О едком и не очень / Хабр
– Эти идиоты поместили фарфоровый контейнер со «студнем» в специальную камеру, предельно изолированную… То есть это они думали, что камера предельно изолирована, но когда они открыли контейнер манипуляторами, «студень» пошел через металл и пластик, как вода через промокашку, вырвался наружу, и все, с чем он соприкасался, превращалось опять же в «студень». Погибло тридцать пять человек, больше ста изувечено, а все здание лаборатории приведено в полную негодность. Вы там бывали когда-нибудь? Великолепное сооружение! А теперь «студень» стек в подвалы и нижние этажи… Вот вам и прелюдия к контакту.
— А. Стругацкий, Б. Стругацкий «Пикник на обочине»
Привет, %username%!
В том, что я всё ещё что-то пишу — вините вот этого человека. Он навеял идею.
Просто, немного поразмыслив, я решил, что небольшой экскурс по едким веществам получится относительно быстро. Может кому-то будет и интересно. А кому-то — и полезно.
Поехали.
Едкий — 1. Разъедающий химически. 2. Резкий, вызывающий раздражение, боль. 3. Язвительный, колкий.
Ожегов С.И. Словарь русского языка. — М.: Рус.яз., 1990. — 921 с.
Итак, отбрасываем сразу два последних значения слова. Также отбрасываем «едкие» лакриматоры — которые не столько едкие, сколько вызывают слезотечение, и стерниты — которые вызывают кашель. Да, ниже будут вещества, которые обладают и этими свойствами, но они — что главное! — действительно разъедают материалы, а иногда и плоть.
Мы не будем рассматривать вещества, едкие только для человека и подобных — в виду специфического разрушения мембран клеток. А потому иприты останутся не у дел.
Мы будем рассматривать соединения, которые в комнатных условиях — жидкости. Поэтому жидкий кислород и азот, а также газы типа фтора рассматривать не будем, хотя их можно считать едкими, да.
Как обычно, взгляд будет исключительно субъективным, основанным на собственном опыте. И да — вполне возможно, что кого-то я и не упомню — пиши комментарии, %username%, в течение трёх суток с момента публикации я буду дополнять статью тем, что забылось с самого начала!
И да — у меня нет времени и сил строить «хит-парад», поэтому будет сборная солянка. И со всеми исключениями — она вышла довольно короткой.
Едкие щелочи
А конкретно — гидроксиды щелочных металлов: лития, натрия, калия, рубидия, цезия, франция, гидроксид таллия (I) и гидроксид бария. Но:
- Литий, цезий, рубидий и барий отбрасываем — дорого и редко встретишь
- Если ты, %username%, встретишь гидроксид франция, то едкость тебя будет волновать в последнюю очередь — он жутко радиоактивный
- То же и с таллием — он ядовит до жути.
А потому остались натрий и калий. Но будем откровенны — свойства у всех едких щелочей очень схожие.
Гидроксид натрия известен всем как «каустическая сода» (не путать с пищевой, кальцинированной и другими содами, а также поташем). Гидроксид калия как пищевая добавка Е525 — тоже. По свойствам оба похожи: сильно гигроскопичны, то бишь тянут воду, на воздухе «расплываются». Хорошо растворяются в воде, при этом выделяется большое количество теплоты.
«Расплывание» на воздухе — по сути образование очень концентрированных растворов щелочей. А потому, если положить кусочек едкой щёлочи на бумагу, кожу, некоторые металлы (тот же алюминий) — то по прошествии времени обнаружится, что материал хорошо подъело! То, что показывали в «Бойцовском клубе» — очень похоже на правду: действительно, потные руки — да в щёлочь — будет больно! Лично мне показалось больнее, чем от соляной кислоты (о ней ниже).
Впрочем, если руки очень сухие — скорее всего в именно сухой щёлочи ничего и не почувствуешь.
Едкие щёлочи отлично разваливают жиры на глицерин и соли жирных кислот — так и варят мыло (привет, «Бойцовский клуб!») Чуть дольше, но так же действенно расщепляются белки — то есть в принципе щёлочи плоть растворяют, особенно крепкие растворы — да при нагревании. Недостатком в сравнении с той же хлорной кислотой (о ней тоже ниже) является то, что все щёлочи тянут углекислый газ из атмосферы, а потому сила будет постепенно снижаться. Кроме того, щёлочи реагируют и с компонентами стекла — стекло мутнеет, хотя, чтобы его растворить целиком — тут, конечно, надо постараться.
К едким щелочам иногда относят и тетраалкиламмоний гидроксиды, например
Гидроксид тетраметиламмонияНа самом деле в этих веществах объединились свойства катионных поверхностно-активных веществ (ну это как обычное мыло — только катионное: тут активная дифильная частица — с зарядом «+», а в мыле — с зарядом «-«) и относительно высокая основность. Если попадёт на руки — можно намылить в воде и помыть, как мылом, если в водном растворе погреть волосы, кожу или ногти — растворятся. «Едкость» на фоне гидроксидов натрия и калия — так себе.
Серная кислота
H2SO4
Самая популярная, наверное, во всех историях. Не самая едкая, но достаточно неприятная: концентрированная серная кислота (которая 98%) — маслянистая жидкость, которая очень любит воду, а потому у всех её отнимает. Отнимая воду у целлюлозы и сахара, обугливает их. Точно так же она радостно отнимет воду и у тебя, %username%, особенно если налить её на нежную кожу лица или в глаза (ну в глаза на самом деле всё будет попадать с приключениями). Особо добрые люди мешают серную кислоту с маслом, чтобы труднее смывалась и лучше впитывалась в кожу.
Кстати, забирая воду, серная кислота здорово разогревается, что делает картину ещё больше сочной. А потому смывать её водой — очень плохая идея. Лучше — маслом (смывать, а не втирать — а потом уже смыть водой). Ну или большим потоком воды, чтобы сразу и охлаждать.
«Сначала вода, а потом кислота — иначе случится большая беда!» — это именно про серную кислоту, хотя почему-то все считают, что про любую кислоту.
Будучи окислителем, серная кислота окисляет поверхность металлов до оксидов. А поскольку взаимодействие оксидов с кислотами проходит при участии воды как катализатора — а воду серная кислота не отдаёт — то происходит эффект, называемый пассивацией: плотная, нерастворимая и непроницаемая плёнка оксида металла защищает его от дальнейшего растворения.
По этому механизму концентрированную серную кислоту посылают в далёкие дали железо, алюминий. Примечательно, что если кислоту разбавить — появляется вода, и посылать не получается — металлы растворяются.
Кстати, оксид серы SO3 растворяется в серной кислоте и получается олеум — который иногда ошибочно пишут как H2S2O7, но это не совсем верно. У олеума тяга к воде ещё больше.
Собственные ощущения от попадания серной кислоты на руку: немного тепло, потом чуток печёт — смыл под краном, ничего страшного. Фильмам не верьте, но на лицо капать не советую.
Органики часто пользуются хромпиком или «хромовой смесью» — это бихромат калия, растворённый в серной кислоте. По сути это — раствор хромовой кислоты, он хорош для мытья посуды от остатков органики. При попадании на руку тоже жжётся, но по сути — серная кислота плюс токсичный шестивалентный хром. Дырок в руке не дождёшься, разве что на одежде.
Автор этих строк знаком с идиотом, который вместо бихромата калия использовал перманганат калия. При контакте с органикой немножко жахнуло. Присутствующие
Кстати, раз уж вспомнили хромпик — немного отвлечёмся от темы кислот и
Хлористый хромил
CrO2Cl2
По сути своей — лютое соединение шестивалентного хрома и соляной кислоты. Тёмно-красная жидкость, которая тянет воду, гидролизуется — и в итоге дымит этой самой соляной кислотой. Едкость — итог этого братского единения: хром — окисляет, соляная кислота — растворяет: воспламеняет некоторые органические растворители (спирт, скипидар), однако в некоторых растворяется (четыреххлористый углерод, дихлорметан, сероуглегод). Подъедает металлы, но не настолько хорошо, как кислоты — опять дело в пассивации. например, сталь при воздействии приобретает красивую тёмно-синию поверхность.
Кожу — понятно — изъязвляет, при чём в этом сильнее хромпика, поскольку лучше проникает в кожу как в неполярную органическую ткань. Но дело даже не в этом, а в шестивалентном хроме, который вообще-то канцероген, а потому глубже проникнет — больше проблем. Ну и конечно надышаться куда опаснее.
Соляная кислота
HCl
Выше 38% в воде не бывает. Одна из самых популярных кислот для растворения — в этом она покруче остальных, потому что технологически может быть очень чистой, а кроме действия, как кислота, ещё и образует комплексные хлориды, которые повышают растворимость. Кстати, именно по этой причине нерастворимый хлорид серебра очень даже растворим в концентрированной соляной кислоте.
Эта при попадании на кожу жжётся чуток сильнее, субъективно — ещё и зудит, к тому же воняет: если в лаборатории с плохой вытяжкой работать много с концентрированной соляной кислотой — твой стоматолог скажет тебе «спасибо»: ты его озолотишь на пломбах. Кстати, помогает жвачка. Но не сильно. Лучше — вытяжка.
Поскольку не маслянистая и с водой сильно не разогревается, то едкость — только к металлам, и то не ко всем. Кстати, сталь в концентрированной соляной кислоте пассивируется и говорит ей «не-а!». Чем и пользуются при транспортировке.
Азотная кислота
HNO3
Тоже очень популярная, её тоже почему-то боятся — а зря. Концентрированная — это которая до 70% — она самая популярная, выше — это «дымящая», чаще всего никому не нужная. Есть ещё безводная — так та ещё и взрывается.
Будучи окислителем, пассивирует многие металлы, которые покрываются нерастворимой плёнкой и говорят: «до свидания» — это хром, железо, алюминий, кобальт, никель и другие.
С кожей моментально реагирует по принципу ксантопротеиновой реакции — будет жёлтое пятно, что означает, что ты, %username%, всё-таки состоишь из белка! Через какое-то время жёлтая кожа слезет, как при ожоге. При этом щиплет меньше соляной, хотя воняет не хуже — и на этот раз токсичнее: летящие окислы азота не очень хороши для организма.
В химии используют так называемую «нитрующую смесь» — самая популярная состоит из серной и азотной кислот. Используется в синтезах, в частности в получении весёлого вещества — пироксилина. По едкости — тот же хромпик плюс красивая жёлтая кожа.
Так же есть «царская водка» — это часть азотной кислоты на три части соляной. Используется для растворения некоторых металлов, в основном — драгоценных. На разном соотношении и добавлении воды основан капельный метод проверки пробы золотых изделий — кстати, специалистов по этому методу очень сложно надурить с подделкой. По едкости для кожи — та же «нитрующая смесь» плюс воняет отменно, запах не спутаешь ни с чем, он тоже довольно токсичный.
Есть ещё «обратная царская водка» — когда соотношение наоборот, но это редкая специфика.
Кстати, о той самой «дымящей», которая красная, злая и окислитель — цитирую рассказ хорошего друга, который мне вот прямо сейчас прислал.
