Деятельность предприятия "Тольяттиазот"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство обрАзования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и инженерной экологии

Кафедра «Химия, химические процессы и технологии»

Отчет по производственной практике

Студентка группы ХТбз-1231 М.Н. Пискова

Преподаватель: О.С. Авдякова

Тольятти 2015



Содержание

Введение

1. Характеристика деятельности предприятия

1.1 История создания и развития организации

1.2 Характеристика выпускаемой продукции

2. Управление технологическим процессом осветления и обессоливания воды

2.1 Этапы химической водоочистки

2.2 Технологическая схема осветления речной воды

2.3 Технологическая схема обессоливания воды

3. Принципы проведения регенераций катионитовым и анионитовым фильтрам

3.1 Восстановление емкости катионита

3.2 Восстановление обменной емкости анионита

Заключение

Библиографический список



Введение

Цель производственной химико-технологической практики - способствовать формированию общего представления студентов о будущей профессиональной деятельности и развитию интереса к профессии.

Производственная практика имеет важное значение для обеспечения единства теоретической и практической подготовки будущих бакалавров, комплексного формирования системы знаний и организационных умений, что может обеспечить становление профессиональных компетенций будущего бакалавра.

Задачи производственной практики

1) ознакомление с реальным технологическим процессом, работой предприятия;

2) приобретение первых практических навыков по избранной специальности;

3) закрепление теоретических знаний, полученных студентами в ходе обучения по направлению подготовки;

4) ознакомление с методами анализа объектов природного и технического происхождения;

5) подготовка объектов исследований;

6) выбор технических средств и методов испытаний;

7) получение навыков работы на современном оборудовании аналитических и научно-исследовательских лабораторий;

8) участие в выполнении аналитических, научно-исследовательских и прикладных работ лабораторий и предприятий химического профиля;

9) подготовка отчета о выполненной работе;

10) приобретение опыта организаторской и воспитательной работы.

Объектом практики является предприятие «Тольяттиазот» цех №12 (химическая водоочистка).

1. Характеристика деятельности предприятия

1.1 История создания и развития организации

ОАО «Тольяттиазот» («ТоАЗ») - это один из гигантов химической промышленности Российской Федерации. Этот завод широко известен не только в нашей стране, но и во всем мире. Основной вид деятельности - выпуск минеральных удобрений: аммиака, карбамида и КФК.

Строительство Тольяттинского азотного завода, которому суждено было стать одним из лидеров мировой химической промышленности, началось в ноябре 1974 года. Предприятие возводилось по соглашению с известной фирмой Арманда Хаммера «Оксидентал Петролеум» (США). Благодаря этому сотрудничеству, СССР получал современное оборудование и передовые технологии, обеспечивающие высокую эффективность в работе агрегатов аммиака и карбамида.

Для осуществления амбициозного проекта по строительству химического гиганта требовались тысячи рабочих рук. Поэтому руководство страны принимает решение - объявить «ТоАЗ» Всесоюзной ударной комсомольской стройкой. В Тольятти по комсомольскому призыву приехали энтузиасты со всех уголков нашей Родины. Большинство юношей и девушек навсегда связали свою судьбу с тольяттинским предприятием и стали родоначальниками трудовых династий, которыми по сию пору славится завод. Большую помощь в возведении «ТоАЗа» оказали лучшие строительные и пусконаладочные организации страны, зарубежные специалисты. Одновременно с химическим заводом велась прокладка магистрального аммиакопровода «Тольятти-Одесса» протяжённостью более двух тысяч километров.

Спустя пять лет, а именно в апреле 1979 г., «Тольяттиазот» выдал первые тонны аммиака. В том же году был введён первый агрегат по производству карбамида. За ним буквально через полгода последовал пуск второго. Химики сдавали объект за объектом: в августе 1983г. получена первая продукция жидкой двуокиси углерода; в октябре 1985г. сдана в эксплуатацию установка по получению карбамидоформальдегидной смолы (КФС); в июне1986 г. введён в строй последний, седьмой агрегат аммиака. Предприятие, которому не было аналогов в стране, постепенно набирало темпы, однако существовало огромное количество проблем и завод никак не мог заработать стабильно и успешно.

В 1985 году по направлению ЦК КПСС и правительства «Тольяттиазот» возглавил В.Н. Махлай, который к тому моменту добился серьезных успехов на Губахинском химическом заводе. «ТоАЗ», который серьезно лихорадило, к приезду нового генерального директора представлял неутешительное зрелище. Агрегаты стояли голые, просто обнесённые дырявым забором. Пять лет после пуска, а из шести агрегатов аммиака работали только два, да и те постоянно ремонтировались. Одна авария за другой! Горели котлы, потому что вместо обессоленной использовалась обычная речная вода. Доходило то того, что один раз маховик турбины полтонны весом вылетел сквозь стену - чудом никто не погиб. Не было ремонтной базы. Агрегаты постоянно «хромали», план хронически не выполнялся. Постоянно приходилось останавливать агрегаты. На всех уровнях советской и партийной власти это предприятие «пинали» и «пихали». В социальном направлении практически ничего не делалось, не было ни профилактория, ни какого-нибудь пионерлагеря, ничего - один единственный детский сад.

За короткий период В.Н. Махлай и его новая команда из профессионалов, проведя большую реформаторскую работу во всех сферах деятельности завода, вывели «ТоАЗ» из прорыва и превратили его в предприятие с солидным потенциалом. Об огромном объеме работы, которую пришлось сделать, говорит такая деталь - было исправлено около трёхсот серьёзных проектных ошибок. Усилия не пропали даром - «ТоАЗ» начал набирать движение, учились люди, отрабатывались технологии и завод прорывался на мировые рынки и лидирующие позиции. Дисциплина и порядок органично вписались в тоазовский стиль работы.

