Per pastarąjį dešimtmetį labai išplėtota vandens demineralizacijos naudojant jonų mainų dervas (jonų keitiklius) technologija. Jonų mainų dervos skirstomos į dvi grupes: 1) katijonų keitikliai, tai dervos su rūgštine, karboksilo arba sulfono grupe, kurios turi galimybę pakeisti vandenilio jonus į šarminių ir šarminių žemės metalų jonus; 2) anijonų keitikliai - dažniausiai aminų polimerizacijos su formaldehidu produktai, pakeičiantys jų hidroksilo grupes į anijonus.
Vandens demineralizacija atliekama specialiuose kolonėlės įtaisuose ir iš esmės galima arba iš pradžių leisti vandenį per kolonėlę su katijonu, o po to su anijonitu, arba Atvirkštinė tvarka(vadinamoji konvekcinė sistema) arba praleisti vandenį per vieną kolonėlę, kurioje yra ir katijonų, ir anijonų mainai (mišri kolonėlė).
Pateikiame vienos iš buitinių pramoninių 10 t/h našumo gėlinimo gamyklų, veikiančių pagal schemą: mechaniniai filtrai - H-katijonizacija - dekarbonizacija - OH-anijonizacija (79 pav.).
Vanduo iš miesto vandentiekio siurbliais tiekiamas į mechaninį mazgą, susidedantį iš dviejų filtrų, prikrautų sulfougalo. Vanduo praeina per filtrą iš viršaus į apačią ir patenka į H katijonizaciją 2. Mechaninio filtro veikimas apima atlaisvinimą (kartą per 3 dienas), kuris yra būtinas siekiant išvengti sieros anglies sulipimo ir išplauti nešvarumus, susidariusius dėl sieros anglies dilimo. Atlaisvinimas atliekamas vandens srove iš apačios. Schemoje taip pat numatytas vandentiekio vandens tiekimas katijonizavimui, apeinant mechaninius filtrus. N-kationito blokas susideda iš trijų filtrų ir dekarbonizatoriaus 3, įrengti po jų. Į katijonų mainų filtrus prikraunama KU-1 derva, gauta kondensuojant fenolsulfonrūgštį ir formaldehidą, kuri tam tikromis sąlygomis gali sugerti įvairius katijonus iš vandeninių tirpalų. KU-1 katijonų keitiklis, kaip ir kiti katijonai, pasižymi nevienodu gebėjimu absorbuoti įvairius katijonus.
Daugumos katijonų keitiklių atveju įvairių katijonų absorbcijos aktyvumo pasiskirstymas ir atitinkamas sugerties pajėgumas gali būti pavaizduoti pagal šias eilutes:
Katijonų mainų procesas vyksta pagal šią schemą:
kur K yra katijonų mainų dervos organinis anijonas.
Vėliau dėl skirtingos galimybės keistis atskirais katijonais natrio jonas, kurio judrumas yra mažiausias, bus pirmasis, kurį į filtratą išstums mobilesni kalcio ir magnio katijonai. Sumažėjus vandenilio jonų, galinčių keistis, kiekiui katijono keitiklyje, rūgštingumas sumažės lygiaverčiu kiekiu ir padidės natrio jonų kiekis filtrate.
N-katijonų mainų filtras yra cilindrinis aparatas su viršutiniu ir apatiniu dugnu, pritvirtintas prie korpuso varžtais. Filtrų paviršius yra gumuotas. Ant filtro dugno pilamas kvarcinis smėlis, kurio sluoksnio aukštis 300 mm, po to katijoninė derva, kurios sluoksnio aukštis 3 m. Kartu su kvarciniu smėliu filtre sumontuoti viršutiniai ir apatiniai drenažo įtaisai, neleidžiantys katijonui pašalinti derva filtro veikimo metu.
Drenažo įtaisai susideda iš gumuotų diskų su įpjovomis dangteliais, pritvirtintais prie sriegių. Be to, kas išdėstyta aukščiau, drenažo įtaisai yra skirti tolygiai paskirstyti per jį praeinantį vandenį visame filtro skerspjūvio plote tiek katijonizuojant, tiek atlaisvinant ir plaunant. Filtro veikimas susideda iš periodinių keturių operacijų atlikimo: 1) H-katijonizavimo; 2) atlaisvinimas; 3) regeneracija; 4) plovimas. Katijonito purenimas atliekamas siekiant pašalinti sutankinimą, pašalinti nešvarumus, atsiradusius dėl vandens ir rūgščių tirpalo bei smulkias daleles, susidariusias dėl katijonio keitiklio dilimo. Atlaisvinimas atliekamas šaltinio vandeniu.
H-katijonų mainų filtrų regeneravimas atliekamas 5% druskos rūgšties tirpalu, paruoštu specialioje talpykloje -
reaktorius 10 su maišytuvu 12. Tirpalui paruošti naudojamas šaltinio vanduo; koncentruota druskos rūgštis tiekiama iš matavimo taurelės 9, kur suspausto oro pagalba jis patenka iš rezervuaro 8. Regeneracijai paruoštas rūgšties tirpalas laikomas surinkimo rezervuare 11. Po regeneracijos rūgštis per marmuro drožlių sluoksnį išleidžiama į kanalizacijos sistemą.
