 мг недопустимы: в технологической воде высокой очистки вообще не должно быть солей. Рассмотрим, каким способом достигается 100-процентная деминерализация: катионитовый фильтр - что это такое, принципы его работы, особенности применения.

Что такое катионитовый фильтр 

Промышленный фильтр катионитовый - это фильтр умягчения. Его другие названия: натрий-катионитовая установка или фильтр ионитовый противоточный (ФИП).

При применении ФИП производится сложный процесс катионирования - замещение ионов солей жесткости (ионный обмен). Самые вредные соли, которые разрушают (разъедают) нагревательные элементы, трубопроводы и детали гидрооборудования, это соли кальция и магния (накипеобразователи). Их присутствие ускоряет коррозию металла, вызывает прорывы трубопроводов, утечки пара и прочие аварийные ситуации. Это главные виновники, которые резко сокращают срок службы гидротехнического оборудования.

Для полного удаления солей из воды применяют сильнокислотные фильтрующие загрузки:

• Purolite;
• PureResin;
• Lewatit S 1567; C 249NS.

Так как в воде присутствует водород, он тоже участвует в реакциях обменного процесса, поэтому фильтрующие загрузки ионообменных установок называют регенерируемыми h-катионитовыми фильтрами.

Принцип работы катионитового фильтра

Внутреннее и внешнее устройство и принцип работы катионитового фильтра отвечают технологиям ионного обмена. Внутрь корпуса ионообменной установки засыпается фильтровальный материал (катионит) - смесь ионообменных смол, которая заполняет примерно 2/3 объема. Сверху остается небольшое свободное пространство.

Рабочий цикл состоит из нескольких ступеней:

• водоочистка - умягчение;
• взрыхление фильтрующего состава;
• регенерация фильтра;
• промывка.

Вода под напором подается внутрь корпуса, сверху вниз проходит через катионит. При ее прохождении через фильтр производится замена ионов кальция и магния, находящихся в водном растворе, ионами натрия, которые содержатся в реагенте, ускоряющем реакцию химического обмена при катионитовой очистке воды. За счет удаления из раствора солей жесткости вода умягчается, но фильтр сильно загрязняется.

При работе установки смола загрязняется, ее обменная емкость уменьшается. Для восстановления объема и повышения очистительной способности фильтрующую загрузку взрыхляют струей воды, подающейся снизу вверх. Затем гранулированную загрузку регенерируют солями натрия для восстанавливая работоспособности, используя 5-8% раствор NaCl, после чего отмывают от осадка и реагента.

Ионообменные смолы можно использовать многократно, чередуя рабочие циклы умягчения воды катионитовым методом, регенерацию и промывку гранул.

При подготовке натрий-катионитового фильтра к эксплуатации необходимо:

• проверить, не засорены ли дренажные отверстия;
• убедиться, что в гранулированной смоле нет пылевидных частиц менее 0,25 мм либо их величина не превышает 5% от общего объема;
• коэффициент неоднородности гранул не менее 2;
• первый слой катионитовой загрузки высотой 2-4 см нужно укладывать аккуратно, чтобы не повредить элементы нижней дренажной системы;
• последующие слои формировать поочередно высотой 75-100 мм;
• после укладки каждого поочередного слоя гранул произвести взрыхление катионитового фильтра напором воды снизу вверх.
• не превышать высоту засыпки, указанную в инструкции, лучше не догружать на 7-10 см до проектной отметки (сверху оставляют свободное пространство с учетом набухания фильтра за счет выпадения примесей);
• после засыпки всего объема в течение 30 минут производят рыхление;
• после завершения подготовительных работ закрывают люк и начинают рабочий процесс.

Лучше загружать смолу в емкость, немного наполненную водой. Если гранулят содержит большое количество пылевидных частиц, при промывке их вынесет потоком воды. Промежуточные взрыхления каждого слоя продолжают до тех пор, пока не будет выходить светлая вода, вымывшая всю пыль. На каждый 1 м³ смоляного фильтра расходуется примерно 3-5 л воды.

Назначение и устройство катионитового фильтра

Катионитовая установка для умягчения воды состоит из основных элементов:

• прочный корпус;
• два распределительных устройства: верхнее и нижнее;
• пробоотборник;
• подключенные трубопроводы;
• запорная арматура;
• приборы контроля.

Корпус, в котором производится натрий-катионитовая водоочистка, изготовлен из толстой стали или прочного стеклопластика, выдерживает высокое рабочее давление 0,4-0,6 МПа. Он имеет овальную форму, выполнен в виде высокого цилиндра-обечайки, к которому с обеих сторон (верхней и нижней) строго вертикально приварены эллиптические днища.