Гнал я эту самую 98% азотку. То ли просто перегонял для очистки, то ли из меланжа, уже не помню. Нагнал литра два, снимаю приемник. Прошу лаборантку дать чистую колбу на 2 литра — перелить. Она мне и дала сухую, чистую, но из под спирта — и с закрытой пробкой. То есть пары были и накопились. Я туда воронку и переливаю. Я ее туда — а она обратно. Хорошо брызнула на руки, на рожу и ниже шеи. Ощущение — как орел в морду вцепился. Плюс руки, шея, под носом ну и т.д. по мелочи. В руках, напоминаю, два литра того же добра. Глаза закрыты, естественно. Понимаю, что бросить колбу нельзя, будет сразу сильно хуже. Аккуратно ставлю колбу на резиновую подставку, перемещаюсь к мойке, разворачиваю гусак себе в морду и включаю полный напор. Секунд за пять управился. До подкожной клетчатки не добралась. А то все было бы намного хуже. Видел у другого мужика, что бывает через 10-15 сек. Труднозаживающие багровые рубцы на половину руки. Потом понял, почему она такая злая. Мало того, что довольно сильная кислота и окислитель, она еще и чудесный растворитель. Неограниченно смешивается с водой, но неограниченно смешивается и с, например, дихлорэтаном. Такая себе бифильная дрянь.
Фосфорная кислота
H3PO4
На самом деле я привёл формулу ортофосфорной кислоты — самой распространённой. А есть ещё метафосфорная, полифосфорные, ультрафосфорные — короче, хватает, но неважно.
Концентрированная ортофосфорная кислота (85%) — это такой сиропчик. Кислота она сама по себе средняя, её часто используют в пищевой промышленности, кстати — когда тебе ставят пломбы, то поверхность зуба предварительно протравливают фосфорной кислотой.
Коррозионность у неё так себе, но есть неприятный нюанс: этот сиропчик хорошо впитывается. Поэтому если капнет на вещи — впитается, а потом будет потихоньку разъедать. И если от азотной и соляной кислоты будет пятно или дырка — то от фосфорной вещь будет разлазиться, особенно это красочно на обуви, когда дырка как бы крошится, пока не получится насквозь.
Ну а вообще едкой её назвать сложно.
Плавиковая кислота
HF
Концентрированная плавиковая кислота — это примерно 38%, хотя и бывают странные исключения.
Слабенькая кислота, которая берёт яростной любовью фторид-ионов образовывать стойкие комплексы со всем, с кем можно. Поэтому на удивление растворяет то, что другие, более сильные подруги — не могут, а потому очень часто используется в разных смесях для растворения. При попадании на руку ощущения будут больше от других компонентов таких смесей, но есть нюанс.
Плавиковая кислота растворяет SiO2. То есть песок. То есть стекло. То есть кварц. Ну и так далее. Нет, если ты плеснёшь на окно этой кислотой — оно не растворится, но мутное пятно останется. Чтобы растворить — нужно долго держать, а ещё лучше — нагреть. При растворении выделяется SiF4, который так полезен для здоровья, что лучше это делать под вытяжкой.
Маленький, но приятный нюанс: кремний содержится у тебя, %username%, в ногтях. Так вот, если плавиковая кислота попадёт под ногти — ты ничего не заметишь. Но ночью спать не сможешь — болеть будет ТАК, что иногда возникает желание оторвать палец. Поверь, друг — я знаю.
И вообще плавиковая кислота токсична, канцерогенна, впитывается через кожу и масса всего — но мы-то сегодня про едкость, правда?
Помнишь, мы договаривались в самом начале, что фтора не будет? Его и не будет. Но будут…
Фториды инертных газов
На самом деле фтор — суровый парень, с ним особо не повыпендриваешься, а потому некоторые инертные газы образуют с ним фториды. Известны такие стабильные фториды: KrF
2, XeF
2, XeF
4, XeF
6. Всё это — кристаллы, которые на воздухе с разной скоростью и охотой разлагаются влагой до плавиковой кислоты. Едкость — соответствующая.
Иодоводородная кислота
HI
Самая сильная (по степени диссоциации в воде) бинарная кислота. Сильный восстановитель, чем пользуются химики-органики. На воздухе окисляется и становится бурой, чем и пачкает при контакте. Ощущения при контакте — как от соляной. Всё.
Хлорная кислота
HClO4
Одна из самых сильных (по степени диссоциации в воде) кислот вообще (с ней конкурируют суперкислоты — о них ниже) — функция кислотности Гаммета (численное выражение способности среды быть донором протонов по отношению к произвольному основанию, чем меньше — тем сильнее кислота) составляет -13. Безводная — сильный окислитель, любит взрываться, да и вообще неустойчива. Концентрированная (70%-72%) — окислитель не хуже, часто используют в разложении биологических объектов. Разложение интересно и захватывающе тем, что может взрываться в процессе: нужно следить, чтобы не было частиц угля, чтобы не кипело слишком бурно и т.д. Хлорная кислота к тому же довольно грязная — её невозможно очистить субперегонкой, взрывается зараза! Поэтому используют её нечасто.
При попадании на кожу жжётся, ощущения как от соляной. Воняет. Когда видите в фильмах, что кто-то кинул труп в ёмкость с хлорной кислотой — и он растворился, то да, такое возможно — но долго или греть. Если греть — может рвануть (см. выше). Так что будьте критичны к кинематографу (я, кажется, видел это в «Кловерфилд, 10»).
Кстати, едкость оксида хлора (VII) Cl2O7 и оксида хлора (VI) Cl2O6 — это итог того, что с водой эти оксиды образуют хлорную кислоту.
А теперь представим, что мы решили в одном соединении объединить сильную кислотность — и едкость фтора: возьмём молекулу хлорной или серной кислоты — и заменим на ней все гидроксильные группы на фтор! Дрянь получится редкостная: она будет взаимодействовать с водой и подобными соединениями — и будет в месте реакции сразу получаться сильная кислота и плавиковая кислота. А?
Фториды серы, брома и иода
Помните, мы договорились рассматривать только жидкости? По этой причине в нашу статью не попал
трифторид хлора ClF3, который кипит при +12 °C, хотя все страшилки о том, что он жутко токсичен, воспламеняет стекло, противогаз и при разливании 900 килограммов — проедает 30 см бетона и метр гравия — всё это правда. Но мы же договорились — жидкости.
Однако есть жёлтая жидкость — пентафторид иода IF5, бесцветная жидкость — трифторид брома BrF3, светло-жёлтая — пентафторид брома BrF5, которые не хуже. BrF5, к примеру, тоже растворяет стекло, металлы и бетон.
Аналогично — среди всех фторидов серы жидким является только декафторид дисеры (иногда её называют ещё пятифтористой серой) — бесцветная жидкость с формулой S2F10. Но это соединение при обычных температурах достаточно стабильно, не разлагается водой — а потому не особо и едко. Правда, в 4 раза токсичнее фосгена с аналогичным механизмом действия.
Кстати, говорят, что пентафторид иода был «специальным газом» для заполнения атмосферы в спасательном шаттле в последних кадрах фильма «Чужой» 1979 года. Ну не помню, честно. Напомнился! Блин, там настолько круто, что я не удержался — и посвятил этому отдельную статью.
Суперкислоты
Термин «суперкислота» введён Джеймсом Конантом в 1927 году для классификации более сильных кислот, чем обычные минеральные кислоты. В некоторых источниках хлорную кислоту относят к суперкислоте, хотя это не так — она обычная минеральная.
Ряд суперкислот — это минеральные, к которым подцепили галоген: галоген тянет на себя электроны, все атомы очень сильно гневаются, а достаётся всё как обычно водороду: тот отваливается в виде Н+ — бабах: вот и кислота стала сильнее.
Примеры — фторсерная и хлорсерная кислотыУ фторсерной кислоты функция Гаммета -15,1, кстати, благодаря фтору, эта кислота постепенно растворяет пробирку, в которой хранится.
Потом кто-то из умных подумал: а давайте возьмём кислоту Льюиса (вещество, способное принять пару электронов другого вещества) и смешаем с кислотой Бренстеда (веществом, которое способно отдавать протон)! Смешали пентафторид сурьмы с плавиковой кислотой — получили гексафторсурьмяную кислоту HSbF6. В этой системе плавиковая кислота выделяет протон (H+), а сопряжённое основание (F−) изолируется координационной связью с пентафторидом сурьмы. Так образуется большой октаэдрический анион (SbF6−), являющийся очень слабым нуклеофилом и очень слабым основанием. Став «свободным», протон обусловливает сверхкислотность системы — функция Гаммета -28!
А потом пришли другие и сказали, а чего это кислоту Бернстеда взяли слабую — и придумали вот что.
Трифторметансульфоновая кислота— сама по себе уже суперкислота (функция Гаммета -14,1). Так вот, к ней добавили опять пентафторид сурьмы — получили снижение до -16,8! Такой же фокус с фторсерной кислотой дал снижение до -23.
А потом группа ученых с химической кафедры американского университета Калифорнии под управлением профессора Кристофера Рида затусила с коллегами из Института катализа СО РАН (Новосибирск) и придумали карборановую кислоту H(CHB11Cl11). Ну «карборановой» её назвали для обычных людей, а если хочешь почувствовать себя учёным — произнеси «2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12-ундекахлор-1-карба-клозо-додекаборан(12)» три раза и быстро.
Так выглядит эта красоткаЭто — сухой порошочек, который растворим в воде. Это и есть Самая Сильная Кислота на текущий момент. Карборановая кислота приблизительно в миллион раз сильнее концентрированной серной кислоты. В обычных шкалах измерить силу кислоты не удается, так как кислота протонирует все известные слабые основания и все растворители, в которых она растворяется, включая воду, бензол, фуллерен-60, диоксид серы.
Впоследствии Кристофер Рид в интервью службе новостей Nature сказал: «Идея синтеза карборановой кислоты родилась из фантазий «о молекулах, никогда прежде не создаваемых». Вместе с коллегами он хочет использовать карборановую кислоту для окисления атомов инертного газа ксенона — просто потому, что никто прежде этого не делал. Оригинально, что сказать.
Ну поскольку суперкислоты — это обычные кислоты, то и действуют они обычно, только немного сильнее. Ясно, что кожу будут жечь, но это не значит — что растворять. Фторсульфоновая — отдельный случай, но там всё благодаря фтору, как и в плавиковой.
Тригалогенуксусные кислоты
А конкретно — трифторуксусная и трихлоруксусная кислота
Милы и приятны сочетанием свойств органического полярного растворителя и достаточно сильной кислоты. Воняют — похоже на уксус.
Самая няшка — трифторуксусная кислота: 20%-ный раствор разрушает металлы, пробку, резину, бакелит, полиэтилен. На коже жжётся и образует сухие язвы, доходящие до мышечного слоя.
Трихлоруксусная в этом плане — младший брат, но тоже ничего. Кстати, аплодисменты слабому полу: в погоне за красотой, некоторые идут на так называемую процедуру ТСА-пилинга (ТСА — это TetraChloroAcetate) — когда этой самой трихлоруксусной кислотой растворяют верхний огрубевший слой кожи.
Уксусная кислота
СН3СООН
Скорее всего, у тебя на кухне есть эта кислота — и да, она используется как пищевая добавка Е260. Но также она бывает и покрепче — 70-80%-й водный раствор уксусной кислоты называют уксусной эссенцией, а если концентрация близка к 100% — ледяной уксусной кислотой (потому что она может замерзать и образовывать нечто похожее на лёд.
Уксусная кислота не так едка по отношению к металлам, как минеральные кислоты, но поскольку и не так полярна, а в какой-то степени даже дифильна (сочетание гидрофобной и гидрофильной части в одной молекуле — как в поверхностно-активных веществах) — то она здорово всасывается кожей. Опасными считаются растворы с концентрацией уксусной кислоты больше 30%. Особенность ожогов в том, что также инициируется развитие коагуляционных некрозов прилегающих тканей различной протяженности и глубины — если не смыть, то будут долго заживающие язвы и рубцы.
Ну и воняет она, конечно, знатно.