Praleidus reikiamą rūgšties kiekį per filtrą, filtras nedelsiant nuplaunamas šaltinio vandeniu. H katijonizuotame vandenyje po karbonato kietumo suskaidymo yra daug laisvo anglies dioksido, kuris pašalinamas dekarbonizatoriuje 3 dėl desorbcijos, dėl vandens susidarymo virš paviršiaus naudojant ventiliatorių 4 mažas dalinis slėgis C02. Desorbcija didėja didėjant terpės temperatūrai, nes mažėja dujų tirpumas vandenyje. Dekarbonizuotas vanduo surenkamas į 5 rezervuarą, iš kurio jis pumpuojamas 6 paduodamas į anijonų bloką
Anijoniniai filtrai yra pripildyti EDE-10p dervos, gautos kondensuojant polietileno poliamidus ir epichlorhidriną, tam tikromis sąlygomis galinčia sugerti įvairius anijonus iš vandeninių tirpalų. EDE-10p, kaip ir kiti anijonai, pasižymi nevienodu gebėjimu absorbuoti įvairius anijonus. Anijonų keitikliai skirstomi į dvi grupes: silpnai bazinius ir stipriai bazinius. Silpnos bazės anijonai gali sugerti stiprių rūgščių (SO 4 -2 CI -, NO 3 -) anijonus, tačiau silpnų rūgščių anijonai (HCO 3 -, HSiO 3 - ir kt.) jų nesulaiko. Stiprios bazės anijonai išgauna tiek stiprių, tiek silpnų rūgščių anijonus iš vandeninių tirpalų. Anijonų mainų procesas vyksta pagal šią schemą:
kur A yra anijonų keitiklio organinis katijonas.
Anijonų mainų blokas susideda iš trijų 800 mm skersmens ir 3,5 m aukščio filtrų Anijonų mainų filtrai sukonstruoti panašiai kaip ir katijonų mainai. Anijonų mainų filtro veikimas susideda iš periodinio tų pačių keturių operacijų atlikimo: 1) anijonizavimo; 2) atlaisvinimas; 3) regeneracija; 4) plovimas.
Anijonų mainų filtrų atlaisvinimas atliekamas dekarbonizuotu vandeniu 5. OH-anijonų mainų filtrų regeneravimas atliekamas 3-4% šarmo tirpalu. Paruošti šarmų regeneravimo tirpalą reikalinga suma koncentruotas tirpalas, gaunamas iš kieto NaOH demineralizuotame vandenyje reaktoriuje su maišykle 13, patiekiama per matavimo taurelę 14 prie tankų 15, kur tiekiamas nudruskintas vanduo skiedimui. Regeneravimo tirpalas iš rezervuarų 15 tarnavo tada suspaustas oras prie filtro 16 ir tada į OH-anijonų filtrą. Plovimas skirtas regeneravimo tirpalo ir regeneracijos produktų pertekliui pašalinti iš filtro ir atliekamas naudojant dekarbonizuotą vandenį. Plovimo vandenys išleidžiami. Naudojant jonų keitiklius, galima gauti demineralizuotą vandenį, atitinkantį farmakopėjos standartus. Kai kuriais atvejais naudinga derinti vandens demineralizaciją su distiliavimu (injekciniams tirpalams).
Norint gauti švarų demineralizuotą vandenį, naudojami vadinamieji jonų mainų filtrai (16 pav.). Jų veikimas pagrįstas tam tikrų medžiagų gebėjimu selektyviai surišti druskų katijonus arba anijonus. Vanduo iš čiaupo pirmiausia praleidžiamas per katijoninę dervą, kuri suriša tik katijonus. Rezultatas yra rūgštus vanduo. Tada šis vanduo praleidžiamas per anijonų keitiklį, kuris suriša tik anijonus. Vanduo, pratekėjęs per abu jonų keitiklius, vadinamas demineralizuotu(t.y. neturi mineralinių druskų).
15 pav. Kolba distiliuotam vandeniui laikyti su apsauga nuo anglies absorbcijos.
Demineralizuoto vandens kokybė nėra prastesnė už distiliuotą vandenį ir dažnai atitinka bidistiliatą
Jonuokliai pamažu prisisotina ir nustoja veikti, tačiau juos lengva regeneruoti, o po to juos vėl galima naudoti. Praktikoje regeneracija gali būti atliekama daug kartų, o didelis vandens kiekis gali būti išvalytas tuo pačiu jonų keitikliu. Jonų mainų įrenginiai plačiai naudojami ne tik vandens valymui ir demineralizacijai pramonėje, bet ir analitinėse laboratorijose vietoj vandens distiliavimo prietaisų.
Ryžiai. 16. Laboratorinis įrenginys demineralizuoto vandens gamybai.
Ryžiai. 17. Demineralizuoto vandens gamybos laboratorinės įrangos schema: 1 - kamštis; 2 - stiklo vata; 3 - katijonų keitiklis; 4 - trijų krypčių kraštas; 5 - kištukas; 6-anijonų keitiklis; 7 - kanalizacijos vamzdis.
Norint gauti demineralizuotą vandenį, galima įrengti instaliaciją, kuri gamins 20-25 l/h vandens. Instaliacija (17 pav.) susideda iš dviejų 70 cm aukščio ir apie 5 cm skersmens vamzdžių (kolonų), gali būti stiklinės, kvarcinės, o dar geriau – skaidraus plastiko, pavyzdžiui, organinio stiklo. Į kolonėles dedama 550 g jonų mainų dervų: į vieną dedama katijonitinė derva (H+ formos), į kitą – anijonitinė derva (OrT formos). Mėgintuvėlis/kolonėlė su katijonų keitikliu 3 turi išleidimo vamzdelį, kuris guminiu vamzdeliu prijungiamas prie vandens čiaupo.
Vanduo, praleistas per katijonų keitiklį, anijonu siunčiamas į antrąją kolonėlę. Vandens srautas per abi kolonėles turi būti ne didesnis kaip 450 cm3/min. Pirmosiomis vandens porcijomis, praeinančiomis per katijonų keitiklį, būtina nustatyti rūgštingumą. Vandens mėginys imamas per trijų krypčių vožtuvą 4, jungiantį kolonėles. Išankstinis vandens rūgštingumo nustatymas būtinas vėlesnei demineralizuoto vandens kokybės kontrolei.