Новый генеральный директор понимал значение социальной сферы, он выбил у города жилье для работников «Тольяттиазот», и примерно через два года малосемейками были обеспечены все нуждающиеся. Строились дополнительные детские сады. Появился собственный пионерский лагерь «Радуга», который, кстати, ни за что не построился бы так быстро, если бы не личное участие Махлая (по пять раз в неделю ездил за сто километров туда проводить совещания). И постепенно в городе и области стало меняться отношение к «ТоАЗу» - о нём заговорили как о перспективном и устойчивом предприятии. И заводчане, изнурённые нестабильностью и постоянными остановками, прониклись к нему доверием. Они поняли: в директорское кресло сел человек, обладающий широкими знаниями, опытом, умением находить выход из трудного положения.

Зимой 1992 года предприятие получило статус ОАО.

С начала 90-х «Тольяттиазот» борется за сохранение позиций на мировом химическом рынке и одновременно активно занимается внедрением новых производств. Появилось производство кирпича, керамической плитки, черепицы, фритты, мебельное производство, производство полиэтиленовой плёнки, запущена линия сборки видеоаппаратуры, началось изготовление оконных и дверных блоков из ПВХ со стеклопакетами. Кроме того, в Свердловской области почти на голом месте был разработан мраморный карьер, обработка мрамора здесь ведётся на итальянском оборудовании. Впервые в России на Шекснинском комбинате древесных плит была запущена линия по производству древесной плиты средней плотности - МДФ. Предприятие непрерывно развивается, вводятся в эксплуатацию новое оборудование, строятся филиалы по производству строительных материалов, а также мебели и т.д. В результате этих преобразований в 2008 году компания превратилась в многогранное предприятие, работающее одновременно в нескольких направлениях.

«Тольяттиазот» относится к тем компаниям, которые постоянно ориентируются на перспективное развитие и решают стратегические задачи. Ярким примером этому служит строительство порта на Таманском полуострове, которое в настоящее время ведет корпорация и ввод которого будет иметь стратегическое значение для России в целом.

Доказательством великолепного качества деятельности компании, а также ее огромной деловой репутации служит множество международных и российских наград. За высокие технические достижения предприятие несколько раз становилась лауреатом известной национальной премии «Компания года» в категории предприятий химической индустрии.

Фактическая информация о предприятии представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Фактическая информация о предприятии

Месторасположение	Россия 445653 Самарская обл., г. Тольятти, Поволжское шоссе, 32
Организационно-правовая форма	Открытое акционерное общество
Форма собственности	Частная
Отраслевая принадлежность	Химическая промышленность
Тип организации производства	Массовое
Численность персонала	5000 человек
Режим работы	Дневной персонал - 8.00-17.00 Сменный персонал - 1 смена: 8.00-20.00; 2 смена: 20.00-8.00
Доставка на работу	Служебный транспорт со всех районов города

1.2 Характеристика выпускаемой продукции

Продукция, выпускаемая на ОАО «Тольяттиазот» включает в себя: амины, включая соли, амиды и другие органические соединения азота; аммиак безводный; газы сжатые и сжиженные; диоксид углерода газообразный, углекислый газ; метиловый спирт (метанол); мочевины (карбамид); спирты и эпоксиды; химические вещества для охлаждения (хладагенты); щелочи неорганические, гидроксиды. Так же «Тольяттииазот» производит базальтовое волокно и пленку, огнеупорные материалы и фритту, керамические изделия и товары народного потребления [3].

Краткая информация о выпускаемой продукции представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Информация о выпускаемой продукции