Муравьиная кислота
НСООН
Мы уже обсуждали,
что муравьиная кислота, образующаяся в организме после принятия метанола, — одна из основных причин его токсичности. Так вот, муравьиная кислота извне вовсе не так опасна, поскольку быстро метаболизируется и выводится организмом. Токсичность довольно низка — для крыс LD
50порядка 1,8 г/кг, а потому муравьиную кислоту тоже часто используют, в том числе и как пищевую добавку — и этого бояться не стоит.
»Едкость» муравьиной кислоты зависит от концентрации. Согласно классификации Европейского союза, концентрация до 10% обладает раздражающим эффектом, больше 10% — разъедающим. И речь опять не о металлах и стекле — а об организме. При контакте с кожей 100%-я жидкая муравьиная кислота вызывает сильные химические ожоги. Попадание даже небольшого её количества на кожу причиняет сильную боль, поражённый участок сначала белеет, как бы покрываясь инеем, потом становится похожим на воск, вокруг него появляется красная кайма. Кислота легко проникает через жировой слой кожи, поэтому промывание поражённого участка раствором соды необходимо произвести немедленно. Так что муравьи действительно что-то знают.
Бром
Br2
Тяжёлая едкая жидкость красно-бурого цвета с сильным неприятным запахом, отдалённо напоминающим запах одновременно иода и хлора. Кстати, название «бром» от греческого βρῶμος — «вонючка», «вонючий».
Бром — типичный галоген, по химической активности бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом. То есть не такой прыткий, как фтор — но поживее скучного иода. И да, до хлора тоже не дотягивает.
Немного растворим в воде, хорошо — в некоторых органических растворителях. Бромная вода — реактив на непредельные углеводороды — воняет, но вполне себе мирная и ничего сильно не растворяет.
Чистый бром могуч, вонюч и волосат, а также токсичен. При попадании на кожу вызывает ожоги: неприятность в том, что молекулы брома неполярны, а потому хорошо проникают в гидрофобную человеческую кожу и плоть — а потому ожоги действительно болезненны, долго заживают, почти всегда оставляют на память шрам. Алюминий вспыхивает при контакте с бромом, остальные металлы более воздержаны, но в виде порошка — некоторые реагируют, например, железо.
Бетон и стекло к брому достаточно устойчивы. Органические соединения бромом — что? — правильно! — бромируются при наличии ненасыщенной связи. По этой причине устойчивость полимеров зависит от их типа, к примеру полиэтилен и полипропилен — плевать хотели на бром при комнатных условиях.
Пероксид водорода
H2O2
Нестабильное соединение, которое постоянно постепенно разваливается на кислород и воду. Чем выше концентрация — тем нестабильнее, что постепенно превращается во взрывоопасность. Для стабилизации технического пероксида водорода в него добавляют пирофосфат или станнат натрия; при хранении в алюминиевых емкостях используют ингибитор коррозии — нитрат аммония.
Пероксид водорода в лаборатории обычно представляет собой раствор 38%. При попадании на кожу оказывает химический ожог с характерным белым окрашиванием. Ожог болезненный, особенно на тонкой коже, побелевшая ороговевшая кожа потом часто трескается и зудит.
В медицине используют 3% пероксид водорода для очистки глубоких ран сложного профиля, гнойных затёков, флегмон и других гнойных ран, санация которых затруднена — так вещество обладает не только антисептическим эффектом, но и создаёт большое количество пены при взаимодействии с ферментом каталазой. Это в свою очередь позволяет размягчить и отделить от тканей некротизированные участки, сгустки крови, гноя, которые будут легко смыты последующим введением в полость раны антисептического раствора. Кстати, перекись водорода нежелательна в других случаях ран: обладая хорошими очищающими свойствами, это вещество на самом деле не ускоряет процесс заживления, поскольку повреждает прилегающие к ране клетки, равно как и молодые, новообразующиеся ткани — а это ещё и чревато образованием рубцов.
Кроме как ожогов на коже — ничего не разъедает и не растворяет. Металлы, стекло и пластики устойчивы к пероксиду водорода.
А ещё пероксид водорода подарил миру много уникальных натуральных блондинок с чёрными корнями волос!
Близки к пероксиду водорода так называемые надкислоты — кислоты, в которых присутствуют пероксидные группы. Пример: надуксусная кислота СН3СОООН — вещество, напоминающее по свойствам пероксид водорода, а потому и использующееся точно в таких же сферах. Есть «первомур» или «С-4» (нет, это не тот С-4, о котором ты подумал) — это пермуравьиная кислота HCOOOН, которая ещё слабее надуксусной, а потому хирируги моют ей руки перед операцией. И наконец — трифторперуксусная кислота СF3СОООН — лютый, бешеный окислитель, на который с восхищением смотрят химики-органики за возможность окисления анилина до нитробензола, получения гипервалентного иода в органических соединениях, реакцию Байера-Виллигера и другие малопонятные нормальным людям вещи. По едкости — трифторуксусная кислота, смешанная с перекисью водорода, чем, собственно, и является, а потому для рук представляет особую опасность, да. В виду своей высокой окислительной способности, трифторперуксусная кислота не продаётся, а обычно получается восхищающимися химиками-органиками прямо там, где необходимо, взаимодействием трифторуксусного ангидрида с пероксидом водорода.
Ну вот примерно так, если говорить про жидкость и про едкость. Будут ещё дополнения?
Рецепты и статьи :: Мыло с нуля :: Мыло с нуля. Начало
Как сделать 100% натуральное мыло дома? Очень просто: варим мыло «с нуля». Мыло получается в результате химической реакции между щелочью (гидроксид натрия или калия) и жирными кислотами (масло кокоса, пальмовое, оливковое и т.д.). Этот процесс называется омылением, а результатом является соль — мыло.
Не все мыловары решаются начать варить мыло с нуля. Многие — по той причине, что боятся работать со щелочами. И в этом вопросе важным является:
- Ваше желание сделать 100% натуральное мыло;
- уверенность в своих силах;
- соблюдение правил техники безопасности.
Последнее является по значимости приоритетным пунктом, который начинающие должны изучить и твердо следовать всем правилам.
Итак, немного теории…
Для изготовления мыла с нуля мы будем использовать две щелочи: NaOH (гидроксид натрия, едкий натр) и KOH (гидроксид калия, едкое кали). Выбор зависит от того, какой тип мыла мы хотим получить:
- твердое – NaOH;
- жидкое – KOH;
- крем-мыло – NaOH + KOH.
Следует помнить, что щелочь – это опасное активное вещество. В сухом виде щелочь не слишком активна, но она очень хорошо растворяется в воде, при этом происходит обильное выделение тепла. Учитывайте и тот факт, что вода присутствует в достаточном для реакции количестве даже на сухой коже, не говоря уже о слизистых оболочках. На коже и слизистых щелочь может вызвать химический ожог, в случае вдыхания паров и аэрозоли едкой щелочи отмечается раздражающее действие в верхних дыхательных путях, при попадании едкой щелочи внутрь развивается сильная боль по ходу пищевода и в животе, рвота с примесью крови, болевой шок.
Помните: присутствие животных и детей в помещении, где работают со щелочью,недопустимо!
Теория звучит, конечно, угрожающе, но для того и существует техника безопасности, чтобы Вы не только не навредили себе и окружающим, но и смогли создать прекрасный продукт для здоровья и красоты. В отношениях со щелочью — как с болезнью, лучше предупредить. А правила эти просты и логически вытекают из возможных поражающих действий щелочи:
- Защищаем глаза очками!
- Защищаем органы дыхания респиратором!
- Защищаем кожу закрытой одеждой, фартуком и перчатками, а волосы — шапочкой или платком!
Кроме того, при работе со щелочью следует придерживаться определенных правил, и Вам удастся избежать всех неприятных моментов:
- Насыпайте щелочь в воду, а не наоборот. Добавляйте щелочь понемногу, постоянно перемешивая, постепенно увеличивая концентрацию щелочного раствора. Если Вы поступите наоборот и добавите воду в щелочь, то произойдет бурная химическая реакция с большим выделением тепла и паров щелочи.
- Жидкость для раствора щелочи должна быть хорошо охлажденной. Лучше, если Вы заморозите ее до состояния льда. Тогда Вам с большей вероятностью удастся избежать выделения паров щелочи при ее растворении. Если использовать неохлажденную жидкость, то в результате химической реакции она может закипеть с выделением едких паров.
- При размешивании щелочи не наклоняйтесь над емкостью с раствором. Лучше держаться от него на расстоянии вытянутой руки и тогда пары Вам не навредят.
- Чтобы избежать риска опрокидывания емкости с раствором при перемешивании лучше всего поставить его в раковину и включить холодную воду для создания дополнительного охлаждения раствора.
- Помещение, где Вы работаете, должно хорошо проветриваться: откройте форточку, можно также включить вытяжку.
Если щелочной раствор все-таки попал Вам на кожу, главное – НЕ ПАНИКУЙТЕ, поместите пораженный участок под струю воды и обработайте уксусом или лимонным соком (держите их под рукой). Кислота нейтрализует щелочь, и Вы избежите неприятных последствий. Если на какой-либо участок кожи попала сухая щелочь, то лучше удалите ее без использования воды, а затем обработайте кожу уксусом.
С практикой к Вам придет опыт, и Вы выработаете для себя оптимальный порядок действий. Для начала могу посоветовать следующий:
- Составьте рецепт для Вашего мыла.
- Отмерьте необходимое количество масел (лучше твердые и жидкие масла поместить в разные емкости).
- Взвесьте жидкость (лед) согласно рецепту.
- Отмерьте дополнительные полезные компоненты и масла для пережира.
- Поставьте твердые масла, воски плавиться на водяную баню.
- Наденьте средства защиты (очки, респиратор, фартук, перчатки).
- Взвесьте щелочь в стеклянной или пластиковой емкости (можно использовать одноразовые пластиковые стаканчики или тару из-под сметаны, йогурта).
- Поместите емкость со льдом в раковину и включите холодную воду.
- Высыпайте постепенно щелочь на лед постоянно помешивая. Лед сразу же начнет таять.
- После полного растворения щелочи влейте раствор в смесь масел через ситечко (пластиковое или из нержавеющей стали). Перемешайте.
Это были основные правила, рекомендации и этапы приготовления мыла. Дальше – больше и интереснее!
Берегите себя и будьте здоровы!
Внимание! Полное или частичное копирование материалов статьи допускается исключительно при указании источника путем размещения активной ссылки на соответствующий раздел нашего сайта.
Читайте также:
Мыло с нуля. Часть 1. Инструменты.
Мыло с нуля. Часть 2. Виды масел и их свойства
Мыло с нуля. Часть 3. Калькулятор щелочи
Мыло с нуля. Часть 4. Полезные добавки в мыле
Мыло с нуля. Часть 5. Холодный способ
%d1%89%d1%91%d0%bb%d0%be%d1%87%d1%8c — со всех языков на все языки
Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский
Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АймараАйнский языкАлбанскийАлтайскийАрабскийАрмянскийАфрикаансБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийВенгерскийВепсскийВодскийВьетнамскийГаитянскийГалисийскийГреческийГрузинскийДатскийДревнерусский языкИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКитайскийКлингонскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛожбанМайяМакедонскийМалайскийМальтийскийМаориМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийПуштуРумынский, МолдавскийСербскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТамильскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧаморроЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский
Гидроксид натрия – обзор
Солнечные водородные процессы и компоненты при повышенной температуре
Интересно, что насыщенный водный раствор гидроксида натрия, гидроксид натрия (NaOH), никогда не кипит. Соединение имеет высокую растворимость в воде, и при повышении температуры в раствор может попасть больше гидроксида натрия. Растворенный гидроксид натрия связывает свободную воду и тем самым поддерживает давление водяного пара выше таких растворов до уровня ниже атмосферного давления. Следовательно, при атмосферном давлении нельзя достичь температуры, при которой будут кипеть насыщенные растворы едкого натра.Это указывает на то, что полезной средой для высокотемпературного электролиза воды могут быть насыщенные водные растворы гидроксида натрия при очень высокой температуре (> 100 °C).