Kadangi jonų keitikliai palaipsniui prisotinami, būtina stebėti įrenginio veikimą. Per jį praleidus apie 100 litrų vandens arba nepertraukiamai bėgus 3,5 val., reikia paimti pro katijonų keitiklio kolonėlę prabėgusio vandens mėginį, tada 25 cm3 šio vandens titruojama 0,1 N. NaOH tirpalas metiloranžinyje. Jei vandens rūgštingumas smarkiai sumažėjo, palyginti su pirmojo bandymo rezultatu, vandens tekėjimą reikia sustabdyti ir regeneruoti jonų keitiklius. Norėdami iš naujo išrasti katijonų keitiklį, supilkite jį iš kolonėlės į didelį stiklainį, užpildykite 5% HCl tirpalu ir palikite ištirpti per naktį. Po to rūgštis lyginama ir katijonų keitiklis išplaunamas distiliuotu arba demineralizuotas vanduo kol Cl-jonų testas skalavimo vandenyse taps neigiamas. Bandymas atliekamas taip: ant laikrodžio stiklo užlašinkite 2-3 lašus plovimo vandens ir įlašinkite į jį 0,01 N lašą. AgN03 tirpalas. Esant neigiamai reakcijai, nesusidaro drumstumas.
Išplauto katijono derva vėl įpilama į kolonėlę. Anijoninė derva regeneracijai supilama į didelį stiklainį, pripildoma 2% (0,5 N) NaOH tirpalo ir paliekama per naktį. Tada šarmas nusausinamas, o anijonų keitiklis kruopščiai nuplaunamas distiliuotu arba demineralizuotu vandeniu, kol plovimo vanduo, bandant su fenolftaleinu, sureaguos neutraliai. . " "
Laboratorijoje pravartu turėti du tokius įrenginius: vienas veikia, o kitas – atsarginis. Kol vienas įrenginys atkuriamas, veikia kitas.
Iš SSRS gaminamų jonų mainų dervų * kaip katijonų keitikliai gali būti naudojami KU-2, SBS, SBSR, MSF arba SDV-3 markių jonų keitikliai.
Norint gauti ypač gryną vandenį, kurio kokybė yra pranašesnė už bidistiliatą, rekomenduojama naudoti jonų keitiklius KU-2 ir EDE-10P**. Pirma, jonų keitikliai, kurių grūdelių dydis yra apie 0,5 mm, atitinkamai konvertuojami į H ir OH formas, apdorojant KU-2 1% tirpalu. druskos rūgšties, o EDE-10P su 3% natrio hidroksido tirpalu, prakaitas vos nuo nieko gerai nuplaunamas. Tada jie sumaišomi tūriniu santykiu KU-2: EDE-10P = 1,25: 1 ir mišinys dedamas į apie 50 mm skersmens ir 60-70 cm aukščio organinio stiklo kolonėlę.
Kolonėlės apatinis ir viršutinis kamščiai taip pat turi būti pagaminti iš organinio stiklo, vandens tiekimo ir atliekų vamzdeliai – iš polietileno arba aliuminio.
Norint gauti ypač gryną vandenį, naudojamas įprastas distiliuotas vanduo, kuris leidžiamas per kolonėlę su jonų keitiklių mišiniu. Vienas kilogramas tokio mišinio gali išvalyti iki 1000 litrų distiliuoto vandens. Išgryninto vandens savitoji varža turi būti 1,5-2,4*10 -7 1/(omų*cm). Šis jonų keitiklių mišinys nerekomenduojamas vandens iš čiaupo demineralizacijai, nes jonų keitikliai greitai prisisotina. Kai išvalyto vandens savitoji varža ima mažėti, vandens valymas sustabdomas ir jonų keitikliai regeneruojami. Tam jonų mainų mišinys iš kolonėlės pilamas ant filtravimo popieriaus lakšto, išlyginamas, uždengiamas kitu to paties popieriaus lakštu ir paliekamas išdžiūti. Arba jonų keitikliai iš kolonėlės supilami į porcelianinį Buchnerio piltuvą ir išsiurbiami tol, kol gaunama orui sausa masė.
Oru sausa masė dedama į atitinkamo indo dalijamąjį piltuvą taip, kad jonų keitiklių mišinys užimtų apie "D. Po to į dalijamąjį piltuvą pilamas 3% NaOH tirpalas, užpildantis piltuvą maždaug iki 3D ir Greitai maišoma. Tokiu atveju jonų keitikliai yra akimirksniu atskiriami. Apatinis sluoksnis, kuriame yra katijonų keitiklis KU-2, per dalijamąjį piltuvo čiaupą nuleidžiamas į indą su vandeniu ir pakartotinai plaunamas dekantuojant, kol plovimo vandens mėginys gauna neutrali reakcija įlašinus 1-2 lašus fenolftaleino.
Viršutinis sluoksnis, kuriame yra anijonų keitiklis EDE-10P, pilamas per dalimojo piltuvo kaklelį į indą su vandeniu. Jonuokliai regeneruojami kaip aprašyta aukščiau, kiekvienas jonokaitis atskirai, o po to vėl naudojami vandens valymui.
Demineralizuotas (išsūdytas) vanduo gaunamas iš geriamojo vandens iš čiaupo, kuris anksčiau buvo kruopščiai ištirtas, nes jame yra daug ištirpusių ir suspenduotų medžiagų.
Vandens demineralizacija(pašalinimas nuo nepageidaujamų katijonų ir anijonų buvimo) atliekamas naudojant jonų mainų ir membranų atskyrimo metodai.
Jonų mainai yra pagrįstas jonų mainų – įvairaus laipsnio kryžminio susiejimo tinklinių polimerų, gelio arba mikroporingos struktūros, kovalentiniu ryšiu sujungtų su joninėmis grupėmis, naudojimu. Šioms grupėms disociuojant vandenyje arba tirpaluose susidaro jonų pora – ant polimero fiksuotas jonas ir judrus priešionas, kuris iš tirpalo pakeičiamas to paties krūvio jonais (katijonais arba anijonais). Vidaus pramonė gamina jonų mainų dervas:
Jonų mainų katijonai (KU-2, KU-2-8ch, SK-3), galintys pakeisti savo vandenilio joną į katijonus (Mg 2+; Ca 2+ ir kt.); H formos (katijonų keitiklis su judriu vandenilio atomu) jie keičia visus vandenyje esančius katijonus.
Jonų mainų anijonai (AV-17-8ch, AV-17-10p), savo hidroksilą (OH~) pakeičiantys anijonais: SO4", Cl ir kt. OH formos (anijonų mainai su mobilia hidroksilo grupe) keičia visus vandenyje esantys anijonai.