Продукция	Краткая информация о производстве и применении
Аммиак	Аммиак - один из важнейших продуктов химической промышленности - используется для получения азотосодержащих соединений, азотной кислоты и удобрений (аммиачная селитра, мочевина, сложный удобрения). Внесение 100 килограммов аммиака на один гектар земли увеличивают урожайность пшеницы на 8-10%, кукурузы - на 60%. В жидком виде и в виде аммиачной воды, аммиак применяется и как самостоятельное удобрение. «Тольяттиазот» проводит большую работу по возобновлению и внедрению именно такого способа внесения удобрений в почву. Для этих целей в США было закуплено несколько зарубежных установок и налажен выпуск собственных аналогов. Жидкий аммиак также используется в холодильных установках как хладоагент, в металлургии - для создания защитных сред, в производстве пластмасс и так далее.
Углекислота	В 1992 году на базе цеха, занимающегося выпуском углекислоты, была организована фирма «Диоксид». В нее вошли производство жидкой углекислоты, «сухого льда» и установка по получению аммиачной воды. Таким образом, был создан своеобразный экологический центр по утилизации отходов аммиака, который успешно действует сегодня в своем новом качестве. Углекислота нашла широкое применение в нефтедобывающей промышленности, машиностроении, судостроении, автомобилестроении, медицине. Широко используется углекислота в пищевой промышленности - производстве сахара, прохладительных газированных напитков, коктейлей, пива. «Сухой лед» также пользуется спросом пищевых перерабатывающих предприятий, так как позволяет во много раз увеличить срок хранения мясных и молочных продуктов, овощей и фруктов.
Карбамид	Карбамид - высококонцентрированное азотное удобрение. В сельском хозяйстве он используется также в качестве эффективной белковой добавки к кормам. Кроме того, карбамид применяется для получения искусственных смол, пластмасс, клеев, паков, для очистки нефтепродуктов. Перечень сфер применения продолжают деревообрабатывающая, текстильная, пищевая, фармацевтическая и многие другие отрасли промышленности. Конкурентоспособность тоазовскому карбамиду обеспечивает высокое качество, не раз подтвержденное многочисленными наградами. Качество продукции находится под пристальным вниманием специальной лаборатории. Чтобы у карбамида на пути к потребителю не ухудшились качественные характеристики, его обрабатывают карбамидоформальдегидным концентратом.
Продолжение таблицы 2
КФК	Крупным научным достижением явилась разработка карбамидоформальдегидного концентрата, запатентованная ТоАЗом в 1998 году. Сегодня на одном и том же технологическом оборудовании налажен выпуск двух марок КФК. Одна из них предназначена для обработки гранулируемых азотных удобрений, а другая используется для изготовления высококачественной смолы на Шекснинском комбинате древесных плит - предприятии, входящем в корпорацию «Топьяттиазот». Вырабатываемый по тоазовской технологии карбамидоформальдегидный концентрат по комплексу своих свойств не уступает лучшим зарубежным продуктам. На Всероссийской выставке «ХимЭКСПО-2002», организованной Министерством промышленности, науки и технологий, «Тольяттиазот» наряду с наградой «За высокое качество выпускаемой продукции» был удостоен диплома «За разработку процесса производства метанола и концентрата карбамидоформальдегидных смол». Результаты многолетних исследований в области КФК и смол на его основе были обобщены в монографии В.Н. Махлая, С.В Афанасьева «Введение в химию карбамидоформальдегидного концентрата».
Базальтовое волокно и пленка	Производство прочного базальтового волокна было создано с целью обеспечения объектов корпорации «Тольяттиазот» высококачественным экологически чистым и негорючим теплоизоляционным материалом, который по комплексу свойств превосходит ранее использовавшуюся стекловату. Новый материал нашел достойное применение на промышленных объектах и широко используется при «утеплении» объектов жилья и соцкультбыта. В том же цехе, где производится супертонкое базальтовое волокно, выпускается и полиэтиленовая пленка. Предприятие производит несколько видов пленки, различающихся по технологическим параметрам и по своему назначению. Выпускаемую с 1994 года пленку корпорация широко применяет прежде всего для собственных нужд. Так, термоусадочная пленка используется для упаковки кирпича, изготовления мешков для фасовки карбамида. Пленка общетехнического назначения идет на нужды других подразделений.
Огнеупорные материалы и фритта	Участок по производству огнеупорных материалов создавался совместно с австрийской фирмой «Плибрико», поставляющей комплектующие сырьевые компоненты, на основе которых начали изготавливать сухие бетонные смеси и готовые фасонные изделия. Основной специализацией подразделения стал ремонт огнеупоросодержащего оборудования агрегатов аммиака и карбамида, а также промышленных печей керамического производства. В этом же цехе производится фритта, которая является самым дорогостоящим компонентом в производстве глазурованной плитки. Потому и приняли руководители ТоАЗа в свое время решение о приобретении собственного завода. Производства подобного рода не было не только в России, но и на всей территории бывшего СССР. Кроме того, продукция поставляется во многие регионы страны, где работают предприятия по выпуску глазурованной плитки.
Керамическое производство	Месторождение глины, причем качественной, находится, можно сказать, прямо под ногами у тоазовцев. Поэтому не случайно первым предприятием по выпуску стройматериалов стал кирпичный завод
	мощностью 60 миллионов штук кирпича в год, закупленный у испанской фирмы «Ажема». Подобного производства ни в Поволжском регионе, ни в России тогда не было. Продукция завода сразу же завоевала популярность. Тоазовский кирпич вошел в число 100 лучших товаров России. С помощью фирмы «Ажема» был налажен выпуск керамической плитки и производство фритты. На предприятии изготавливается черепица. Продукция сразу же попала в разряд востребованных. Это и неудивительно: гарантия на тоазовскую черепицу составляет 70 лет. Завод продолжает выпуск строительных материалов. Они по прежнему пользуются высоким спросом. Немалая часть идет на собственные нужды, ведь «Тольяттиазот» ведет строительство сразу нескольких крупных объектов промышленного и социального назначения, жилья.
Товары народного потребления	В цехе по производству товаров народного потребления действует несколько участков - по производству мебели, конструкционных изделий, пошиву спецодежды, выпуску трикотажных изделий, а также участок упаковки и фасовки. Производство мебели осуществляется по технологии фирмы «Бизон» (Германия). 45 наименований мебели для дома и 30 для офиса предлагается сегодня потребителю. Освоен выпуск матрацев для спальных гарнитуров по американской технологии. Мебель, как и любую другую продукцию с маркой «ТоАЗ», отличает высокое качество. Цех выпускает оконные и дверные блоки из ПВХ. Мощности участка позволяют решать потребности предприятия и корпорации и выполнять заказы других фирм и частных клиентов. Широкий ассортимент продукции изготавливается на участках по пошиву спецодежды и производству трикотажных изделий.



2. Управление технологическим процессом осветления и обессоливания воды

2.1 Этапы химической водоочистки

Цех №12 предназначен для осветления и обессоливания речной воды.

Далее подготовленная вода подается на агрегаты производства аммиака, а конкретнее на котлы. Химическая водоочистка (ХВО) обеспечивает долгую и успешную жизнь котельному оборудованию, выгодное использование средств, исключение постоянного технического контроля и сервиса, так как предотвращает поломки, связанные с качеством питающей воды. Основной задачей систем водоподготовки для котельных является предотвращение образования накипи и последующего развития коррозии на внутренней поверхности котлов, трубопроводов и теплообменников. Такие отложения могут стать причиной потери мощности, а развитие коррозии может привести к полной остановке работы котлов из-за закупоривания внутренней части оборудования. Водоподготовке уделяется особое внимание, поскольку качественно подготовленная вода является залогом бесперебойной работы агрегатов в течение длительного времени. Следует иметь в виду, что водоподготовка обладает рядом особенностей.

Основные этапы подготовки воды представлены на рисунке 1

Рисунок 1 - Этапы подготовки воды

2.2 Технологическая схема осветления речной воды

Под осветлением воды понимают удаление взвешенных веществ. Осветление достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагуляции-известкования.

В цехе №12 осветление речной воды производится посредством реагентной обработки подогретой речной воды в осветлителях с последующей фильтрацией полученной известково-коагулированной воды на механических фильтрах.

Эффективность обработки воды методами осаждения определяется скоростью процесса выделения растворенных в воде веществ в твердую фазу, что связано с процессами кристаллизации. Процесс кристаллизации ускоряется, если температура воды повышается, и если в воде существуют твердые частицы, т.к. благодаря своей поверхности, эти частицы способствуют быстрому росту кристаллов и их дальнейшему укрупнению. Поэтому подогрев воды необходим для ускорения химического взаимодействия и кристаллизации образующихся при известковании и коагуляции веществ, уменьшения степени перенасыщения раствора, для улучшения условий выделения осадка в осветлителе.