Гидроксид натрия плавится при 591 К, но была исследована более высокотемпературная область до 873 К, в которой пар растворялся в этом расплавленном соединении. Этот процесс обеспечивает электролит, который значительно снижает напряжение, необходимое для расщепления воды. Измеренные значения напряжения ячейки В H 2 O в насыщенном водном и расплавленном электролитах гидроксида натрия представлены на рисунке 12.Данные показывают, что платина проявляет низкие перенапряжения для выделения водорода и используется в качестве удобного электрода квазиэталона при измерениях. При комнатной температуре перенапряжение выделения кислорода на платине больше, чем на никелевом электроде. Потери перенапряжения уменьшаются при умеренно повышенных температурах, и, как видно из основной части рисунка 12, перенапряжение кислорода на платине уменьшается на 0,4 В при 398 К по сравнению с перенапряжением при 298 К. Термодинамические значения для расщепления воды при приблизительное атмосферное давление (100 кПа) в зависимости от температуры показано незаштрихованными кружками на рисунке 13.Сравнение с данными, представленными на рисунке 12, показывает, что рассчитанные термодинамические напряжения разделения воды до 573 К меньше, чем определенные экспериментально в расплавленном гидроксиде натрия (рисунок 13, сплошные кружки). Интересно, что измеренные значения V H 2 O при 673 и 773 К существенно меньше, чем ожидалось. Причина таких низких напряжений разделения воды заключается в том, что продукты, выделяющиеся при разделении воды, могут диффундировать с одного электрода и вступать в реакцию на противоположном электроде, как схематично показано на рисунке 14.Слева показана электролизная ячейка с одним (открытым) отсеком. Открытый доступ и близость электродов будут способствовать обратной реакции образования воды, и эта рекомбинация уменьшит напряжение ячейки. Два наблюдения подтверждают этот эффект рекомбинации: (1) наблюдаемое более низкое, чем ожидалось, напряжение расщепления воды и (2) образование водорода и кислорода, происходящее при кулоновской эффективности существенно ниже 100%. Однако, когда электроды этой электролизной ячейки с расплавленной соленой водой разделены (как показано в правой части рисунка 14), все наблюдаемые напряжения холостого хода увеличиваются до значений, ожидаемых термодинамическими данными на рисунке 13, и наблюдаемое, измеренная кулоновская эффективность приближается к 100% (т.е., на каждые 2 Ф измеряемого тока выделяется 1 моль водорода). По сравнению с водной рекомбинацией продуктов расщепления воды при 298 К (см. Рисунок 12) требуется значительно меньшее напряжение для расщепления воды в широком диапазоне плотностей тока в расплавленном гидроксиде натрия при 773 К.
Рисунок 12. Напряжение электролиза воды , Vh3O, измеренное в насыщенном или расплавленном водном растворе NaOH при 0,1 МПа. Углекислый газ исключается продувкой аргоном. Расплавленный электролит готовят из нагретого твердого NaOH с впрыском пара.Водородные и кислородные электроды состоят из электродов из платиновой сетки, разделенных расстоянием 5 мм. Нижняя вставка: потенциостатические (трехэлектродная конфигурация) электродные потенциалы, измеренные при 25 °C при 5 мВ с -1 по сравнению с Ag|AgCl, с электродами из платиновой или никелевой фольги.
Рисунок 13. Напряжение электролиза воды, Vh3O, измеренное при 30 мА см -2 в насыщенном или расплавленном водном растворе NaOH (закрашенные кружки) и по сравнению с термодинамическими значениями Vh3O (открытые символы). Напряжение термонейтрали, В tнейт , представлено сплошной линией.Теоретические значения для более широкого диапазона температур представлены на рис. 7.
рис. 14. Межэлектродная рекомбинация может уменьшить Vh3O и происходит в открытых (слева), но не в изолированных (справа) конфигурациях. Примером изолированной конфигурации является размещение сепаратора волокна Zr 2 O между двумя электродами, в отличие от открытой конфигурации без сепаратора.
Неиспользуемые тепловые фотоны, которые не требуются для фотогенерации полупроводниковых зарядов, могут способствовать нагреву воды для облегчения электролиза при повышенной температуре.Характеристики одного, двух или трех последовательно соединенных эффективных кремниевых солнечных элементов представлены на рисунке 15. Используемые фотоэлектрические элементы предназначены для эффективного преобразования света при концентрированном солнечном свете (эффективность = 26,3% при 50 солнечных лучах). На кривые отклика PV наложены плотности тока для электролиза воды при 773 К в расплавленном гидроксиде натрия с использованием однокамерных элементов, соединенных отдельно (незаштрихованные квадраты) или в двухрядном расположении (закрашенные квадраты). Постоянное освещение трех последовательно соединенных кремниевых солнечных элементов (сплошных алмазов) создает постоянное фотонапряжение с мощностью, достаточной для приведения в действие двухрядных электролизеров с расплавленным гидроксидом натрия.При этой постоянной мощности, как показано в нижней части рисунка 15, скорость разделения воды полностью стабильна в течение продолжительного периода времени. Один кремниевый фотоэлектрический модуль (закрашенные треугольники) может обеспечить расщепление воды на 773 К, хотя и с энергией, превышающей максимальное напряжение в точке питания, и, следовательно, с пониженной эффективностью. По-видимому, это первый случай, когда внешний фотосенсибилизатор с одинарной малой шириной запрещенной зоны может расщеплять воду, и это достигается путем настройки электрохимического напряжения расщепления воды так, чтобы оно уменьшалось ниже фотонапряжения кремния при разомкнутой цепи.Фотовольтаики AlGaAs–GaAs, в отличие от кремниевых фотовольтаиков, прозрачны для еще большей доли солнечно-теплового спектра из-за их большей ширины запрещенной зоны, а именно 1,4 эВ по сравнению с 1,2 эВ. Следовательно, такие альтернативные фотоэлектрические элементы, некоторые из которых, как было продемонстрировано, обеспечивают гораздо более высокую фотоэлектрическую эффективность, чем кремний (более 30%), также могут иметь то преимущество, что пропускают больше тепла, и, таким образом, можно ожидать дальнейшего повышения температуры воды перед электролизом.
Рис. 15.Фотогальванический и электролизный перенос заряда для термоэлектрохимического разделения солнечной воды. Показаны фототоки для одного, двух или трех 1,561 см 2 HECO 335 кремниевых фотоэлектрических элементов Sunpower, включенных последовательно при освещении 50 солнечными лучами. Фотоэлектрические элементы приводят в действие один или два (последовательно) паровых электролизера с расплавленным NaOH при температуре 773 К с использованием электродов из платиновой сетки. Стабильность тока электролиза показана в нижней части рисунка.
Без учета высокотемпературных эффектов, эффективная многозонная фотогальваника в сочетании с эффективным электролизом воды уже продемонстрировала эффективность преобразования солнечной энергии в водородное топливо на уровне 18%; это было получено с помощью солнечной системы AlGaAs-Si с эффективностью электрического преобразования 20%.Существующие более эффективные фотоэлектрические элементы (28–33%) должны обеспечивать пропорционально более высокие результаты. Более того, включение тепловых эффектов и последующее снижение напряжения электролиза воды при повышенной температуре должно привести к еще более высокой эффективности преобразования солнечной энергии в водород.
Экспериментальные компоненты (как показано на рис. 3) для производства водорода с помощью солнечной энергии с эффективностью 40–50% кажутся технологически доступными. Фотоэлектрохимические элементы имеют тенденцию быть нестабильными. Следовательно, гибридная фототермическо-электрохимическая генерация водорода из воды более благоприятна для электролиза воды, управляемого фотоэлектрическими системами, а не фотоэлектрохимическими системами.Доступны высокоэффективные стабильные фотогальваники, работающие на концентрированном солнечном свете. Для гибридного солнечного производства водорода тепло может быть специально отфильтровано от инсоляции до попадания на фотоэлектрический компонент. Это предотвратит термическую деградацию фотоэлектрических элементов, а также обеспечит источник тепловой энергии для нагрева воды (и уменьшит энергию разделения воды) перед разделением воды.
Диэлектрические фильтры, используемые в лазерной оптике, разделяющие инсоляцию без потерь на поглощение.Например, в системе на основе параболического концентратора зеркало из плавленого кварцевого стекла с диэлектрическим покрытием будет выполнять функции полосового фильтра, разрешающего (разделяющего) видимую и тепловую составляющие солнечного света, как показано на рис. 3. , Термодинамический предел концентрации составляет 46 000 солнц, то есть яркость поверхности солнца. Теоретически это значение можно увеличить в 2 раза за счет использования оптической среды с показателем преломления больше единицы, хотя это значение снижается за счет потерь на отражение и поверхностных ошибок отражающих поверхностей, ошибок слежения зеркал, и разбавление зеркального поля.Практичные, специально разработанные оптические поглотители, такие как параболические концентраторы или солнечные башни, могут эффективно генерировать солнечный поток с концентрацией примерно 2000 солнц для получения температур, превышающих 1273 К.
Промышленный щелочной электролиз происходит при температуре до 423 K и давление до 3 МПа, а прототипы электролизеров расплавленных солей были продемонстрированы при температуре до 873 K. Несмотря на то, что они менее развиты, чем их аналоги на топливных элементах, электролиты на основе диоксида циркония и родственных твердых оксидов для высокотемпературного парового электролиза могут эффективно работать при 1273 C. K и приблизиться к рабочим параметрам, необходимым для эффективного разделения воды на солнечной энергии.Эффективные многозонные солнечные элементы поглощают свет вплоть до ширины запрещенной зоны наименьшего компонента запрещенной зоны. Предполагается, что тепловое излучение удаляется и используется для нагрева воды перед попаданием на полупроводник и, следовательно, не оказывает существенного влияния на ширину запрещенной зоны. Продемонстрирована высокоэффективная фотовольтаика при концентрации солнечного потока в несколько сотен солнц. Например, фотоэлемент GaInP-GaAs показал КПД 30,35 % при 180 солнечных лучах, GaAs-Si достиг 29,6 % при 350 солнечных лучах, а InP-GaInAs и GaAs-GaSb показали эффективность 31.8% и 32,6% соответственно при концентрированной инсоляции. Дальнейшее улучшение производительности фотоэлектрических систем является предметом постоянных исследований.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка браузера на прием файлов cookie
Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
- Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.
Кислоты и основания
Кислоты, основания и шкала рНТермины кислота и основание описывают химические характеристики многих веществ, которые мы используем ежедневно.Кислые вещи имеют кислый вкус. Основные или щелочные вещи имеют мыльный вкус. Сильные кислоты вызывают коррозию, а сильные основания едкие; оба могут вызвать серьезное повреждение кожи, похожее на ожог. Однако слабые кислоты и основания обычны и относительно безвредны для нас. Что делает вещество кислотным или основным? Следующее уравнение является хорошим местом для начала:
2 H 2 O &Равновесие; 1 H 3 O + + 1 OH —Мы начинаем с двух молекул воды и перемещаем несколько атомов водорода.Одна молекула воды получает водород и поэтому приобретает положительный заряд, а другая молекула воды теряет атом водорода и поэтому становится отрицательно заряженной. H 3 O + называется ионом гидроксония, и он делает вещества кислыми. OH – называется гидроксильным ионом, и он делает вещи основными. Однако в воде существует баланс между гидроксониями и гидроксилами, поэтому они нейтрализуют заряды друг друга. Чистая вода не является ни кислой, ни щелочной; это нейтрально.