Kiekvienas kilogramas dervos gali išvalyti iki 1000 litrų ar daugiau vandens. Vandens kokybę kontroliuoja elektros laidumas. Kai tik jonų keitiklis nustoja surišti jonus, elektros laidumas didėja.
Katijonai – tai dervos su rūgštine grupe (karboksilo arba sulfono). Jiems regeneruoti (atkuriant galimybę keistis vandenilio jonais) naudojamas 5% druskos rūgšties tirpalas.
Anijonai dažniausiai yra aminų polimerizacijos su formaldehidu produktai. Regeneracijai naudokite 5% natrio bikarbonato arba natrio hidroksido tirpalą.
Yra dviejų tipų kolonėlės jonų mainų įtaisai: su atskirais ir su mišriais katijonų ir anijonų sluoksniais. 1 tipo prietaisai susideda iš dviejų nuosekliai išdėstytų kolonėlių, iš kurių pirmoji užpildyta katijonų keitikliais, o antroji – anijonais. 2 tipo prietaisus sudaro viena kolonėlė, užpildyta šių jonų mainų dervų mišiniu. Geriamasis vanduo į kolonas tiekiamas iš apačios į viršų, per katijonitinės dervos sluoksnį, po to ant anijonų mainų sluoksnio, filtruojamas iš sunaikintų jonų mainų dalelių ir pašildomas šilumokaityje iki 80 - 90 °C.
Jonų mainų dervos gali būti granuliuojamos pluoštų, kempinių dervų, ryšulių (juostų) pavidalu, nuosekliai judant per sorbcinę vonią, plovimo vonią, po to per regeneravimo ir plovimo baką. Jonų mainų pluoštai susidėvi lėčiau nei granuliuoti pluoštai. Magnetinės granulės yra mažiau jautrios sunaikinimui.
Jonų mainų technologija užtikrina klasikinį vandens gėlinimą ir yra ekonomiška. Tačiau jis turi nemažai trūkumų: 1) jonų mainų dervos reikalauja periodinio regeneravimo; 2) ilgai naudojant gali tapti substratu mikroorganizmų vystymuisi, todėl reikia periodiškai dezinfekuoti naudojamas dervas.
Jonų mainų įrenginys susideda iš 3-5 porų katijonų mainų ir anijonų mainų kolonėlių (1 pav.). Vanduo iš čiaupo
Geldintas vanduo
Ryžiai. 1. Jonų mainų įrenginio veikimo principas
Tarp membranos atskyrimo metodai galima išskirti: atvirkštinė osmozė, ultrafiltracija, dializė, elektrodializė, membranos išgarinimas.Šie metodai yra pagrįsti atitvarų, turinčių selektyvų pralaidumą, naudojimu, leidžiančiu gauti vandenį be fazių ir cheminių transformacijų.
Atvirkštinis osmozė (hiperfiltracija)- tirpiklio (vandens) perėjimas iš tirpalo per pusiau pralaidžią membraną veikiant išoriniam slėgiui. Perteklinis fiziologinio tirpalo darbinis slėgis yra daug didesnis nei osmosinis slėgis. Atvirkštinio osmoso varomoji jėga yra slėgio skirtumas abiejose membranos pusėse. Atskyrimui, membranos iš dviejų
1. Porėtas- Selektyvus pralaidumas pagrįstas vandens molekulių adsorbcija membranos paviršiuje ir jo poromis. UAM 50 m, UAM 100 m, UAM 150 m - 125 A, UAM 200 m UAM 300 m ir UAM 500 m.
2. Neakyta difuzija membranos kontaktiniame paviršiuje sudaro vandenilinius ryšius su vandens molekulėmis. Perteklinio slėgio įtakoje šie ryšiai nutrūksta, vandens molekulės difunduoja V priešinga membranos pusė, o toliau esančios prasiskverbia į susidariusias vietas. Taigi vanduo tarsi ištirpsta paviršiuje ir pasklinda į membraninį sluoksnį. Gaminamos hiperfiltracinės celiuliozės acetato membranos MGA-80, MGA-90, MGA-95, MGA-100.
Atvirkštinio osmoso įrenginį sudaro aukšto slėgio siurblys, vienas ar daugiau permeatorių ir valdymo blokas, palaikantis optimalias darbo sąlygas. Kiekviename iš permiatorių yra daug (iki 1 mln.) tuščiavidurių pluoštų (membranų). Kaip membranos naudojami celiuliozės eteriai (acetatai), poliamidai ir kt.
Vanduo tiekiamas į permiatorių, plaunamas pluoštus iš išorės. Esant slėgiui virš osmosinio, jis prasiskverbia į tuščiavidurius vamzdelius, t.y. palieka druskas, kaupiasi vamzdelių viduje, o druskų „koncentratas“ pilamas į kanalizaciją.
Vandeniui judant, permiatoriuje įrengiamas anglies filtras chlorui pašalinti.
Atvirkštinio osmoso metodas pašalina daugiau nei 90% druskų, Antrojo pasaulinio karo, bakterijų ir net kai kurių virusų.
Metodas turi daug teigiamų savybių: paprastumas; produktyvumas nepriklauso nuo druskos kiekio šaltinio vandenyje; platus pusiau pralaidžių membranų pasirinkimas; efektyvumas - iš 10 litrų geriamojo vandens gaunama 7,5 litro išgryninto vandens; energijos sąnaudos yra 10-16 kartų mažesnės nei distiliuojant. Šiuo principu veikia pramoniniai įrenginiai „Rosa“, UG-1 ir UG-10.
Norint gauti itin gryną vandenį, derinami jonų mainų ir atvirkštinio osmoso metodai.
Ultrafiltracija- didelės molekulinės masės junginių tirpalų membraninio atskyrimo procesas veikiant slėgio skirtumui. Šis metodas naudojamas, kai osmosinis slėgis yra neproporcingai mažas, palyginti su darbiniu slėgiu. Varomoji jėga yra slėgio skirtumas – darbinis ir atmosferinis. Vandens ultrafiltravimas per 0,01 mikrono porų skersmens membraną leidžia 100% išlaisvinti geriamąjį vandenį nuo druskų, organinių ir koloidinių medžiagų bei mikroorganizmų.