Процесс коагуляции-известкования применяется для снижения содержания взвешенных коллоидных, органических и минеральных примесей, для укрупнения выпадающей взвеси, полного удаления свободной угольной кислоты, частичного умягчения, снижения щелочности, содержания магния и окислов железа, для снижения на 30-40% содержания кремнекислоты. Этот процесс основан на кристаллизации и осаждении нежелательных примесей из обрабатываемом воды и удаления их в виде осадка. Коагуляция является физико-химическим процессом слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсных хлопьев, выпадающих в осадок.

Подогретая до требуемой температуры 29-36°С речная вода поступает в воздухоотделитель осветлителя, где освобождается от пузырьков воздуха. После воздухоотделителя речная вода поступает в нижнюю конусообразную часть осветлителя по трубе, врезанной тангенциально, для создания вращательного движения. Вращение воды помогает более равномерному перемешиванию воды с известковым молоком и коагулянтом.

Известковое молоко поступает в баки. Сюда же подается речная вода для разбавления раствора до концентрации 5,0-6,0%, а снизу через барботажное устройство подаётся технологический воздух для перемешивания во избежание расслоения и оседания твердой фракции.

Из баков центробежными насосами известковое молоко подается в дозатор типа «Димба», где ножом-дозатором разделяется на два потока, один самотеком поступает в нижнюю коническую часть осветлителя - в зону реакции, другой, (избыток известкового молока) возвращается в баки. Количество подаваемого известкового молока осветлитель можно регулировать дистанционно ножом-дозатором с центрального пульта управления (ЦПУ).

Сернокислое железо (коагулянт) привозят на установки предочистки автотранспортом в мешках, которые загружают с помощью кран-балки в расходные емкости, предварительно заполнив их на 60-70% речной водой, при этом одна емкость находится в работе, а во второй идет процесс приготовления 4,5-5,0% раствора сернокислого железа. Перемешивание и растворение гранул производится с помощью технологического воздуха, который подается снизу через барботажное устройство.

Из емкостей через фильтр тонкой очистки коагулянт поступает на всас насосов-дозаторов, которые подают его в зону реакции осветлителя.

На формирование хлопьев и эффективность умягчения воды существенное влияние оказывают дозы реагентов, условия перемешивания их с водой, температура подогрева речной воды и ее стабильность, уровень шлама, скорость восходящего движения воды в осветлителе, количество взвесей в исходной воде.

Процесс, протекающий в осветлителе, носит название известкование с коагуляцией. Известкование основано на связывании ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения, в результате чего снижается концентрация растворенных в воде солей. Реакции процесса известкования протекают следующим образом:

- удаление кальциевой карбонатной жесткости

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН) > 2СаСО₃v + 2Н₂О

- удаление магниевой карбонатной жесткости

Mg(НСО₃)₂ + 2Ca(OН)₂ > Mg(OН)₂v + 2СаСО₃v + 2Н₂О

- удаление растворенной углекислоты

СО₂ + Ca(OН)₂ > СаСО₃v + Н₂О

- снижение концентрации кремниевой кислоты

Ca(OН)₂ + Н₂SiО₃ > CaSiО₃v + 2Н₂О

Если процесс известкования проводить без добавления коагулянта, то процессы сорбции (укрупнения) происходить не будут. В результате реакций тонкие взвеси осадков будут вынесены из осветлителя потоком воды и будут задерживаться в ионообменных фильтрах, ухудшая работоспособность загруженных в них ионитов.

Реакции процесса коагуляции протекают следующим образом:

- при поступлении раствора коагулянта начинается процесс гидролиза сернокислого железа

FеSО₄ + 2Н₂О > Fе(OН)₂ + Н₂ SО₄

- реакция гидролиза может протекать лишь при условии, если образующаяся при этом серная кислота будет нейтрализована известковым молоком с доведением pH до оптимальной величины (10-10,4)

Н₂SО₄ + Ca(OН)₂ > CaSО₄ + 2Н₂О

- гидрат окиси двухвалентного железа окисляется растворенным в воде кислородом до малорастворимого гидрата окиси трехвалентного железа

4Fе(OН)₂ + О₂ + 2Н₂О > 4Fе(OН)₃v

Гидрат окиси трехвалентного железа образует в воле большое количество рыхлых хлопьев, которые удерживаются в толще осветлителя, играя роль так называемого взвешенного шламового фильтра. Проходя через этот фильтр, обработанная реагентами речная вода освобождается от взвесей малорастворимых соединений. Кроме того на фильтре задерживается не только образовавшаяся малорастворимая соль CaSiO, но там же сорбируется и часть молекулярно-дисперсной и коллоидной кремнекислоты.

В результате прохождения процессов известкования и сорбции взвесей на шламовом фильтре, он уплотняется, образуются тяжелые плотные скопления, которые опускаются вниз и периодически удаляются из осветлителя через линию периодической продувки. Толщина шламового фильтра увеличивается благодаря вводу все новых порций коагулянта. При достижении шламовым фильтром отметок расположения окон шламоприемных труб, шлам но трубам опускается в шламонакопитель, откуда непрерывно удаляется по трубопроводу, Весь шлам, выводимый из осветлителей, по лоткам пола стекает в резервуары сбора шлама, сюда же по барботажному устройству подается технологический воздух во избежании застаивания шлама в них. Из приямков насосами шлам откачивается в осветлители или в канализацию.

Вода, поступающая вместе со шламом в шламонакопитель, собирается после отстаивания в его верхней части и при помощи специального кольцевого коллектора по трубе, выходящей из этого коллектора, поступает (под давлением гидростатического столба жидкости)^: в приемный короб осветлителя, где смешивается, с основным потоком известково-коагулированной воды. На этой линии установлена задвижка, которая носит название «отсечка», ее открытие приводит к увеличению количества воды, поступающей из шламоуплотнителя в короб, а это в свою очередь увеличивает поступление воды вместе со шламом из зоны шламового фильтра в шламоуплотнитель. Закрытие «отсечки» приводит к обратным результатам. Таким, образом, манипулируя «отсечкой», можно с одной стороны увеличить или уменьшить толщину шламового фильтра в осветлителе, с другой стороны соблюдать прозрачность воды, отводимой из шламоуплотнителя в короб.