Так как же что-то становится кислым или щелочным? Это происходит, когда гидроксония и гидроксилы не сбалансированы.Если положительно заряженных гидроксоний больше, чем отрицательно заряженных гидроксилов, то вещество кислое. Если отрицательно заряженных гидроксилов больше, чем положительно заряженных гидроксоний, то вещество становится основным. На самом деле pH означает «потенциал (или мощность) водорода».
Примечание : Иногда люди пишут H + в качестве сокращения для H 3 O + и это может вызвать путаницу, потому что иногда, когда люди пишут H + , они действительно имеют в виду только H + и нет H 3 O + .Обратите на это внимание и попросите разъяснений!
Когда мы растворяем кислоты в воде, мы создаем избыток гидроксония. Когда мы растворяем основания в воде, мы создаем избыток гидроксилов. Вот два примера. Уксус, слабая кислота, имеет химическую формулу CH 3 COOH. При растворении в воде он становится CH 3 COO — и H + . Ионы H + объединяются с молекулами воды с образованием H 3 O + , поэтому раствор становится кислым.Теперь давайте посмотрим на щелочь, сильное основание с химической формулой NaOH (гидроксид натрия). Если мы добавим NaOH в воду, она диссоциирует на Na + и OH — . Натрий не делает ничего важного, но гидроксилы делают раствор более щелочным.
Последний вопрос: почему сильные кислоты и сильные основания так вредны? Это потому, что они не сбалансированы. У них либо слишком много положительных зарядов, и они ищут отрицательные, чтобы восстановить равновесие, либо у них слишком много отрицательных зарядов, и они ищут положительные, чтобы вернуться к равновесию.Это делает их очень реактивными со всем, с чем они контактируют. Когда положительные и отрицательные стороны находятся в равном количестве, они нейтрализуют друг друга.
Что такое pH?: pH – это шкала, по которой мы измеряем силу кислот и оснований. pH обозначает потенциал водорода и примерно равен 10 log молярной концентрации ионов водорода по основанию, поэтому pH = -log 10 [H + ]
Шкала pH представляет собой меру кислотности по 14-балльной шкале, где 7 — это среднее нейтральное значение.pH представляет собой логарифмическую шкалу (как шкала Рихтера для землетрясений), поэтому pH 4 в 10 раз более кислый, чем pH 5, и в 100 раз более кислый, чем pH 6. Вы можете купить электронные pH-метры или индикатор pH бумага от любой компании-поставщика биологических или лабораторных материалов, которую можно использовать для точного измерения кислотного или основного качества веществ, которые вы хотите протестировать. Попробуйте эту симуляцию, чтобы определить рН некоторых распространенных веществ.
Необязательный мини-эксперимент : сделайте свой собственный индикатор pH, используя сок краснокочанной капусты.Смешайте 2 стакана нарезанных листьев краснокочанной капусты и 1 стакан воды в кухонном комбайне или электрическом блендере, пока кусочки не станут крошечными и однородными. Процедите твердые частицы и оставьте жидкость. Если у вас нет блендера, вы также можете крупно нарезать капусту и варить ее в воде около 5 минут, пока жидкость не станет темно-фиолетовой. Эта фиолетовая жидкость меняет цвет в зависимости от кислотности или щелочности веществ, которые вы хотите проверить. Добавьте около 10 капель капустного сока примерно к 1 столовой ложке испытуемого вещества.Какой цвет окрашивает капустный сок в кислоте, такой как белый уксус? Какой цвет окрашивает капустный сок в растворе пищевой соды и воды?
Проверка pH различных веществ и разработка соответствующей цветовой шкалы pH. Сравните свои результаты с таблицей здесь.
Вы также можете сделать индикаторную бумагу, окунув полоски белой бумажной салфетки, фильтры для кофе или белую строительную бумагу в капустный сок, пока они не станут фиолетовыми. Когда фиолетовые полоски высохнут, зубочисткой, соломинкой или пипеткой нанесите на полоски каплю тестируемого раствора.Как результаты соотносятся с вашей диаграммой pH?
Кислоты более опасны, чем основания?
Кислоты и щелочи обычно используются во многих отраслях промышленности, но важно помнить, что они считаются опасными отходами и с ними следует обращаться осторожно. Оба классифицируются как коррозионные вещества класса 8, они могут разъедать другие материалы, вызывая повреждение камня, металла и даже кожи человека при контакте. Хотя они относятся к одному классу, часто задают вопрос: «Являются ли кислоты более опасными, чем основания?»
Продолжайте читать, пока мы углубимся в этот вопрос ниже!
Чем отличаются кислоты и основания?
Как уже упоминалось, и кислоты, и основания относятся к опасным отходам класса 8, но они немного отличаются друг от друга.Шкала pH колеблется от 0 до 14, при этом pH 7 считается нейтральным. Кислоты, нейтрализующие основания, имеют уровень pH менее 7. Основания, нейтрализующие кислоты, имеют уровень pH выше 7. Сила каждого из них основана на этой шкале.
Кислоты или щелочи более опасны?
Простой ответ заключается в том, что и кислоты, и основания могут быть опасны в зависимости от их уровня pH или их силы. Например, сильная кислота будет опаснее слабого основания, и наоборот.
Что наиболее важно учитывать, так это масштаб, на который приходится каждый материал, и то, насколько осторожными вы должны быть при обращении, утилизации или транспортировке этого типа отходов. Всегда измеряйте pH ваших материалов и никогда не прикасайтесь к ним и не нюхайте их, не зная точно, с чем вы работаете.
Передовой опыт обращения с кислотами и основаниями
Храните кислоты и основания отдельно . Всегда должно быть достаточное расстояние между основаниями и кислотами, потому что их смешивание может привести к отравлению или даже смерти.Для обеспечения безопасности лучше всего хранить их в отдельных шкафах или блоках.
Отделение от несовместимых веществ – То же правило применяется к любым несовместимым опасным отходам. Некоторые из девяти классификаций опасных отходов считаются несовместимыми с коррозионно-активными веществами. Это могут быть легковоспламеняющиеся жидкости, окисляющие материалы, пероксиды или самовозгорающиеся вещества.
Храните коррозионно-активные вещества надлежащим образом . В целом крайне важно хранить кислоты и щелочи в безопасном месте, соответствующем требованиям.Обеспечение коррозионной стойкости хранилища поможет вам оставаться в рамках нормативных требований.
Обратитесь к специалистам MLi Environmental
И кислоты, и щелочи являются опасными отходами и могут вызывать коррозию и даже быть опасными при неправильном обращении. Очень важно убедиться, что вы управляете, утилизируете или транспортируете эти отходы должным образом, чтобы оставаться в рамках местных и федеральных правил.
MLi Environmental гордится тем, что является лидером в области сертифицированных перевозок опасных грузов и услуг по обращению с опасными отходами.Чтобы узнать больше о наших услугах, пожалуйста, свяжитесь с нами сегодня!
Справочник по воде – Ионный обмен и деминерализация воды
Все природные воды содержат в различных концентрациях растворенные соли, которые диссоциируют в воде с образованием заряженных ионов. Положительно заряженные ионы называются катионами; отрицательно заряженные ионы называются анионами. Ионные примеси могут серьезно повлиять на надежность и эффективность работы котла или технологической системы.Перегрев, вызванный накоплением накипи или отложений, образованных этими примесями, может привести к катастрофическим отказам труб, дорогостоящим производственным потерям и незапланированным простоям. Ионы жесткости, такие как кальций и магний, должны быть удалены из воды, прежде чем ее можно будет использовать в качестве питательной воды для котлов. Для систем питательной воды котлов высокого давления и многих технологических систем требуется почти полное удаление всех ионов, включая двуокись углерода и диоксид кремния. Ионообменные системы используются для эффективного удаления растворенных ионов из воды.
Ионообменники заменяют один ион на другой, временно удерживают его, а затем выпускают в регенерирующий раствор. В системе ионного обмена нежелательные ионы в воде заменяются более приемлемыми ионами. Например, в умягчителе на основе цеолита натрия образующие накипь ионы кальция и магния заменены ионами натрия.
ИСТОРИЯ
В 1905 году немецкий химик Ганс использовал синтетические алюмосиликатные материалы, известные как цеолиты, в первых ионообменных умягчителях воды.Хотя алюмосиликатные материалы в настоящее время редко используются, термин «цеолитный умягчитель» обычно используется для описания любого процесса катионного обмена.
Синтетический цеолитовый обменный материал вскоре был заменен природным материалом под названием Greensand. Greensand имеет более низкую обменную способность, чем синтетический материал, но его более высокая физическая стабильность делает его более подходящим для промышленного применения. Емкость определяется как количество способных к обмену ионов, которое единица количества смолы удаляет из раствора.Он обычно выражается в килограммах на кубический фут в пересчете на карбонат кальция.
Рис. 8-1. Микроскопический вид шариков ячеистой смолы (20-50 меш) сильнокислотного катионообменника сульфированного стирола-дивинилбензола. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)
Разработка катионообменной среды на основе сульфированного угля, называемой углеродистым цеолитом, расширила применение ионного обмена до операции водородного цикла, позволив снизить щелочность, а также жесткость.Вскоре была разработана анионообменная смола (продукт конденсации полиаминов и формальдегида). Новая анионная смола использовалась с катионитом с водородным циклом в попытке деминерализовать (удалить из воды все растворенные соли). Однако ранние анионообменники были нестабильны и не могли удалять такие слабоионизированные кислоты, как кремниевая и угольная.
В середине 1940-х годов были разработаны ионообменные смолы на основе сополимеризации стирола, сшитого с дивинилбензолом.Эти смолы были очень стабильны и обладали гораздо большей обменной способностью, чем их предшественники. Анионообменник на основе полистирола-дивинилбензола может удалять все анионы, включая кремниевую и угольную кислоты. Это новшество сделало возможной полную деминерализацию воды.
Полистирол-дивинилбензольные смолы до сих пор используются в большинстве приложений ионного обмена. Хотя основные компоненты смолы одинаковы, смолы были модифицированы во многих отношениях, чтобы соответствовать требованиям конкретных приложений и обеспечить более длительный срок службы смолы.Одним из наиболее значительных изменений стало развитие макросетчатой или макропористой структуры смолы.
Стандартные гелеобразные смолы, подобные показанным на рис. 8-1, имеют структуру проницаемой мембраны. Эта структура отвечает химическим и физическим требованиям большинства применений. Однако в некоторых применениях физическая прочность и химическая стойкость, требуемые от структуры смолы, выходят за рамки возможностей типичной гелевой структуры. Макросетчатые смолы имеют дискретные поры в высокосшитой полистирол-дивинилбензольной матрице.Эти смолы обладают более высокой физической прочностью, чем гели, а также большей устойчивостью к термическому разложению и действию окислителей. Макросетчатые анионные смолы (рис. 8-2) также более устойчивы к органическому загрязнению из-за их более пористой структуры. В дополнение к полистирол-дивинилбензольным смолам (рис. 8-3) существуют более новые смолы с акриловой структурой, что повышает их устойчивость к органическому загрязнению.