В верхней части предусмотрен люк шириной до 400 мм. Через него внутрь цилиндра загружают фильтрующий материал, периодически осматривают внутреннюю поверхность, при необходимости производят монтажные работы. Сверху подсоединяется трубопровод, через который внутрь подается исходный водный раствор, который нуждается в умягчении. Через верхнее распределительное устройство вводится регенерационный раствор.

Через отверстие с нижней стороны, герметично закрытое заглушкой, производится выгрузка отработанного фильтрующего материала при его замене. В нижнем распредустройстве происходит сбор отработанной и распределение взрыхляющей воды. Через патрубок, встроенный в нижнее днище, производится удаление отработанной воды.

Предусмотрено приспособление в виде трубки с вентилем для отвода воздуха, который накапливается в верхней части корпуса.

Манометры показывают давление воды на входе и выходе из катионитового фильтра.

Через пробоотборное устройство (пробоотборник) периодически берут пробы умягченной воды на анализ. При малейшем превышении показателей жесткости отключают рабочий процесс и переходят к регенерации и промывке.

В автоматических системах процесс умягчения отслеживает автоматика: режим смены циклов производится с помощью клапана управления. Он срабатывает при определенных показаниях датчиков или по времени, указанному в настройках. Как только жесткость достигнет предельно допустимой величины (например, 0,1 мг-экв/л), цикл водоочистки завершается: натрий-катионитовый фильтр подвергается регенерации. Автоматика сводит к минимуму отбор контрольных проб и анализ показателей.

Натрий-катионитовые фильтры для котельных 

Катионитовую водоподготовку применяют на многих предприятиях теплоэнергетики, особенно в котельных. Количество, размеры, характеристики натрий-катионитовых фильтров подбирают в зависимости от мощности котельной станции, скорости фильтрования потока, суточного объема обрабатываемой воды, численности ступеней очистки, марки фильтровального материала. Габариты и вес фильтрующей засыпки зависит от производительности системы.

Стандартные размеры натрий-катионитовых установок:

• Ду (условный диаметр фильтра) - 500-3400 мм;
• высота фильтрующего слоя - 1000-2500 мм;
• вес установки - 300-6500 кг;
• производительность - 10-220 м3/час.

В котельных могут использоваться натрий-катионитовые фильтры прямоточного и противоточного типа, включая противоточные с зажатыми слоями.

При глубоком очищении в котельных применяют параллельно-точные катионитовые фильтры второй ступени ФИП II. Они производят полное химическое очищение водных растворов от солей. Их устройство и принцип действия схожи с ФИП I.

Характеристики катионитового фильтра ФИП II:

• рабочее давление - 6 бар (0,6 Мпа);
• производительность - 40-350 м³/час;
• высота слоя фильтрующей загрузки - 1,5 м (1500 мм);
• условный диаметр фильтра - 1000-3000 мм (1-3 м);
• вес с загрузкой - 910-5000 кг.

После выхода из установки ФИП I вода подается на ФИП II, проходит через гранулированную фильтрующую загрузку. Затем также производится рыхление уплотнившегося фильтра для насыщения его ионами поваренной соли и 1-2% раствором серной кислоты. При такой процедуре фильтровальный элемент насыщается ионами NaOH. Рекомендованное время фильтроцикла восстановления катионитовых фильтров - не менее 30 мин. можно ориентироваться по цвету воды, используемой для промывки. На выходе она должна быть светлой, без мути. После регенерации и промывки катионитовый фильтр снова готов к умягчению воды.

Монтаж систем умягчения производится с учетом требования стандартов. После монтажа установку не менее 10 минут подвергают тестовым испытаниям под пробным давлением. Рабочие параметры: температура воздуха не ниже 5°С, температура воды 5-40°С.

Продажа фильтров водоочистки от компании Diasel Engineering

Мы продаем профессиональное и бытовое оборудование для водоподготовки и водоочистки, комплектуем производственные линии с натрий-катионитовыми фильтрами 1 и 2 ступени. Подбираем фильтрующие элементы с учетом требования заказчиков. Дополняем установки солевыми баками для подачи раствора поваренной соли. Обеспечиваем клиентов гранулированной фильтрующей загрузкой и таблетизированным натрием.

Загрузки Lewatit NM-60 и M-Pure 600 относятся к фильтрам смешанного действия. Для ФСД не применяется регенерация, в комплект не входит солевой бак и клапан управления.