Основная масть известково-коагулированной воды, пройдя шламовый фильтр и освободившись от взвеси, поступает через верхнюю распределительную решетку в сборный желоб, далее в приёмный короб и из него по трубопроводам отводится в баки.

Эскиз осветлителя представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Эскиз осветлителя

Известково-коагулированная вода из баков насосами подается на осветление, в механические фильтры, загруженные антрацитовой крошкой с размером зерен 0,8-2,6мм. Осветление происходит в результате прилипания грубодисперстных примесей находящихся в воде, к зернам антрацитовой крошки и задержания их на поверхности и в порах. Количество воды поступающей на механические фильтры замеряется диафрагмой, установленной на линии выхода воды из фильтров. В каждую из трех камер вода поступает сверху вниз через верхнее распределительное устройство и выходит из камеры через перфорированные лучи нижней дренажной системы. Забивка антрацитовой загрузки частичками шлама ведет к снижению прозрачности, воды и повышению содержания взвешенных веществ в осветленной воде. При повышении содержания взвешен-ных веществ более 2 мг/дм³ или снижении прозрачности ниже 25 см фильтрование прекращается и производится промывка антрацита обратным потоком воды. Перёд промывкой антрацит в каждой камере взрыхляется в течение пяти минут технологическим воздухом, для повышения интенсивности водной промывки и снижения расхода воды на нее. Сначала ведется промывка нижней, потом средней, а затем верхней камеры. Расход воды на промывку должен быть отрегулирован так, чтобы не было выноса антрацитовой крошки, и заканчивается при появлении светлой воды на сбросе с фильтра. После этого производится отмывка антрацита по рабочей линии до регламентных показателей. Вода после этих операций направляется в бак сбора промывочной воды, откуда насосами подается в осветлитель.

Схема механического фильтра представлена на рисунке 3.

После механических фильтров осветленная вода подается потребителям:

- на фильтры фильтровального зала;

- на ХВО-1, 2 агрегатов «Кемико» и на ХВО карбамида [1].

Рисунок 3 - Схема механического фильтра

Качество воды проверяется на всех этапах осветления с помощью отбора анализов с распределительной решетки осветлителя (анализы делает лаборатория) и с дренажа (делает аппаратчик).

Качественная характеристика воды представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Качественная характеристика воды на всех этапах осветления

Показатель	Способ контроля	Речная вода	Известково-коагулированная вода	Осветленная вода
Общая жесткость, не более мг-экв/дм3	Комплексометрический	4,5	3,5	3,5
Общая щелочность, не более мг-экв/дм3	Объемный	2,5	0,7 - 1,0	0,7 - 1,0
Общее солесодержание, не более мг/дм3	Кондуктометрический	400
Массовая концентрация кальция, не более мг/дм3	Комплексометрический	65		34,9
Массовая концентрация магния, не более мг/дм3	Комплексометрический	18		18
Массовая концентрация натрия, не более мг/дм3	Пламеннофотометри- ческий	40		40
Массовая концентрация железа, не более мг/дм3	Колориметрический	1	0,3	0,3
Массовая концентрация сульфатов, не более мг/дм3	Нефелометрический	90	124	124
Массовая концентрация хлоридов, не более мг/дм3	Нефелометрический	60		60
Массовая концентрация бикарбонатов, не более мг/дм3	Комплексометрический	165		42,7
Массовая концентрация кремнекислоты, не более мг/дм3	Колориметрический	10		7,0
Массовая концентрация взвешенных веществ, не более мг/дм3	Нефелометрический	20	15	2,0
Окисляемость, не более мг О2/дм3	Перманганатометри-ческий	20	4,5	4,5
рН	Электрометрический	7,6	10,0 - 10,4	10,0 - 10,4
Гидратная щелочность, мг-экв/дм3	Расчетный		0,1 - 0,2
Доза коагулянта, мг-экв/дм3	Расчетный		0,25 - 0,75

2.3 Технологическая схема обессоливания воды

Обессоливание - это процесс снижение общего содержания солей до регламентируемых значений.

Осветленная вода, поступающая на установку, проходит химическое обессоливание методом ионного обмена на Н-катионитовых и анионитовых фильтрах с декарбонизацией воды после Н-катионитовых фильтров.

Установка работает по схеме частичного химического обессоливания и состоит из Н-катионитовых фильтров, анионитовых фильтров и декарбонизатора. По фронту каждого фильтра расположены трубопроводы и арматура, позволяющая производить переключения в соответствии с производственными операциями. На выходе из фильтров имеются пробоотборные точки для отбора воды или регенерационного раствора на анализ. На выходе из Н-катионитовых фильтров установлена смололовушка для улавливания смолы в случае ее выноса через нижнее дренажное устройство.

Обработка воды методом ионного обмена основана на способности некоторых, практически нерастворимых в воде веществ, называемых ионитами (смолами) вступать в ионный обмен с растворимыми в воде солями. Для этого обрабатываемая вода пропускается через фильтры, загруженные ионитами. Проходя между зерен ионита, обрабатываемая вода обменивает часть ионов, растворенных в ней, на эквивалентное количество других ионов, которыми ионит периодически насыщается при регенерации. Ионит, отрегенерированный раствором серной кислоты и способный обменивать ион Н⁺ на эквивалентное количество катионов обрабатываемой воды, называется катионитом, а процесс катионированием. Ионит, отрегенерированный раствором щелочи и способный обменивать ион ОН^- на эквивалентное количество анионов обрабатываемой воды, называется анионитом, а процесс анионированием.