В дополнение к пластиковой матрице ионообменная смола содержит ионизируемые функциональные группы.Эти функциональные группы состоят как из положительно заряженных катионных элементов, так и из отрицательно заряженных анионных элементов. Однако только один из ионных видов подвижен. Другая ионная группа присоединена к структуре шарика. Рис. 8-4 представляет собой схематическую иллюстрацию шарика сильнокислотной катионообменной смолы, которая имеет ионные центры, состоящие из неподвижных анионных (SO 3 ¯) радикалов и подвижных катионов натрия (Na + ). Ионный обмен происходит, когда ионы сырой воды диффундируют в структуру гранул и обмениваются на подвижную часть функциональной группы.Ионы, вытесненные из шарика, диффундируют обратно в водный раствор.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ
Ионизируемые группы, присоединенные к шарику смолы, определяют функциональные возможности смолы. Смолы для промышленной обработки воды подразделяются на четыре основные категории:
- Катион сильной кислоты (SAC)
- Катион слабой кислоты (WAC)
- Сильноосновный анион (SBA)
- Слабоосновный анион (WBA)
Смолы SAC могут нейтрализовать сильные основания и превращать нейтральные соли в соответствующие им кислоты.Смолы SBA могут нейтрализовать сильные кислоты и превращать нейтральные соли в соответствующие основания. Эти смолы используются в большинстве приложений для умягчения и полного обессоливания. Смолы WAC и WBA способны нейтрализовать сильные основания и кислоты соответственно. Эти смолы используются для декальцинации, частичной деминерализации или (в сочетании с сильными смолами) полной деминерализации.
СмолыSAC получают свою функциональность от групп сульфоновой кислоты (HSO 3 ¯). При деминерализации смолы SAC удаляют почти все катионы сырой воды, заменяя их ионами водорода, как показано ниже:
Реакция обмена обратима.Когда ее емкость исчерпана, смолу можно регенерировать избытком минеральной кислоты.
Сильнокислотные катиониты хорошо работают во всех диапазонах pH. Эти смолы нашли широкое применение. Например, они используются в натриевом цикле (натрий как подвижный ион) для умягчения и в водородном цикле для декатионирования.
Слабокислотные катионообменные смолы получают свою обменную активность от карбоксильной группы (-COOH). При работе в водородной форме смолы WAC удаляют катионы, связанные с щелочностью, с образованием угольной кислоты, как показано:
Эти реакции также являются обратимыми и позволяют вернуть израсходованную смолу WAC в регенерированную форму.Смолы WAC не способны удалить все катионы из большинства источников воды. Их основным преимуществом является высокая эффективность регенерации по сравнению со смолами SAC. Эта высокая эффективность снижает количество кислоты, необходимой для регенерации смолы, тем самым уменьшая количество отработанной кислоты и сводя к минимуму проблемы с утилизацией.
Слабокислотные катиониты используются в основном для умягчения и удаления щелочи из высокожестких и высокощелочных вод, часто в сочетании с системами полировки натриевого цикла SAC.В системах полной деминерализации использование смол WAC и SAC в комбинации обеспечивает экономию более эффективной смолы WAC наряду с полными обменными возможностями смолы SAC.
СмолыSBA получают свою функциональность от функциональных групп четвертичного аммония. Используются два типа групп четвертичного аммония, называемые Типом I и Типом II. Сайты типа I имеют три метильные группы:
В смоле типа II одна из метильных групп заменена этанольной группой.Смола типа I обладает большей стабильностью, чем смола типа II, и способна удалять большее количество слабоионизированных кислот. Смолы типа II обеспечивают более высокую эффективность регенерации и большую производительность при том же количестве используемого регенерирующего химиката.
В форме гидроксида смолы SBA удаляют все обычно встречающиеся анионы, как показано ниже:
Как и в случае с катионными смолами, эти реакции обратимы, что позволяет регенерировать смолу сильной щелочью, такой как каустическая сода, чтобы вернуть смолу в гидроксидную форму.
Слабоосновная функциональность смолы возникает из первичных (R-NH 2 ), вторичных (R-NHR’) или третичных (R-NR’ 2 ) аминогрупп. Смолы WBA легко удаляют серную, азотную и соляную кислоты, что представлено следующей реакцией:
НАТРИЙ ЦЕОЛИТ СМЯГЧАЮЩИЙ
Смягчение цеолитом натрия является наиболее широко применяемым методом ионного обмена. При умягчении цеолитом вода, содержащая образующие накипь ионы, такие как кальций и магний, проходит через слой смолы, содержащий смолу SAC в натриевой форме.В смоле происходит обмен ионов жесткости с натрием, и натрий диффундирует в объемный водный раствор. Вода без жесткости, называемая мягкой водой, затем может использоваться для питательной воды котлов низкого и среднего давления, подпитки системы обратного осмоса, некоторых химических процессов и коммерческих применений, таких как прачечные.
Принципы умягчения цеолита
Удаление жесткости воды с помощью процесса умягчения цеолитом описывается следующей реакцией:
Вода из правильно работающего цеолитного умягчителя почти не имеет определяемой жесткости.Однако в очищенной воде присутствует небольшое количество жесткости, известное как утечка. Уровень утечки жесткости зависит от жесткости и уровня натрия в поступающей воде, а также от количества соли, используемой для регенерации.
На рис. 8-5 представлен типичный профиль жесткости стоков цеолитного умягчителя во время рабочего цикла. После окончательного ополаскивания умягчитель обеспечивает низкий, почти постоянный уровень жесткости до тех пор, пока ионообменная смола не истощится. При истощении жесткость стоков резко возрастает, требуется регенерация.
Как показывают реакции размягчения, смола SAC легко принимает ионы кальция и магния в обмен на ионы натрия. Когда отработанная смола регенерируется, на смолу наносится высокая концентрация ионов натрия, чтобы заменить кальций и магний. Смолу обрабатывают 10% раствором хлорида натрия, и регенерация протекает по следующему уравнению:
При регенерации используется большой избыток регенеранта (примерно в 3 раза больше кальция и магния в смоле).Вымываемая жесткость удаляется из блока умягчения в отработанном солевом растворе и путем промывки.
После регенерации в смоле остаются небольшие остаточные количества твердости. Если оставить смолу в стоячем сосуде с водой, некоторая жесткость будет диффундировать в объем воды. Следовательно, в начале потока вода, выходящая из цеолитного умягчителя, может иметь жесткость, даже если она недавно регенерировалась. Через несколько минут потока жесткость вымывается из умягчителя, а очищенная вода становится мягкой.
Продолжительность сервисного цикла зависит от расхода умягчителя, уровня жесткости воды и количества соли, используемой для регенерации. В Таблице 8-1 показано влияние уровня регенеранта на смягчающую способность гелеобразной сильной катионитовой смолы. Обратите внимание, что емкость смолы увеличивается по мере увеличения дозы регенеранта, но это увеличение непропорционально. Регенерация менее эффективна при более высоких уровнях регенерации. Таким образом, эксплуатационные расходы умягчителя увеличиваются по мере увеличения уровня регенерации.Как показывают данные в Таблице 8-1, увеличение количества регенерирующей соли на 150 % обеспечивает увеличение рабочей мощности только на 67 %.
Таблица 8-1. Влияние уровня регенерирующей соли на способность умягчения сильнокислотных катионитов.
| Таблица 8-1. Влияние уровня регенерирующей соли на смягчающую способность сильнокислотной катионитовой смолы . | |
| Соль (фунт/фут 3 ) | Вместимость (г/фут 3 ) |
| 6 | 18 000 |
| 8 | 20 000 |
| 10 | 24 000 |
| 15 | 30 000 |
Оборудование
Оборудование, используемое для умягчения цеолита натрия, состоит из емкости для замены умягчителя, регулирующих клапанов и трубопроводов, а также системы для рассола или регенерации смолы.Обычно бак умягчителя представляет собой вертикальный стальной сосуд высокого давления с выпуклыми днищами, как показано на рис. 8-6. Основные характеристики резервуара умягчения включают входную распределительную систему, надводное пространство, систему распределения регенерата, ионообменную смолу и удерживающую смолу систему сбора подземных стоков.
Впускная распределительная система обычно расположена в верхней части бака. Впускная система обеспечивает равномерное распределение поступающей воды. Это предотвратит выдавливание водой проточных каналов в слое смолы, что уменьшит пропускную способность системы и качество сточных вод.Впускная система также действует как коллектор для воды обратной промывки.
Впускной распределитель состоит из центрального коллектора/ступицы с распределительными боковыми/радиальными или простыми перегородками, которые равномерно направляют поток воды по слою смолы. Если не предотвратить попадание воды прямо на дно или стенки резервуара, это приведет к образованию каналов.
Объем между впускным распределителем и верхней частью слоя смолы называется свободным пространством. Свободный борт обеспечивает расширение смолы во время обратной промывки регенерации без потери смолы.Он должен составлять не менее 50% от объема смолы (предпочтительно 80%).
Распределитель регенерата обычно представляет собой систему коллектор-боковик, которая равномерно распределяет регенерирующий рассол во время регенерации. Расположение распределителя на высоте 6 дюймов над верхней частью слоя смолы предотвращает разбавление регенеранта водой в свободном пространстве. Это также снижает потребность в воде и времени для вытеснения и быстрой промывки. Распределитель регенерата должен быть закреплен на конструкции бака, чтобы предотвратить поломку и последующее попадание реагента в канал.
Вода смягчается слоем сильнокислотного катионита в натриевой форме. Требуемое количество смолы зависит от расхода воды, общей жесткости и желаемого времени между циклами регенерации. Для всех систем рекомендуется минимальная глубина слоя 24 дюйма.
Система нижнего дренажа, расположенная на дне резервуара, удерживает ионообменную смолу в резервуаре, равномерно собирает рабочий поток и равномерно распределяет поток обратной промывки. Неравномерный сбор воды при эксплуатации или неравномерное распределение воды обратной промывки может привести к образованию каналов, загрязнению или потере смолы.
Несмотря на то, что используется несколько конструкций поддона, существует два основных типа: засыпка и удерживающая смолу. Система подзасыпки состоит из нескольких слоев поддерживающей среды (например, фракционированного гравия или антрацита), которые поддерживают смолу, и системы сбора, включающей просверленные трубы или сетчатые фильтры подзасыпки. Пока опорные слои остаются неповрежденными, смола остается на месте. Если поддерживающая среда нарушается, обычно из-за неправильной обратной промывки, смола может пройти через разрушенные слои и выйти из сосуда.Коллектор, удерживающий смолу, такой как сетчатый боковой или профильный сетчатый фильтр, дороже, чем система с засыпкой, но защищает от потери смолы.
Главный клапан и система трубопроводов направляет поток воды и реагента в нужные места. Клапанная система состоит из клапанного гнезда или одного многопортового клапана. Гнездо клапана включает в себя шесть основных клапанов: сервисный вход и выход, вход и выход обратной промывки, вход регенеранта и слив регенерата/промывки. Клапаны могут управляться вручную или автоматически с помощью воздуха, электрического импульса или давления воды.В некоторых системах вместо гнезда клапана используется один многоходовой клапан. По мере того, как клапан вращается через ряд фиксированных положений, отверстия в клапане направляют поток таким же образом, как гнездо клапана. Многопортовые клапаны могут устранить ошибки в работе, вызванные открытием не того клапана, но их необходимо надлежащим образом обслуживать, чтобы избежать утечек через уплотнения портов.
Система рассола состоит из оборудования для растворения соли/рассола и оборудования для контроля разбавления, обеспечивающего желаемую силу регенерации.Растворяющее/измерительное оборудование предназначено для подачи правильного количества концентрированного солевого раствора (примерно 26% NaCl) для каждой регенерации, не допуская попадания нерастворенных солей в смолу. В большинстве систем используется поплавковый клапан для управления заполнением и сливом расходного бака, тем самым контролируя количество соли, используемой при регенерации. Обычно концентрированный рассол удаляется из резервуара с помощью эжекторной системы, которая также разбавляет рассол до оптимальной регенерирующей концентрации (8-10% NaCl).Рассол также можно перекачивать из резервуара с концентрированной солью и смешивать с водой для разбавления, чтобы обеспечить желаемую силу регенерации.