Elektrodializė. Atskyrimo mechanizmas pagrįstas nukreiptu jonų judėjimu kartu su selektyviu membranų veikimu, veikiant nuolatinei srovei. Kaip jonų mainų membranos naudojamos šios:
Katijonų keitiklis MK-40 klasės su katijonų keitikliu KU-2 Na formos ir didelio tankio polietileno ir MK-40l pagrindu, sutvirtintas lavsanu;
Anijonų mainai MA-40 su anijonitu EDE-10P Cl formos didelio tankio polietileno pagrindu ir MA-41l - 1 membrana su stipriu baziniu anijonitu AV-17, sustiprinta lavsanu.
Vanduo dedamas į vonią, padalytą į tris dalis selektyviomis jonų mainų membranomis. Membranos, turinčios neigiamas krūvis(katijonų keitikliai) yra pralaidūs katijonams, turintys teigiamą krūvį (anijonų keitikliai) – anijonams. Jonų mainų membranos jonų nesorbuoja, o selektyviai perduoda juos.
Per vonią praleidžiama konstanta elektros, visi vandenyje esantys druskų jonai pradeda judėti į membranas, kurios turi priešingą krūvį: katijonai į katodą, anijonai į anodą. Iš druskos šalinimo kameros pašalinti druskos jonai atitinkamai koncentruojami gretimose kamerose. Likutinės druskos kiekis yra 5 - 20 mg/l.
Elektrodializės agregatai EDU-100 ir EDU-1000 gaminami 100 ir 1000 m 3 /parą talpos.
Garinimas per membraną. Tirpiklis praeina per membraną ir pašalinamas nuo jos paviršiaus garų pavidalu inertinių dujų sraute arba vakuume. Tam naudojamos membranos iš celofano, polietileno ir celiuliozės acetato.
Membraninių metodų, kurie vis dažniau pradedami naudoti gamyboje, pranašumas yra didelis energijos taupymas. Taip pat gana lengva reguliuoti vandens kokybę. Metodų trūkumas yra membranų ir porų koncentracinės poliarizacijos pavojus, dėl kurio į filtratą gali patekti nepageidaujami jonai ar molekulės.
Demineralizuotas vanduo naudojamas stikliniams buteliams, ampulėms, pagalbinėms medžiagoms plauti ir šėrimo vandens distiliuotojams gaminti išvalytą (distiliuotą) vandenį ir injekcinį vandenį.
Išgryninto (distiliuoto) vandens gavimas )
Išgrynintas vanduo FS 42-2619-89 (Aqua purificata), naudojamas injekcinių dozuotų formų gamyboje, turi būti kiek įmanoma chemiškai išgrynintas ir atitikti atitinkamus norminius ir techninius dokumentus. Kiekvienoje gauto vandens partijoje turi būti tikrinama pH vertė (5,0-6,8), redukuojamųjų medžiagų, anglies dioksido, nitratų, nitritų, chloridų, sulfatų, kalcio ir sunkiųjų metalų buvimas. Leidžiamas amoniako kiekis - ne daugiau kaip 0,00002%, sausos liekanos - ne daugiau kaip 0,001%. Elektros laidumo matavimai naudojami nuolatiniam gauto vandens kokybės įvertinimui. Tačiau metodas nėra pakankamai objektyvus, nes rezultatas priklauso nuo vandens molekulių ir priemaišų jonizacijos laipsnio.
Išgrynintas vanduo gaunamas distiliuojant, distiliuojant iš čiaupo arba demineralizuotą vandenį įvairios konstrukcijos distiliavimo aparatuose. Pagrindiniai bet kurio distiliavimo aparato komponentai yra garintuvas, kondensatorius ir kolektorius. Distiliavimo metodo esmė yra ta, kad šaltinio vanduo pilamas į garintuvą ir kaitinamas iki virimo. Vyksta fazinė skysčio transformacija į garus, o vandens garai siunčiami į kondensatorių, kur jie kondensuojasi ir distiliato pavidalu patenka į imtuvą. Šis metodas reikalauja daug energijos, todėl kai kurie augalai šiuo metu gamina vandenį, išgrynintą atskyrimo metodais per membraną.
Injekcinio vandens ruošimas pramoninėmis sąlygomis
Pagal FS 42-2620-89 reikalavimus, injekcinis vanduo (Aqua pro ingectionibus) turi atitikti visus išvalytam vandeniui keliamus reikalavimus, taip pat turi būti sterilus ir be pirogenų. Vandens sterilumas nustatomas XI leidimo Valstybinio fondo straipsnyje „Sterilumo testai“, p. 187-192. Vandens pirogeniškumo tyrimas atliekamas naudojant biologinį metodą, pateiktą XI leidimo Valstybės fondo straipsnyje „Pirogeniškumo testas“, p. 183-185.
Įranga išvalytam vandeniui ir injekciniam vandeniui gauti
Pramoninėmis sąlygomis vandens gavimas Dėl injekcijos ir išgrynintas vanduo atliekami naudojant didelio našumo spintinius prietaisus, įvairių konstrukcijų termokompresinius distiliatorius ir atvirkštinio osmoso įrenginius.
Kolonėlės kelių kamerų įrenginiai pirmiausia apima kelių pakopų įrenginius. Šio tipo įrenginiai, skirti gaminti išvalytą vandenį, yra skirtingų konstrukcijų. Didelių modelių našumas siekia 10 t/val.
Dažniausiai naudojamas trijų pakopų kolonų įrenginiai su trimis korpusais (garintuvais), išdėstytais vertikaliai arba horizontaliai. Kolonėlės įtaisų ypatumas yra tas, kad garais šildomas tik pirmasis garintuvas, antrinis garas iš pirmojo korpuso patenka į antrąjį kaip kaitinimo elementas, kur kondensuojasi ir gamina distiliuotą vandenį. Iš antrojo korpuso antriniai garai patenka į trečią – kaip kaitinamieji garai, kur taip pat kondensuojasi. Taigi distiliuotas vanduo gaunamas iš 2 ir 3 korpusų. Tokio įrenginio našumas – iki 10 t/h distiliato. Gauto distiliato kokybė yra gera, nes korpusuose yra pakankamas garų erdvės aukštis ir užtikrinamas lašelių fazės pašalinimas iš garų naudojant separatorius.