Полный рабочий цикл фильтров состоит в последовательном проведении следующих операций (рисунок 4)

Рисунок 4 - Рабочий цикл фильтров

На остаточное содержание поглощаемых ионов в воде (фильтрате), на емкость поглощения значительное влияние оказывают следующие факторы:

- температура исходной воды - чем она выше, тем выше ёмкость поглощаемых ионитов и лучше качество получаемой воды. Но повышение температуры ограничивается стойкостью ионитов и хим. Защитных материалов оборудования и трубопроводов. Температура не должна превышать 40-45°С;

- скорость фильтрования - чем она меньше (до определенного значения), тем меньше остаточное содержание ионов и выше емкость поглощения;

- отношение высоты фильтрующего слоя к диаметру фильтра (h/d). С увеличением этого отношения при неизменной линейной скорости обрабатываемой воды увеличивается емкость поглощения, улучшается качество получаемой воды. Высота слоя ограничивается конструктивными особенностями фильтра и потерей напора при фильтровании;

- диаметр зерен ионита - чем он меньше, тем больше обменная способность и скорость обмена, но и тем больше его сопротивление фильтрованию и возможность неравномерного прохода воды и растворов по сечению фильтра.

Взрыхление ионита производится потоком воды снизу вверх и его оседание в течение шести минут. Этот процесс проводят для:

- удаления из катионита механических загрязнений, продуктов разрушения зерен катионита - мелочи;

- разрушение свищей и каналов, которые проделала вода в толще смолы, т.е. она становится однородной по своему составу, что обеспечивает равномерную обработку ее регенерационным раствором. Некачественное проведенное взрыхление может снизить полноту проведенной регенерации, что в конечном итоге приведет к снижению фильтроцикла. Контроль за качеством взрыхления ведется отбором проб на линии сброса взрыхляющей воды, в которой не должно быть рабочих зерен катионита.

Уплотнение ионита производится кратковременной подачей большого потока воды снизу вверх так, чтобы весь объем смолы одновременно поднять и прижать к инверту, расстояние между ними должно отсутствовать. Этот процесс проводят для:

- исключения возможности неравномерного прохода регенерационного раствора по сечению фильтра между зерен ионита, вероятность этого тем выше, чем меньше диаметр зерен ионита. С другой стороны, чем меньше диаметр зерен ионита, тем легче уплотнить смолу. Некачественно проведенное уплотнение не допускается, т.к. не будет ионообмена между регенерационным раствором и ионитом и регенерация не пройдет;

- удаления продуктов разрушения зерен ионита - мелочи.

Установление работоспособности ионита производится пропуском регенерационного раствора через него. На качество регенерации значительное влияние оказывают следующие факторы:

- удельный расход и качество реагентов на регенерацию. С увеличением удельного расхода (до определенного значения, чтобы не было перерасхода) возрастает обменная емкость;

- скорость пропуска регенерационного раствора и его температура;

- направление потока регенерационного раствора (прямоточные и противоточные регенерации).

Отмывка ионита от избытка регенерационного раствора и продуктов регенерации производится в два этапа:

- первый этап по линии регенерации;

- второй этап - доотмывка по линии работы.

Осветленная вода после механических фильтров поступает в бак, откуда насосами осветленная вода подается на Н-катионитовые фильтры, которые состоят из двух корпусов и предназначенных для поглощения из обрабатываемой воды катионов Са²⁺, Мg²⁺, Nа⁺, с заменой поглощаемых катионов на эквивалентное количество обменных катионов Н⁺, содержащихся в катионите. В фильтрах поз. 11/2,4,5,6 первый корпус загружен сильнокислотным катионитом марки КУ-2-8 высота загрузки 1,7м, второй корпус сильнокислотным катионитом марки С-600 объем загрузки 29,5 м³ и инертом марки IF-62 объем загрузки 6,5м³. Эскиз 2 корпуса Н-катионитового фильтра представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Эскиз 2 корпуса Н-катионитового фильтра

При прохождении осветленной воды через катионит происходят следующие процессы:

- распад бикарбонатов с выделением угольной кислоты;

- поглощение катионов Са²⁺, Мg²⁺, Nа⁺ с образованием минеральных кислот, содержание которых в Н-катионированной воде эквивалентна содержанию сульфатов, хлоридов, нитратов в обрабатываемой воде;

- образование слабой кремниевой кислоты при наличии растворенных силикатов в обрабатываемой воде.

Все эти процессы можно выразить следующими реакциями:

2HR + Ca(HCO₃)₂ = CaR₂ + 2CO₂ + 2H₂O

2HR + Mg(HCO₃)₂ = MgR₂ + 2CO₂ + 2H₂O

HR + NaHCO₃ = NaR + CO₂ + H₂O

2HR + CaSO₄ = CaR₂ + H₂SO₄

2HR + MgSO₄ = MgR₂ + H₂SO₄

2HR + Na₂SO₄ = 2NaR + H₂SO₄

2HR + CaCl₂ = CaR₂ + 2HCl

2HR + MgCl₂ = MgR₂ + 2HCl

HR + NaCl = NaR + HCl

2HR + CaSiO₃ = CaR₂ + H₂SiO₃

2HR + MgSiO₃ = MgR₂ + H₂SiO₃

2HR + Na₂SiO₃ = 2NaR + H₂SiO₃,

где HR - работоспособный катионит и R - нерастворимая его часть, CaR₂, MgR₂, NaR - истощенный катионит.

В фильтрате появляются минеральные кислоты (серная, соляная, угольная, кремниевая и др.), которые обуславливают кислотность Н-катионированной воды. В процессе работы на Н-катионитовых фильтрах периодически ведется аналитический контроль за качеством фильтрата, который должен иметь следующие показатели:

- кислотность - не более 5,0 мг-экв/дм³

- содержание натрия - не более 1,0 мг/дм³

Процесс поглощения катионов зависит от их активности. Из-за различной активности катионов поглощение их катионитом происходит избирательно. Более активные к обмену катионы способны вытеснять из катионита менее активные. Для сильнокислотных катионитов справедлив так называемый ряд селективности поглощения, где по своей активности, способности вступать в обмен с катионитом, содержащиеся в воде катионы, располагаются в порядке убывания:

Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ > NH²⁺ > Na⁺ > H⁺

В данном ряду каждый предыдущий ион способен вытеснять последующий и по мере истощения катионита катион Ca²⁺, содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснять катион Na⁺, ранее поглощенный катионитом. Проскок катиона Na⁺ служит сигналом, что катионит истощается и при содержании его в фильтрате срабатываемого фильтра 1 мг/дм³ и более или при снижении кислотности на 0,2-0,3 мг-экв/дм³ по сравнению с кислотностью работающих фильтров, данный фильтра отключается на регенерацию и дальнейшая его работа не допускается.