Работа умягчителя
Умягчитель на основе цеолита натрия работает в двух основных циклах: рабочий цикл, при котором производится мягкая вода для использования, и цикл регенерации, который восстанавливает емкость смолы при истощении.
В рабочем цикле вода поступает в умягчитель через впускную распределительную систему и проходит через слой.Ионы жесткости диффундируют в смолу и обмениваются с ионами натрия, которые возвращаются в воду. Мягкая вода собирается в дренажной системе и сбрасывается. Поток технической воды к умягчителю должен быть как можно более постоянным, чтобы предотвратить внезапные скачки напряжения и частое включение-выключение.
Из-за требований к смоле и конструкции резервуара операция умягчения наиболее эффективна, когда поддерживается скорость рабочего потока от 6 до 12 галлонов в минуту на квадратный фут площади поверхности смолы. Большая часть оборудования предназначена для работы в этом диапазоне, но в некоторых специальных конструкциях используется глубокий слой смолы, позволяющий работать при расходе 15-20 галлонов в минуту/фут².Непрерывная эксплуатация выше пределов, рекомендованных производителем, может привести к уплотнению слоя, образованию каналов, преждевременному скачку твердости и утечке жесткости. Эксплуатация значительно ниже рекомендуемой производителем скорости потока также может отрицательно сказаться на работе умягчителя. При низких расходах вода распределяется недостаточно, и оптимальный контакт смолы с водой невозможен.
Когда смягчитель израсходован, смола должна быть регенерирована. Мониторинг жесткости сточных вод показывает истощение смолы.Когда твердость увеличивается, агрегат истощается. Автоматические мониторы обеспечивают более постоянную индикацию состояния умягчителя, чем периодический отбор проб и тестирование оператором, но требуют частого обслуживания для обеспечения точности. Многие предприятия регенерируют умягчители перед их истощением, исходя из заданного периода времени или количества переработанных галлонов.
Большинство систем умягчения состоят из более чем одного умягчителя. Они часто работают так, что один умягчитель находится в режиме регенерации или в режиме ожидания, в то время как другие блоки работают.Это обеспечивает бесперебойную подачу мягкой воды. Перед вводом резервного умягчителя в эксплуатацию его необходимо промыть, чтобы удалить любую жесткость, которая попала в воду во время простоя.
Регенерация смягчителя
Цикл регенерации умягчителя на основе цеолита натрия состоит из четырех этапов: обратная промывка, регенерация (рассол), вытеснение (медленная промывка) и быстрая промывка.
Обратная промывка. Во время рабочего цикла нисходящий поток воды вызывает накопление взвешенных веществ на слое смолы.Смола является отличным фильтром и может улавливать твердые частицы, прошедшие через вышестоящее фильтрующее оборудование. Этап обратной промывки удаляет накопленный материал и реклассифицирует слой смолы. На этапе обратной промывки вода течет из поддонного распределителя вверх через слой смолы и выходит из сервисного распределителя в отходы. Восходящий поток поднимает и расширяет смолу, позволяя удалять твердые частицы и мелкие частицы смолы, а также классифицировать смолу. Классификация смолы приводит к тому, что более мелкие гранулы оказываются наверху устройства, а более крупные оседают на дне.Это улучшает распределение регенерирующей химической и технической воды.
Обратная промывка должна продолжаться не менее 10 минут или до тех пор, пока сточные воды из выпускного отверстия обратной промывки не станут прозрачными. Поток обратной промывки должен быть достаточным для увеличения объема слоя смолы на 50% или более, в зависимости от доступного надводного слоя. Недостаточная обратная промывка может привести к загрязнению слоя и образованию каналов. Чрезмерная скорость потока обратной промывки приводит к потере смолы. Скорость потока обратной промывки обычно варьируется от 4-8 (температура окружающей среды) до 12-15 (горячее обслуживание) галлонов в минуту на квадратный фут площади кровати, но следует следовать рекомендациям каждого производителя.Способность воды расширять смолу сильно зависит от температуры. Для расширения слоя с холодной водой требуется меньший поток, чем с теплой водой. Расширение слоя смолы следует регулярно проверять, а скорость потока регулировать по мере необходимости для поддержания надлежащего расширения слоя.
Обычно вода для обратной промывки представляет собой отфильтрованную сырую воду. Вода, выходящая из выпускного отверстия обратной промывки, не изменяется по химическому составу, но может содержать взвешенные вещества. В целях экономии воды сточные воды обратной промывки можно возвращать в осветлитель или фильтровать сточные воды для очистки.
Регенерация (Рассол). После обратной промывки применяется регенерирующий раствор. Поток солевого раствора поступает в установку через распределитель регенерата и стекает вниз через слой смолы с небольшой скоростью (обычно от 0,5 до 1 гал/мин на квадратный фут смолы). Поток рассола собирается через дренаж и направляется в отходы. Низкая скорость потока увеличивает контакт между соляным раствором и смолой. Для достижения оптимальной эффективности рассола крепость раствора должна составлять 10% при вводе рассола.
Смещение (медленная промывка). После введения регенерирующего солевого раствора медленный поток воды продолжается через систему распределения регенерирующего агента. Этот поток воды вытесняет регенерант через слой с желаемой скоростью потока. Стадия вытеснения завершает регенерацию смолы, обеспечивая надлежащий контакт регенеранта с нижней частью слоя смолы. Расход вытесняющей воды обычно равен расходу, используемому для разбавления концентрированного рассола.Продолжительность этапа вытеснения должна быть достаточной для того, чтобы через устройство прошел примерно один объем воды из слоя смолы. Это обеспечивает «пробку» вытесняющей воды, которая постепенно полностью перемещает рассол через слой.
Быстрое полоскание. После завершения вытесняющей промывки вода подается через впускной распределитель с высокой скоростью потока. Эта промывочная вода удаляет остатки рассола, а также любую остаточную жесткость из слоя смолы. Скорость быстрого ополаскивания обычно составляет от 1.5 и 2 галлона в минуту на квадратный фут смолы. Иногда это определяется скоростью обслуживания умягчителя.
Первоначально промывочные воды содержат большое количество жесткости и хлорида натрия. Обычно жесткость вымывается из умягчителя перед избытком хлорида натрия. Во многих операциях умягчитель можно вернуть в эксплуатацию, как только жесткость достигнет заданного уровня, но в некоторых случаях требуется промывка до тех пор, пока содержание хлоридов в сточных водах или проводимость не будут близки к уровням входящих. Эффективная быстрая промывка важна для обеспечения высокого качества сточных вод во время сервисного обслуживания.Если умягчитель находился в режиме ожидания после регенерации, можно использовать второе быстрое полоскание, известное как сервисное полоскание, для удаления любой жесткости, которая попала в воду во время ожидания.
ГОРЯЧИЙ ЦЕОЛИТ СМЯГЧАЮЩИЙ
Умягчители на основе цеолитаможно использовать для удаления остаточной жесткости сточных вод горячей технологической извести или известково-натриевого умягчителя. Горячие технологические стоки проходят через фильтры, а затем через слой сильнокислотного катионита в натриевой форме (рис. 8-7).Оборудование и работа умягчителя на горячем цеолите аналогичны умягчителю с температурой окружающей среды, за исключением того, что клапаны, трубопроводы, контроллеры и контрольно-измерительные приборы должны быть рассчитаны на высокую температуру (220-250°F). Стандартную смолу с сильным катионитом можно использовать при температуре до 270°F, но для более длительного срока службы рекомендуется гель премиум-класса или макросетчатая смола. При эксплуатации цеолитной системы после умягчителя горячего процесса важно спроектировать систему таким образом, чтобы исключить скачки потока в установке для производства горячей извести.Общие конструкции включают использование резервуаров для хранения воды обратной промывки в установке для производства горячей извести и расширенные медленные промывки для цеолита вместо стандартной быстрой промывки.
Применение и преимущества
Накипь и отложения в котлах, а также образование нерастворимого мыльного творога в процессе промывки вызвали большой спрос на умягченную воду. Поскольку умягчители на основе цеолита натрия способны экономически удовлетворить этот спрос, они широко используются при подготовке воды для котлов низкого и среднего давления, прачечных и химических процессов.Умягчение цеолитом натрия также имеет следующие преимущества по сравнению с другими методами умягчения:
- обработанная вода имеет очень низкую склонность к образованию накипи, поскольку умягчение цеолитом снижает уровень жесткости большинства источников воды до менее 2 частей на миллион
- операция проста и надежна; автоматические и полуавтоматические средства управления регенерацией доступны по разумной цене Соль
- недорогая и простая в обращении
- не образуется отработанный шлам; обычно утилизация отходов не представляет проблемы
- в определенных пределах изменения расхода воды мало влияют на качество очищенной воды
- , так как эффективная работа может быть обеспечена в установках практически любого размера, умягчители на основе цеолита натрия подходят как для больших, так и для малых установок
Ограничения
Хотя умягчители на основе цеолита натрия эффективно снижают жесткость воды, растворенную в воде, общее содержание твердых веществ, щелочность и кремнезем в воде остаются неизменными.Умягчитель на основе цеолита натрия не является прямой заменой умягчителю с горячей известью и содой. Заводы, которые заменили свои умягчители горячего процесса только умягчителями на основе цеолита, столкнулись с проблемами с уровнем кремнезема и щелочностью в своих котлах.
Поскольку смола является таким эффективным фильтром, умягчители на основе цеолита натрия не действуют эффективно на мутной воде. Продолжительная работа с мутностью входящего потока, превышающей 1,0 JTU, вызывает загрязнение слоя, короткие периоды обслуживания и низкое качество сточных вод.Подходит большинство городских и колодезных вод, но многие поверхностные источники должны быть очищены и отфильтрованы перед использованием.
Смола может быть загрязнена примесями тяжелых металлов, таких как железо и алюминий, которые не удаляются в ходе обычной регенерации. Если в водопроводе присутствует избыток железа или марганца, смолу необходимо периодически очищать. Всякий раз, когда алюминиевые коагулянты используются перед цеолитными умягчителями, надлежащая работа оборудования и тщательный контроль рН осветлителя необходимы для хорошей работы умягчителя.
Сильные окислители в сырой воде разрушают смолу. Хлор, присутствующий в большинстве коммунальных материалов, является сильным окислителем и должен быть удален до умягчения цеолита фильтрацией с активированным углем или реакцией с сульфитом натрия.
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИЯ
Одного умягчения недостаточно для большинства питательной воды котлов высокого давления и для многих технологических потоков, особенно тех, которые используются в производстве электронного оборудования. В дополнение к удалению жесткости эти процессы требуют удаления всех растворенных твердых веществ, таких как натрий, кремнезем, щелочность и минеральные анионы (Cl¯, SO 4 ¯, NO 3 ¯).
Деминерализация воды – это удаление практически всех неорганических солей путем ионного обмена. В этом процессе сильнокислотный катионит в водородной форме превращает растворенные соли в соответствующие им кислоты, а сильноосновной анионит в форме гидроксида удаляет эти кислоты. Деминерализация дает воду, по качеству аналогичную дистилляции, но с меньшими затратами для большинства пресных вод.
Принципы обессоливания
Система деминерализации состоит из одной или нескольких колонок с ионообменной смолой, которые включают в себя блок сильнокислотного катиона и блок сильноосновного аниона.Катионит обменивает водород на катионы сырой воды, как показывают следующие реакции:
Мерой общей концентрации сильных кислот в катионных стоках является свободная минеральная кислотность (FMA). Как показано на рис. 8-8, при типичном запуске службы содержимое FMA остается стабильным большую часть времени. Если бы катионный обмен был эффективен на 100%, FMA от теплообменника был бы равен теоретической минеральной кислотности (TMA) воды. FMA обычно немного ниже, чем TMA, потому что небольшое количество натрия просачивается через катионообменник.Величина утечки натрия зависит от уровня регенерации, расхода и доли натрия по отношению к другим катионам в сырой воде. Как правило, утечка натрия увеличивается по мере увеличения отношения натрия к общему количеству катионов.