Siekiant užtikrinti, kad gautame vandenyje nebūtų pirogenų, būtina sudaryti sąlygas, neleidžiančias pirogeninėms medžiagoms prasiskverbti į distiliatą. Šios medžiagos yra nelakios ir negali būti distiliuojamos vandens garais. Jie užteršia distiliatą, perkeldami vandens lašelius arba nešdami juos su garų srove į šaldytuvą. Todėl konstruktyvus distiliato kokybės gerinimo problemos sprendimas yra tinkamos konstrukcijos distiliavimo aparato naudojimas, kuriame atmetama galimybė lašelių-skysčio fazę perkelti per kondensatorių į kolekciją. Tai pasiekiama įrengiant specialius gaudykles ir atšvaitus, o garų linijas statant aukštai garų generavimo paviršiaus atžvilgiu. Taip pat patartina reguliuoti garintuvo šildymą, užtikrinant vienodą virimą ir optimalų garavimo greitį, nes per didelis kaitinimas sukelia stiprų virimą ir lašelių fazės perkėlimą. Vandens valymas nusūdinant taip pat sumažina putojimą ir atitinkamai vandens lašelių išsiskyrimą į garų fazę.
Kai kuriose chemijos ir farmacijos įmonėse injekcinis vanduo gaunamas naudojant Mascarini distiliatorių - šio prietaiso našumas yra 1500 l/val. Jame sumontuotas vandens grynumo kontrolės įrenginys, baktericidinės lempos, oro filtrai, pirogeninių medžiagų šalinimo įrenginys, taip pat dvigubas vandens distiliavimo įrenginys, kurio našumas 3000 l/val.
Trijų kūnų vandens distiliatorius Finn-Aqua (Suomija) veikia naudojant demineralizuotą vandenį (2 pav.).
Ryžiai. 2. Aquadistilleris „Finn-Aqua“:
1 - slėgio reguliatorius ; 2 - kondensatorius-šaldytuvas; 3 - šilumokaitis
pakaitinimo kameros; 4 - garų išjungimo įtaisas; 5 - zona
garinimas; 6,7,8 - vamzdis; 9 - šilumokaitis
Vanduo per slėgio reguliatorių patenka į kondensatorių, praeina per pakaitinimo kamerų šilumokaičius, o po kaitinimo patenka į garavimo zoną, susidedančią iš vamzdžių sistemos, šildomos viduje kaitinant garus. Šildomas vanduo plėvelės pavidalu tiekiamas į išorinį šildomų vamzdžių paviršių, teka jais ir kaitinamas iki užvirimo.
Garintuve dėl verdančių plėvelių paviršiaus susidaro intensyvus garų srautas, judantis iš apačios į viršų 20-60 m/s greičiu. Šiuo atveju atsirandanti išcentrinė jėga užtikrina, kad lašai nutekėtų į apatinę korpuso dalį, prispausdami juos prie sienų. Šiuo metu pažangiausiais laikomi termokompresiniai distiliatoriai (3 pav.).
Jų pranašumas prieš kitų tipų distiliatorius yra tas, kad norint gauti 1 litrą injekcinio vandens, reikia suvartoti 1,1 litro šalto vandens iš čiaupo. Kituose įrenginiuose šis santykis yra 1:9-1:15. Įrenginio veikimo principas – jame susidarę garai, prieš patekdami į kondensatorių, praeina per kompresorių ir suspaudžiami. Vėsdamas ir kondensuodamasis jis išskiria šilumą, atitinkančią latentinę garavimo šilumą, kuri. išleidžiama aušinimo vandeniui šildyti vamzdinio kondensatoriaus viršuje. Aparatas tiekiamas vandeniu iš apačios į viršų, distiliuotojo išeiga iš viršaus į apačią. Distiliuotojo našumas iki 2,5 t/val. Gauto vandens be pirogeno kokybė yra aukšta, nes lašelių fazė išgaruoja ant garintuvo vamzdžių sienelių. Kaitinimas ir virimas vamzdeliuose vyksta tolygiai, be pernešimų, plonu sluoksniu. Garų lašelių sulaikymą palengvina ir garų erdvės aukštis. Prietaiso trūkumai yra įrenginio ir veikimo sudėtingumas.
Ryžiai. 3. Termopresinio distiliatoriaus veikimo principas: 1 - kondensatorius-šaldytuvas; 2 - garinė erdvė; 3 - kompresorius; 4 - slėgio reguliatorius; 5 - pakaitinimo kamera; 6* - garintuvo vamzdeliai
Iki pastarųjų metų labiausiai paplitęs injekcinio vandens gavimo būdas buvo distiliavimas. Šis metodas reikalauja daug energijos, o tai yra rimtas trūkumas. Kiti trūkumai yra įrangos stambumas ir didelis jos užimamas plotas; pirogeninių medžiagų buvimo vandenyje galimybė; priežiūros sunkumas.
Nauji membranų atskyrimo metodai, kurie vis dažniau pristatomi į gamybą, šių trūkumų neturi. Jie vyksta be fazių transformacijų ir jiems įgyvendinti reikia žymiai mažiau energijos, palyginamos su minimalia teoriškai nustatyta atskyrimo energija.
Membranų valymo metodai yra pagrįsti pertvaros (membranos) savybėmis su selektyviu pralaidumu, todėl atskyrimas įmanomas be cheminių ir fazinių transformacijų. Norint gauti injekcinį vandenį, praktiški yra šie prietaisai.
Labai išgryninto vandens įrenginys Sharya-500 veikia membraninio valymo principu. Jo tiekiamo vandens našumas yra 500 l/h, gautas įrenginys yra labai išgrynintas vanduo, be mechaninių priemaišų, organinių ir neorganinių medžiagų. Jis naudojamas imunobiologiniams bakteriniams preparatams gaminti ir injekciniams tirpalams ruošti.