В процессе работы фильтров, примерно в середине фильтроцикла, может произойти значительное снижение нагрузки на них по осветленной воде, т.к. катионит КУ-2-8 в первом корпусе уплотняется, сопротивление возрастает и как следствие снижается расход. В этом случае проводят промежуточное взрыхление первого корпуса, которое проводят так же как обычное взрыхление, но продолжительность его снижается до 60 минут, затем проводят отмывку катионита до регламентных показателей и далее оба корпуса фильтра включаются в работу.

После фильтров Н-катионированная вода поступает в декарбонизаторы, загруженные кольцами «Паля», для удаления свободной угольной кислоты, выделившейся при распаде бикарбонатов в процессе прохождение через Н-катионитовые фильтры. Растворимость газа в воде прямопропорциональна парциальному давлению над водой. Создавая над поверхностью воды возможно более низкое парциальное давление углекислоты, можно свести до минимума её содержание в воде. Для этого воду продувают встречным потоком воздуха, подаваемого вентиляторами. Углекислоту удаляют для того, чтобы снизить корродирующее действие на оборудование и уменьшить нагрузку по анионам на анионитовые фильтры, предназначенные для извлечения из воды кремниевой кислоты. При соприкосновении потока воздуха, подаваемого снизу, и потока воды, подаваемого сверху, углекислота переходит из воды в воздух и вместе с ним через брызгоотделитель, где освобождается от капель воды, выбрасывается в атмосферу. Из декарбонизатора вода с содержанием углекислоты не более 5,0 мг/дм³ самотеком поступает в баки. Из баков насосами декарбонизированная вода подается на анионитовые фильтры, каждый из которых загружен:

- низкоосновным анионитом марки А100-DL объем загрузки 17 м³;

- высокоосновным анионитом марки А600-DL объем загрузки 11 м³;

- инертом марки IF-62 объем загрузки 6,5 м³.

Низкоосновный анионит, как более легка смола, находится сверху и предназначен для поглощения анионов сильных минеральных кислот SO^2-, NO^2-, NO^2-, Cl^-, присутствующих в Н-катионированной воде с заменой поглощаемых анионов ОН^-, содержащихся в анионите, с образованием воды. Низкоосновный анионит способен к реакциям обмена только в кислой среде. Процессы, протекающие при этом, можно выразить следующими реакциями:

ROH + HCl = RCl + H₂O

2ROH + H₂SO₄ = R₂SO₄ + 2H₂O

ROH + HNO₃ = RNO₃ + H₂O

ROH + HNO₂ = RNO₂ + H₂O,

где ROH - условное обозначение работоспособного анионита, RCl, R₂SO₄, RNO₃, RNO₂ - истощенный анионит.

Процесс поглощения анионов зависит от их активности. Из-за различной активности анионов поглощение их анионитом происходит избирательно. Более активные к обмену анионы способны вытеснять из анионита менее активные. Для низкоосновных и высокоосновных анионитов существует для каждого свой ряд селективности поглощения, где по своей активности, способности вступать в обмен с анионитом, содержащиеся в воде анионы, располагаются в порядке убывания.

Для низкоосновных анионитов справедлив следующий ряд селективности:

SO^2- > J^- > NO^- > Cl^-

В данном ряду каждый предыдущий анион способен вытеснять последующий и по мере истощения анионита анион SO^2-, содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснить анион Cl^-, ранее поглощенный анионитом.

Высокоосновный анионит способен к реакциям обмена в любой среде, он поглощает из воды анионы как сильных, так и слабых кислот. На практике сильноосновный анионит применяется главным образом для поглощения анионов слабых кислот. Процессы, протекающие при этом, можно выразить следующими реакциями:

ROH + HCl = RCl + H₂O

ROH + H₂CO₃ = RHCO₃ + H₂O

ROH + H₂SiO₃ = RHSiO₃ + H₂O,

где RHCO₃, RHSiO₃ - истощенный анионит.

Для высокоосновного анионита ряд селективности выглядит следующим образом:

NO^- > Cl^- > HCO^- > HSiO^-

По мере истощения анионита анион HCO^-, содержащийся в обрабатываемой воде, способен вытеснить анион HSiO^-, ранее поглощенный анионитом. Проскок аниона HSiO^- служит сигналом, что анионит истощается и при содержании его в фильтрате более 0,15 мг/дм³ данный фильтр отключается на регенерацию и дальнейшая его работа не допускается. В процессе работы на анионитовых фильтрах периодический ведется аналитический контроль за качеством фильтрата, который должен иметь следующие показатели:

- щелочность общая - не более 0,15 мг-экв/дм³

- содержание кремниевой кислоты - не более 0,15 мг/дм³

При проскоке катионов Na⁺ после Н-катионитовых фильтров больше установленной нормы резко повышается щелочность фильтрата после анионитовых фильтров вследствие следующих реакций:

ROH + NaCl = NCl + NaOH

ROH + NaHCO₃ = RHCO₃ + NaOH

Образующийся NaOH вызывает противоионный эффект, т.к. ионы ОН^- способствуют регенерации и вытесняют ионы кремниевой кислоты, ранее поглощенные анионитом, в фильтрат.

Обессоленная вода после анионитовых фильтров поступает в баки, откуда насосами подается потребителям. Потребителями обессоленной воды являются агрегаты аммиака №5,6,7 (приготовление питательной воды), агрегаты метанола, установка приготовления аммиачной воды цеха №13 и установка КФС цеха №10.

Обессоленная вода представляет собой жидкость без цвета, запаха и вкуса. Пожаровзрывобезопасна, не токсична, химическая формула Н₂О.

