Теоретическая часть

Натрий-катионирование
Удаление катионов из воды путем Nа-катионирования заключается в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы Na⁺ с образованием натриевых солей. При этом катионит по- глощает из воды катионы Са²⁺ и Мg²⁺, обусловливающие жесткость, а в воду из катионита переходит два одновалентных ионов Na⁺, т.е. обмены ионами происходит в эквивалентных количествах (рисунок 5.3).
Протекающие при этом реакции ионного обмена можно записать сле- дующим образом:
Ca²⁺ + 2NaR  CaR₂ + 2Na⁺ (5.7)
Mg²⁺ + 2NaR  MgR₂ + 2Na⁺ (5.8)

При надлежащих условиях регенерации остаточная жесткость воды при натрий-катионировании может быть получена на уровне 5 – 10 мкг- экв/дм³. Анионный состав натрий-катионированной воды остается неизмен- ным, поэтому карбонатная жесткость исходной воды изменяется в соответст- вии со следующей реакцией:

Са(НСО₃)₂ + 2NaR → CaR₂ + 2 NaНСО₃ (5.9)

Гидрокарбонат натрия, попадая с добавочной водой в котел, превраща- ется в результате термолиза в гидроскид натрия в соответствии с реакциями:

2 NaНСО₃ + Н₂О → Na₂ СО₃+ СО₂↑+Н₂О (5.10) Na₂ СО₃+ Н₂О→ 2NaОН + СО₂↑ (5.11)
Гидроксид натрия, остающийся в котловой воде, может инициировать щелочную коррозию металла котла, а углекислота, поступающая в пар, ки- слотную коррозию паропроводов.
Неизменность значения щелочности воды является основным недос- татком этого процесса, поэтому он может иметь самостоятельное значение только при подготовке воды для подпитки теплосети и добавочной воды для котлов низкого и среднего давления при сравнительно низкой щелочности исходной воды. Второй недостаток рассматриваемой технологии определяет- ся увеличением массовой концентрации катионов, так как эквивалентная масса иона Na⁺ выше эквивалентных масс ионов Са²⁺ и Мg²⁺. Вследствие это- го солесодержание фильтрата будет несколько выше солесодержания воды, поступающей на фильтр.
Процессы ионного обмена обратимы. Поэтому если в воде количество ионов кальция будет все возрастать относительно ионов жесткости (Ca²⁺, Mg²⁺₎ то процесс поглощения ионов жесткости будет замедляться, т.е. все бо- лее сдвигаться в левую сторону.
Ионы Na⁺, Са²⁺ и Мg²⁺ называются противоионами. Это свойство на- трий-катионирования имеет два последствия:

• 
  при увеличении содержания в обрабатываемой воде натрия получение
  

глубокоумягченной воды даже путем катионирования становится проблематичным;
двухступенчатого натрий-

• 
  обеспечивается возможность регенерации катионита раствором хлори- стого натрия. Концентрация ионов натрия в регенерационном растворе заве- домо больше концентрации ионов кальция и магния в катионите.
  
• 
  Повышение эффективности регенерации катионита путем увеличения концентрации регенерирующего раствора возможно до определенного предела, т.к. при увеличении концен- трации раствора уменьшается его объем. Это, в свою очередь, уменьшает эффективность регенерации, так как вытесненные из катионита ионы кальция и магния распределяются в меньшем объеме регенерационного раствора, концентрация их увеличивается, и в качестве противоионов они в таких ус- ловиях наиболее действенны.
  

Процесс умягчения при натрий-катионировании заканчивается при на- ступлении проскока жесткости. Для восстановления обменных свойств ка- тионита используют поваренную соль в виде раствора 6-10%-й концентрации

NaCl. Вследствие относительно большой концентрации ионов на- трий в регенерационном растворе происходит замена поглощенных ранее катионов жесткости по ре- акциям:
Рисунок 5.3 Процесс натрий- катионирования воды