Įrenginys (UVV) apima išankstinio filtravimo, atvirkštinio osmoso ir galutinio valymo įrenginius.
Filtravimo įrenginys skirtas išvalyti geriamąjį vandentiekio vandenį nuo 5 mikronų dydžio mechaninių priemaišų, jame yra katijonų mainų filtras ir du anglies filtrai, veikiantys lygiagrečiai arba pakaitomis.
Atvirkštinio osmoso įrenginys veikia esant ne mažesniam kaip 15 atm slėgiui. Į įrenginį patekęs vanduo po filtravimo padalijamas į du srautus, iš kurių vienas praeina per atvirkštinio osmoso membranas, o antrasis srautas, einantis palei membranos paviršių ir turintis padidintą druskų (koncentrato) kiekį, pašalinamas iš įrenginio. . Norint užtikrinti šio įrenginio veikimą, būtina, kad vandens tiekimo, nutekėjimo ir praeinančio per membraną tūrių santykis būtų atitinkamai 3:2:1. Taigi, norint gauti 1 litrą labai išgryninto vandens, reikia suvartoti maždaug 3 litrus vandens iš čiaupo. Tuo pačiu metu drenažo greitis yra gana didelis, o tai pašalina žalingą koncentruotos poliarizacijos poveikį įrenginio veikimui.
Atvirkštinio osmoso įrenginyje vanduo išvalomas nuo tirpių druskų, organinių priemaišų, kietų suspensijų ir bakterijų.
Po atvirkštinio osmoso įrenginio vanduo patenka į galutinį valymo įrenginį, kuris apima jonų mainus ir ultrafiltravimą. Jonų mainų vandens valymas atliekamas naudojant nuosekliai sujungtus filtrus – katijonų ir anijonų, už kurių įrengiamas mišrus katijonų-anijonų filtras, kuriame pašalinami likę katijonai ir anijonai.
Galutinis vandens valymas atliekamas dviejuose ultrafiltravimo įrenginiuose su tuščiaviduriais pluoštais AP-2.0, skirtuose organinėms mikropriemaišoms (koloidinėms dalelėms ir makromolekulėms) atskirti.Distiliavimo būdu gautas injekcinis vanduo ne visada tinka imuninių ir bakterinių preparatų gamybai. Todėl dažnai reikia papildomo vandens valymo, kurį galima atlikti naudojant Super-Q instaliaciją. Našumas - 720 l/h, vanduo praleidžiamas per anglies filtrą, kuriame pašalinamos organinės medžiagos; tada - per mišrų jonų mainų sluoksnį; po to jis patenka į kasetinį bakterijų filtrą, kurio porų dydis yra 0,22 nm (0,00022 µm). Toliau vanduo teka į atvirkštinio osmoso modulį, kur pašalinamos pirogeninės medžiagos. Gautas vanduo naudojamas Dėl injekcinių dozuotų formų paruošimas, o koncentratas naudojamas kaip technologinis vanduo arba pakartotinai siunčiamas gryninti.
Pasaulinėje praktikoje plačiai naudojami labai išgryninto injekcinio vandens gamybos membraniniai metodai, kurie yra pripažinti ekonomiškai pagrįstais ir perspektyviais.
Pastaruoju metu dėmesys skiriamas demineralizuoto vandens naudojimui vietoj išgryninto vandens. Taip yra dėl to, kad distiliatoriai, ypač elektriniai, dažnai sugenda. Šaltinio vandenyje esančios druskos sudaro nuosėdas ant garintuvo stiklų, kurios pablogina distiliavimo sąlygas ir vandens kokybę.
Vandens nudruskinimui (demineralizavimui) naudojami įvairūs įrenginiai. Jų veikimo principas grindžiamas tuo, kad vanduo, praleidžiant jį per jonų mainų dervas, yra išlaisvinamas iš druskų - tinklinių polimerų, turinčių gelio arba mikroporų struktūrą, kovalentiškai susietas su jonogeninėmis grupėmis. Šių grupių disociacija vandenyje sukuria jonų porą:
Ant polimerinio nešiklio pritvirtintas jonas;
Mobilus – priešionis, kuris pakeičiamas to paties krūvio jonais.
Pagrindinė vandens demineralizavimo įrenginių dalis yra kolonos, užpildytos katijonais ir anijonais.
Katijonų keitiklių aktyvumą lemia karboksilo arba sulfono grupės, turinčios galimybę pakeisti vandenilio jonus į šarminių ir šarminių žemės metalų jonus, buvimas.
Anijonai yra tinkliniai polimerai, galintys pakeisti savo hidroksilo grupes į anijonus.
Įrenginiuose taip pat yra talpyklos rūgščių, šarmų ir distiliuoto vandens tirpalams, reikalingiems dervoms regeneruoti. Katijonaičių regeneravimas atliekamas druskos arba sieros rūgštimi. Anijonai atkuriami šarminiu tirpalu (2-5%).
Paprastai jonų mainų įrenginyje yra 3–5 katijonų ir anijonų kolonėlės. Veikimo tęstinumą užtikrina tai, kad viena kolonų dalis veikia, kita – regeneracinėje.
Vanduo iš čiaupo praeina per jonų mainų kolonėles, tada tiekiamas į filtrą, kuris sulaiko daleles nuo jonų mainų dervų sunaikinimo.
Siekiant išvengti mikrobinio užteršimo, gautas vanduo pašildomas iki 80-90 0 C.
Demineralizatorių patartina naudoti tarpligoninėse, didžiosiose ligoninėse ir kitose vaistinėse demineralizuoto vandens tiekimui distiliuotojams ir indų plovimo patalpoms.
Demineralizatoriaus našumas – 200 l/val.
8. Atvirkštinis osmozė
Atvirkštinis osmozė (hiperfiltracija) yra tirpalų atskyrimo būdas, kurį sudaro 3-8 MPa slėgio tirpalas tiekiamas į pusiau pralaidžią membraną, kuri leidžia tirpikliui prasiskverbti ir sulaikyti visą arba viduje. ištirpusios medžiagos dalis, molekulės ar jonai.