Качество обессоленной воды:

- жесткость общая - не более 0,005 мг-экв/ дм³

- щелочность общая - не более 0,15 мг-экв/ дм³

- массовая концентрация кремниевой кислоты - не более 0,15 мг/дм³

- массовая концентрация железа - не более 0,05 мг/дм³

- удельная электропроводность при температуре 20°С - не более 5 мкСим/см

- рН - 6,0-8,0

- солесодержание - не более 3 мг/дм³



3. Принципы проведения регенераций катионитовым и анионитовым фильтрам

3.1 Восстановление емкости катионита

Взрыхление катионита производится кислой водой повторного использования, сначала второго, затем первого с расходом 100м³/час со сбросом в канализацию и заканчивается при появлении на сбросе с фильтров чистой воды без механических примесей. Время взрыхления второго корпуса - 60 минут, первого - 120 минут

Уплотнение производится декарбонизированной водой от нагнетания насосов с расходом 360м³/час и давлением не менее 0,82 МПа (8,2 кгс/см²) в течение 5 минут со сбросом в канализацию через бак компенсации стоков, который предназначен для того, чтобы канализационный колодец не переполнялся. Воды на уплотнение катионита подается двумя потоками, один через эжектор по линии регенерации, другой по линии взрыхления.

Регенерация катионита осуществляется путем пропуска последовательно вначале через второй, затем первый корпус раствора серной кислоты нарастающей концентрации: 1,0% раствор в течение 50 минут, 1,5% раствор в течение 25 минут и 3,0% раствор в течение 20 минут со сбросом отработанного раствора в бак кислых стоков. В фильтрах регенерационный раствор во втором корпусе проходит через катионит снизу вверх, а в первом сверху вниз - противоточная регенерация. Общий расход серной кислоты на одну регенерацию не должен превышать 4,0 тонн, при этом только через второй корпус со сбросом в канализацию при рН равном 5 и выше, затем при снижении рН его переводят на первый корпус.

Серная кислота с концентрацией не менее 92,5% из корпуса 185 поступает в баки-мерники хранения. Приготовление регенерационного раствора серной кислоты производится в эжекторе на декарбонизированной воде, подаваемой от нагнетания насосов с расходом 135м³/час и давлением не менее 0,7 МПа (7,0 кгс/см²).

Проходя сужающее устройство (сопло) эжектора, скорость воды увеличивается, и в месте выхода струи из сопла создается разряжение, в результате чего происходит поступление кислоты в эжектор из баков. Давление регенерационного раствора после эжектора должно быть 0,3-0,4 МПа (3,0-4,0кгс/см²), которое измеряется манометром.

Предусмотренная ступенчатая регенерация с постепенным повышением концентрации серной кислоты позволяет удалить большую часть катионов кальция первыми порциями слабо концентрированного раствора и тем самым предотвратить выделение в фильтрат в больших количествах гипса CaSO₄, который при подаче более концентрированного раствора быстро «схватывается» (кристаллизуется), цементируя катионит, и может привести к полному выводу фильтра из работы.

Процесс регенерации Н-катионитовых фильтров может быть выражен следующими реакциями:

CaR₂ + H₂SO₄ = HR + CaSO₄

MgR₂ + H₂SO₄ = HR + MgSO₄

2NaR + H₂SO₄ = HR + Na₂SO₄,

где CaR₂, MgR₂, NaR - истощенный катионит, HR - работоспособный катионит.

Отмывка катионита от продуктов регенерации и избытка серной кислоты производится в два этапа:

- первый этап является окончанием регенерации, происходит вытеснение регенерационного раствора со второго корпуса на первый при прекращении подачи серной кислоты в эжектор. Вытеснение производится декарбонизированной водой по линии регенерации с расходом 135м³/час, со сбросом отработанного раствора в бак сбора кислых стоков в течение 30 минут.

- второй этап - отмывка по линии работы осветленной воды сначала первого, затем второго корпуса с расходом 150 м³/час со сбросом отмывочной воды в бак повторного использования кислых стоков или в бак сбора кислых стоков. Отмывка первого корпуса заканчивается при кислотности фильтрата не более 4,0 мг-экв/дм³, после этого отмывку переводят на второй корпус и заканчивают при содержании натрия в фильтрате не более 1,0 мг/дм³, после чего фильтр включается в работу или отключается в резерв.

Во время отмывки первого корпуса во втором происходит оседание катионита, контроль за данным процессом ведется в смотровом окне.

Схема взрыхления, уплотнения и регенерации смолы в катионитовых фильтрах представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема взрыхления, уплотнения и регенерации смолы в катионитовых фильтрах

3.2 Восстановление обменной емкости анионита

Уплотнение производится частично-обессоленной водой от нагнетания насосов с расходом 220 м³/час и давлением не менее 0,65 МПа (6,5 кгс/см²) в течение пяти минут со сбросом в канализацию. Контроль за качеством уплотнения ведется в смотровых окнах.

Регенерация анионита в фильтрах осуществляется путем пропуска снизу вверх 4% раствора щелочи в течение 40 минут со сбросом отработанного раствора в бак сбора щелочных стоков. Общий расход щелочи на одну регенерацию не должен превышать 4,0 тонны.

Щелочь с концентрацией не менее 42% из корпуса 147 поступает в баки-мерники хранения щелочи. катионитовый анионитовый обессоливание

Приготовление 4% раствора щелочи производится в эжекторе на частично-обессоленной воде, подаваемой от нагнетания насосов с расходом 85 м³/час и давлением не менее 0,6 МПа (6,0 кгс/см²).

Проходя сужающее устройство (сопло) эжектора, скорость воды увеличивается и в месте выхода струи из сопла создается разряжение, в результате чего происходит поступление щелочи в эжектор из баков. Давление регенерационного раствора щелочи после эжектора должно быть 0,2-0,5 кгс/см², которое измеряется манометром.

Процесс регенерации можно выразить следующими уравнениями:

- для низкоосновного анионита:

RCI + NaOH = ROH + NaCI

R₂SO₄ + 2NaOH = 2ROH + Na₂SO₄

...