При выборе аппаратурно-технологического оформления ионообменных процессов с целью их интенсификации чаще всего используются противоточные схемы.

Применение противотока особенно эффективно в случаях разделения многокомпонентных смесей из растворов, когда реализация подобного процесса на неподвижном слое ионита практически невозможна. Для достижения больших степеней разделения нужно умножить однократный разделительный эффект, для чего циркуляцию потоков организуют таким образом, что основная часть обогащаемой смеси не отбирается с уходящим потоком, а переводится в другую фазу и возвращаются в колонну.

В случае обычных процессов замены ионов или извлечения с достаточной полнотой не требуется большого умножения однократного эффекта. Принципиальная схема противоточного ионообмена аналогична другим двухфазным процессам разделения, например, ректификации.

Процесс проводится в двух противоточных колонах, в которых ионит движется сверху вниз, а раствор – в обратном направлении. Разделяемая смесь поступает в нижнюю часть колоны I, в верху которой извлеченные из раствора ионы со смолой возвращаются обратно в процесс – в верх колонны II. В нижней части колонны II также проводится обращение потока: извлекаемые компоненты переводятся обратно в поток, который из верхней части колонны II отбирается на переработку или подается в верхнюю часть колонны I на донасыщение.

В результате отличий сродства к смоле компоненты смеси удерживаются ионитом с разной силой и слабосорбируемые вещества постепенно накапливаются в верхней части колонны I, а более сорбируемые – внизу колонны II. Через определенный период можно проводить отбор продуктов и вводить следующее количество разделяемого раствора в систему.

Применение ионообменных смол в водоочистке и водоподготовке

Водоподготовка и водоочистка, несомненно, являются главной сферой применения ионитов. Промышленные системы химводоочистки (ХВО), применяемые на тепловых и атомных электростанциях, предприятиях химического и металлургического комплекса России, базируются на ионообменной технологии. Следует отметить, что в течение последнего десятилетия на этих объектах проводится не только замена отработавшей свой срок смолы, но преимущественно происходит полная реконструкция с переходом на интенсивные противоточные процессы. Что позволит в итоге не только улучшить качество очищенной воды, но и сократить количество установленного оборудования (фильтры, насосы, баки), снизить расходы химических реагентов (кислоты, щелочи, соли) в 2-3 раза и уменьшить расход воды на собственные нужды ХВО и, соответственно, объем минерализованных сточных вод в 3-5 раз. Наряду с местными организациями на рынке России активно работают зарубежные инжиниринговые фирмы, специализирующиеся в области водоподготовки, и успешно внедряют противоточные ионообменные технологи на объектах промэнергетики.

При этом зарубежные фирмы применяют, как правило, так называемый «бульдозерный вариант» реконструкции. Данный подход имеет как положительную (сокращение сроков реконструкции, полная автоматизация), так и отрицательную сторону – удорожание стоимости реконструкции во много раз за счет импортной поставки, зависимость от импортных запасных частей и расходных материалов.

Широкое внедрение зарубежных технологий, например, «UpCoRe» фирмы Dow Chemical, сопровождается обязательным условием по использованию ионитов собственного производства типа Dowex для первоначальной загрузки. Кроме того требуются дополнительные исследования по влиянию специфических органических примесей на применяемые импортные смолы.

Схема очистки воды и противоточной регенерации ионита технологией «UpCoRe»

Однако отечественные иониты практически ничем не уступают по характеристикам импортным. Так например КУ-2-8 и АВ-17-8 выпускаемые предприятиями в России и Украине, кроме дисперсного состава мало чем отличаются от своих западных аналогов.

Также отечественными специалистами был разработан процесс с использованием дополнительного слоя крупнозернистого сополимера стирола и дивинилбензола, располагаемого над слоем катионита. Это позволяет повысить технические показатели за счет более высоких скоростей фильтрования и защитить иониты от загрязнения (взвесь, железо, карбонат кальция). Данное улучшение приводит к увеличению их срока службы, а также снизить их механическое разрушение за счет снижения гидравлического сопротивления (перепад давления), так как основную нагрузку (до 90%) по сопротивлению принимает верхний слой высокопрочного сополимера стирола и дивинилбензола.

Противоточная регенерация катионита на фильтре с дополнительным слоем

Так, например, для модернизации и замены системы водоочистки на ГРЭС по типу Киришской ГРЭС мощностью 2100 МВт, требуется по подсчетам специалистов порядка 160-170 тонн ионообменных смол.

С анализом рынка ионообменных смол Вы можете познакомиться в отчете маркетингового исследования Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок ионообменных смол в России».

www.newchemistry.ru