Pirmą kartą šį metodą 1953 m. pasiūlė C.E. Reid vandens gėlinimui.
Atvirkštinio osmoso varomoji jėga P yra slėgio skirtumas: tirpalo osmosinis slėgis ( P ) ir druskos tirpalo slėgis virš membranos (P).
P=P- P
Pirminis osmosas – tai vienpusis savaiminis tirpiklio pernešimas per pusiau pralaidžią membraną (pertvarą), siekiant išlyginti medžiagų koncentraciją abiejose pusėse.
Atvirkštinis osmosas – tai vandeninių sistemų (vandens) filtravimas iš tirpalo per pusiau pralaidžias membranas, siekiant atskirti ištirpusias druskas, organinių medžiagų molekules, kurių dydis yra didesnis nei vandens molekulės, taip pat suspenduotas priemaišas ir koloidines daleles.
Atvirkštinio osmoso įrenginiai yra ekonomiški eksploatuoti ir labai produktyvūs. Jie patikimai išvalo vandenį iš dvi-, tri-, keturiavalenčių neorganinių medžiagų, organinių medžiagų, koloidų ir iš dalies iš pirogenų. Trūkumas yra tas, kad membranos yra gana brangios.
Vandens, gauto taikant jonų mainų ir atvirkštinio osmoso metodą, kokybė kontroliuojama elektros laidumo verte.
Yra klaidinga nuomonė, kad vanduo savo sudėtyje yra neutralus skystas tirpalas. Tačiau taip nėra. Vandenyje yra druskų, kurių buvimas ypatingomis sąlygomis daro vandenį elektriškai ir chemiškai aktyvų. Tai neigiamai veikia gaminamų gaminių veikimą ir tam tikrų tipų įrangos funkcionalumą. Svarbi gamybos techninių procesų grandis yra specialus etapas - vandens demineralizacija.
Procesas, kurio metu iš vandens pašalinami visi mineralai, vadinamas vandens demineralizacija. Yra keturi vandens demineralizacijos būdai: dejonizacija, atvirkštinis osmosas, distiliavimas ir elektrodializė.
Dejonizacija yra procesas, kuriame naudojamas jonų mainų metodas. Dejonizacijos metu vanduo apdorojamas dviem jonų mainų medžiagos sluoksniais. Tai daroma taip, kad būtų efektyviausiai pašalinamos visos vandenyje esančios druskos. Vienu metu arba nuosekliai dejonizuojant naudojamos katijonų mainų dervos ir anijonų mainų dervos. Visos vandenyje tirpios druskos susideda iš katijonų ir anijonų. Tada dviejų nurodytų dervų mišinys demineralizuotame vandenyje jas visiškai pakeičia vandenilio jonais H+ ir hidroksilo OH-. Kaip rezultatas cheminė reakcija, šie jonai susijungia ir susidaro vandens molekulė. Šio proceso metu vanduo beveik visiškai nudruskina. Dejonizuotas vanduo labai paplitęs pramonėje, chemijos, farmacijos pramonėje, pramoninėje odos apdirbimo pramonėje. Anksčiau toks vanduo buvo naudojamas katodinių spindulių televizorių gamyboje.
Elektrodializė yra metodas, pagrįstas gebėjimu judėti veikiant elektrinis laukas jonų vandenyje. Druskos koncentracija sumažėja tūryje, kurį riboja jonų mainų membranos.
Distiliavimo metodas pagrįstas išgaravimu, po kurio koncentruojamas apdoroto vandens garas. Šis metodas vandens demineralizacija nėra plačiai naudojamas, nes yra per daug energijos suvartojantis, be to, distiliavimo metu ant garintuvo sienelių susidaro nuosėdos.
Labiausiai paplitęs vandens demineralizacijos būdas yra. Šis metodas vandens demineralizacija jau seniai pripažintas kaip labai profesionalus. Iš pradžių gėlinimui buvo pasiūlytas vandens valymo metodas, naudojant atvirkštinį osmosą jūros vandens. Tačiau vėliau paaiškėjo, kad vandens demineralizacijos metodas, naudojant atvirkštinį osmosą, kartu su filtravimu ir jonų mainais gali gerokai išplėsti vandens valymo galimybes.
Principas vandens demineralizacija Atvirkštinio osmoso metodas apima vandens stumimą per ploną plėvelę, pusiau pralaidžią membraną. Membranos poros yra tokios mažos, kad pro jas gali prasiskverbti tik vanduo ir mažos molekulinės masės dujos, įskaitant deguonį ir anglies dioksidą. Dėl šio apdorojimo visos priemaišos lieka ant membranos ir vėliau nuleidžiamos į kanalizaciją.
Kalbant apie valymo efektyvumą, membraninės sistemos neturi konkurentų. Jie gali išvalyti vandenį 97–99,99% bet kokio tipo teršalų. Dėl to, naudojant atvirkštinio osmoso metodą, gaunamas distiliuotas arba labai nusūdytas vanduo. Atvirkštinio osmoso metodas turi savo ypatybes. Viena iš pagrindinių savybių yra ta, kad giluminį membranos valymą galima atlikti tik vandeniu, kuris buvo iš anksto visapusiškai išvalytas nuo smėlio, rūdžių ir kitų panašių vandenyje netirpių suspensijų.
Ypač svarbu, kad demineralizacijai paruoštas vanduo būtų išvalytas nuo chloro ir organinių chloro junginių, galinčių sunaikinti membraninę medžiagą.
Kaip sužinoti, ar vanduo visiškai demineralizuotas? Vandens parametrai po demineralizacijos turi atitikti šiuos rodiklius: elektrinės varžos vertė turi būti 3-18 MoM*cm ribose esant 20°C vandens temperatūrai; pH lygis turi būti 6,5-8; silicio rūgšties kiekis – mažesnis nei 20 µg/l; bendras kietumas – mažesnis nei 1 mmol/l.
