При переработке и обезвреживании вод

 

1. ПРОЦЕСС ВЫПАРИВАНИЯ [11]

Для очистки воды часто используют метод концентрирования ее в испарительных установках. При выпаривании воды основная часть ее примесей остается в так называемом кубовом остатке, а более чистая вода в виде пара, который затем конденсируют, используется для нужд.

В процессе выпаривания воды происходит частичное загрязне-ние пара по двум причинам: за счет механического уноса капель исходной воды и за счет физико-химического растворения примесей в паре.

Унос примесей, определяемый влажностью пара (так называемый механический или капельный унос), происходит одинаково для всех примесей, независимо от их химической природы и дисперсности. Загрязнение пара за счет только капельного уноса равно:

С_п = (С_в^раств + С_в^шл) ×w, (109)

где w – коэффициент механического уноса примесей, числено равный влажности пара, %; С_п – концентрация вещества в паре, мкг/кг; С_в^раств и С_в^шл – концентрация растворенных и шламовых примесей в исходной воде, мкг/кг.

Влажность w пара можно снизить до нуля (сухой насыщенный пар), но в нем будут содержаться примеси за счет непосредственного растворения их в паре. Переход нелетучих примесей из кипящей воды в насыщенный пар происходит путем установления термодинамического равновесия в соответствии с законом распределения веществ между двумя несмешивающимися растворителями. Согласно закону распреде-ления Шилова–Нернста, отношение концентраций примеси в двух растворителях (в данном случае вода и пар) при постоянной температуре является величиной постоянной и называется коэффи-циентом распределения. Он зависит от природы растворителей, растворенного вещества и температуры, т.е. является константой равновесия. Зависимость коэффициента распределения от температуры определяется уравнением

(110)

где DН – изменение энтальпии (теплоты реакции) при переходе растворенного вещества из одного растворителя в другой, иначе называют тепловым эффектом растворения.

Коэффициент распределения К_Р для разбавленных растворов:

(111)

где а_п, а_в и С_п, С_в – химические потенциалы и концентрации примеси в паре и воде, соответственно.

Закон распределения строго выполняется только при условии одинаковой формы существования примеси (например, молекулярной) в обеих фазах растворителя. В этом случае коэффициент распределения является истинным К_р^ист. Без учета формы существования отношение общей концентрации растворенного вещества в воде и паре представ-ляет собой видимый коэффициент распределения (К_р^вид).

Для различных примесей К_р^вид разные. Загрязнение пара за счет физико-химической растворимости различно по отдельным примесям и равно

С_п = С_в^раств × К_р^вид. (112)

 

Суммарное загрязнение насыщенного пара:

 

С_п^сум = (С_в^раств + С_в^шл) ×w + С_в^раств × К_р^вид (113)

 

Откуда суммарный коэффициент выноса равен

 

. (114)

 

Из этого можно сделать вывод: полная осушка пара (w = 0) не может ликвидировать унос примеси с паром и содержание примеси в паре зависит от ее концентрации в воде.

Экспериментально получено, что при небольших концентрациях примеси коэффициенты распределения являются простыми степен-ными функциями отношения плотностей обеих фаз:

 

или , (115)

где n – координационное число.

Для различных примесей эта зависимость в логарифмических координатах выражается прямыми «лучами» со своими координацион-ными числами n (рис. 13).

CuO Al2O3 B2O3 NiO

HJO SiO2

BeO MgO LiCl CaCl2

NaOH NaCl CaSO4

2 3 4 5 6 8 10 20 30 40 50 60 80 100 rв/ rп

 

220 210 200 180 160 140 120 100 80 60 40 30 20 бар

 

Рис. 13. Лучевая диаграмма молекулярных коэффициентов

распределения различных веществ:

– опытные данные;

– расчетные данные;

– данные, соответствующие ионной

и молекулярной формам

 

Значения координационных чисел для некоторых соединений приведены в табл. 5.

 

Таблица 5