По мере того, как установка катионного обмена приближается к истощению, FMA в сточных водах резко падает, что указывает на необходимость вывода теплообменника из эксплуатации. В это время смолу следует регенерировать раствором кислоты, который возвращает обменные центры в водородную форму.Серная кислота обычно используется из-за ее доступной стоимости и доступности. Однако неправильное использование серной кислоты может вызвать необратимое загрязнение смолы сульфатом кальция.
Чтобы предотвратить это, серная кислота обычно применяется с высокой скоростью потока (1 галлон в минуту на квадратный фут смолы) и начальной концентрацией 2% или менее. Концентрацию кислоты постепенно увеличивают до 6-8% до полной регенерации.
В некоторых установках для регенерации используется соляная кислота.Это требует использования специальных конструкционных материалов в регенерирующей системе. Как и в случае установки с цеолитом натрия, требуется избыток регенеранта (серной или соляной кислоты), в три раза превышающий теоретическую дозу.
Для завершения процесса обессоливания воду из катионитной установки пропускают через сильноосновную анионообменную смолу в гидроксидной форме. Смола обменивает ионы водорода как на сильно ионизированные минеральные ионы, так и на более слабо ионизированные угольную и кремниевую кислоты, как показано ниже:
Приведенные выше реакции показывают, что деминерализация полностью удаляет катионы и анионы из воды.В действительности, поскольку реакции ионного обмена являются равновесными реакциями, происходит некоторая утечка. Большая часть утечек из катионитов приходится на натрий. Эта утечка натрия преобразуется в гидроксид натрия в анионном блоке. Таким образом, рН выходящего потока двухслойной катионно-анионной системы деминерализации является слабощелочным. Щелочь, образующаяся в анионах, вызывает небольшую утечку кремнезема. Степень утечки анионов зависит от химического состава обрабатываемой воды и используемой дозы регенерирующего средства.
Деминерализация с использованием сильных анионных смол удаляет диоксид кремния, а также другие растворенные твердые вещества. Выходящий кремнезем и электропроводность являются важными параметрами, которые необходимо контролировать во время обслуживания деминерализатора. Как показано на рис. 8-9, в конце быстрой промывки как диоксид кремния, так и электропроводность низкие.
Когда в конце рабочего цикла происходит прорыв кремнезема, уровень кремнезема в очищенной воде резко возрастает. Часто проводимость воды на мгновение уменьшается, а затем быстро возрастает.Это временное падение проводимости легко объяснимо. Во время нормального обслуживания большая часть проводимости сточных вод связана с небольшим уровнем гидроксида натрия, образующегося в анионообменнике. Когда происходит прорыв диоксида кремния, гидроксид становится недоступным, а натрий из катионита превращается в силикат натрия, проводящий гораздо меньше, чем гидроксид натрия. По мере истощения анионита более проводящие минеральные ионы прорываются, вызывая последующее увеличение проводимости.
При обнаружении окончания работы деминерализатора устройство должно быть немедленно выведено из эксплуатации. Если деминерализатор остается в эксплуатации после точки останова, уровень кремнезема в очищенной воде может подняться выше уровня поступающей воды из-за концентрации кремнезема, которая происходит в анионите во время работы.
Сильноосновные анионообменники регенерируются 4% раствором едкого натра. Как и в случае регенерации катионов, относительно высокая концентрация гидроксида запускает реакцию регенерации.Чтобы улучшить удаление кремнезема из слоя смолы, регенерирующую щелочь обычно нагревают до 120°F или до температуры, указанной производителем смолы. Удаление кремнезема также улучшается за счет предварительного нагрева слоя смолы перед введением теплой щелочи.
Оборудование и операции
Оборудование, используемое для катионно-анионной деминерализации, аналогично оборудованию, используемому для умягчения цеолитом. Основное отличие состоит в том, что сосуды, клапаны и трубопроводы должны быть изготовлены из коррозионно-стойких материалов (или облицованы ими).Резина и поливинилхлорид (ПВХ) обычно используются для футеровки ионообменных сосудов. Системы управления и регенерации для деминерализаторов более сложны, что позволяет использовать такие усовершенствования, как ступенчатая регенерация кислотой и теплой щелочью.
Деминерализаторыпо действию аналогичны цеолитным умягчителям. Рекомендации по скорости потока для деминерализатора составляют от 6 до 10 галлонов в минуту на квадратный фут смолы. Скорость потока более 10 галлонов в минуту на квадратный фут смолы вызывает повышенную утечку натрия и кремнезема с некоторыми видами воды.Анионит намного легче катионита. Следовательно, скорость потока обратной промывки для анионообменных смол намного ниже, чем для катионообменных смол, и на расширение анионита больше влияет температура воды, чем на расширение катионита. Вода, используемая для каждой стадии регенерации анионита, не должна быть жесткой, чтобы предотвратить осаждение солей жесткости в слое щелочного анионита.
Приборы непрерывной проводимости и анализаторы диоксида кремния обычно используются для контроля качества сточных вод с анионами и определения необходимости регенерации.В некоторых случаях датчики электропроводности помещают в слой смолы над дренажными коллекторами для обнаружения истощения смолы до того, как произойдет прорыв кремнезема в очищенную воду.
Преимущества и ограничения
Деминерализаторымогут производить воду высокой чистоты практически для любого использования. Деминерализованная вода широко используется в качестве питательной воды для котлов высокого давления и для многих технологических вод. Качество произведенной воды сравнимо с дистиллированной водой, обычно за небольшую часть стоимости.Деминерализаторы бывают самых разных размеров. Системы варьируются от лабораторных колонн, производящих всего несколько галлонов в час, до систем, производящих тысячи галлонов в минуту.
Как и другие системы ионного обмена, для эффективной работы деминерализаторов требуется фильтрованная вода. Перед деминерализацией следует избегать смолистых загрязнений и разлагающих агентов, таких как железо и хлор. Аниониты очень восприимчивы к загрязнению и воздействию органических материалов, присутствующих во многих источниках поверхностной воды.Некоторые формы кремнезема, известные как коллоидные или нереакционноспособные, не удаляются деминерализатором. Горячая щелочная котельная вода растворяет коллоидный материал, образуя простые силикаты, подобные тем, которые поступают в котел в растворимом виде. Как таковые, они могут образовывать отложения на поверхности труб и улетучиваться в пар.
ДЕАЛКАЛИЗАЦИЯ
Часто рабочие условия котла или процесса требуют удаления жесткости и снижения щелочности, но не удаления других твердых веществ.Умягчение цеолитом не снижает щелочность, а деминерализация слишком затратна. Для таких ситуаций используется процесс дезактивации. Наиболее часто используемыми процессами являются декальцинация цеолитом натрия/водородным цеолитом (разделенный поток), дещелочная декальцинация хлорид-анионом и слабокислотным катионитом.
Цеолит натрия/водородный цеолит (разделенный поток) Декальцинация
В декальцинаторах с разделенным потоком часть сырой воды проходит через умягчитель на основе цеолита натрия.Остаток проходит через катионит сильной кислоты в форме водорода (водородный цеолит). Выходящий поток из цеолита натрия объединяют с выходящим потоком водородного цеолита. Сточные воды установки цеолита водорода содержат угольную кислоту, полученную за счет щелочности сырой воды, и свободные минеральные кислоты. Когда два потока объединяются, свободная минеральная кислота в выходящем потоке цеолита водорода преобразует щелочность карбоната натрия и бикарбоната в выходящем потоке цеолита натрия в угольную кислоту, как показано ниже:
Угольная кислота нестабильна в воде.Он образует углекислый газ и воду. Смешанные стоки направляются в декарбонизатор или дегазатор, где двуокись углерода удаляется из воды противотоком воздуха. На рис. 8-10 показана типичная система дещелализации с разделенным потоком.
Желаемый уровень щелочности смешанной воды можно поддерживать, контролируя процентное содержание цеолита натрия и цеолита водорода в смеси. Более высокий процент воды с цеолитом натрия приводит к более высокой щелочности, а повышенный процент воды с цеолитом водорода снижает щелочность.
В дополнение к снижению щелочности декальцинатор с разделенным потоком уменьшает общее количество растворенных твердых веществ в воде. Это важно для воды с высокой щелочностью, потому что проводимость этих вод влияет на процесс и может ограничивать циклы концентрирования котлов.
Цеолит натрия/хлоридный анион, декальцинация
Сильноосновная анионная смола в форме хлорида может использоваться для снижения щелочности воды. Вода проходит через цеолитовый умягчитель, а затем через анионную установку, которая заменяет ионы карбоната, бикарбоната, сульфата и нитрата ионами хлорида, как показано в следующих реакциях:
Декальцинатор аниона хлорида снижает щелочность примерно на 90%, но не уменьшает общее содержание твердых веществ.Когда смола приближается к истощению, щелочность очищенной воды быстро увеличивается, сигнализируя о необходимости регенерации.
Цеолитовый умягчитель регенерируется, как описано выше. Кроме того, анионная смола также регенерируется соляным раствором хлорида натрия, который возвращает смолу в хлоридную форму. Часто в регенерирующий солевой раствор добавляют небольшое количество каустической соды для улучшения удаления щелочности.
Слабокислотный катион декальцинации
В другом методе удаления щелочи используются слабокислотные катиониты.Слабокислотные смолы по действию аналогичны сильнокислотным катионитам, но обмениваются только на катионы, связанные с щелочностью, как показывают следующие реакции:
, где Z представляет собой смолу. Образовавшуюся угольную кислоту (H 2 CO 3 ) удаляют декарбонизатором или дегазатором, как в системе с разделенным потоком.
Идеальный входной поток для слабокислотной катионной системы имеет уровень жесткости, равный щелочности (оба значения выражены в ppm как CaCO 3 ).В водах с более высокой щелочностью, чем жесткость, щелочность не снижается до самого низкого уровня. В водах, содержащих большую жесткость, чем щелочность, некоторая жесткость остается после обработки. Обычно эти воды необходимо полировать смягчителем на основе цеолита натрия для удаления жесткости. Во время начального периода работы слабокислотных катионов (первые 40-60%) некоторые катионы, связанные с минеральными анионами, обмениваются, образуя небольшое количество минеральных кислот в сточных водах. По мере прохождения рабочего цикла в стоках появляется щелочность.Когда щелочность сточных вод превышает 10 % щелочности поступающих, установка выводится из эксплуатации и регенерируется 0,5 % раствором серной кислоты. Концентрация регенерирующей кислоты должна поддерживаться ниже 0,5-0,7%, чтобы предотвратить осаждение сульфата кальция в смоле. Слабокислотный обмен катионита очень эффективен. Таким образом, необходимое количество кислоты практически равно (химически) количеству катионов, удаленных во время рабочего цикла.
Если материалы конструкции последующего оборудования или процесса в целом не выдерживают минеральной кислотности, присутствующей во время начальных частей рабочего цикла, перед окончательной промывкой через регенерированную слабокислотную смолу пропускают соляной раствор.Этот раствор удаляет минеральную кислотность без существенного влияния на качество или продолжительность последующего цикла.
Оборудование, используемое для слабокислотного декальцинатора, аналогично оборудованию, используемому для сильнокислотного катионита, за исключением смолы. В одном варианте стандартной конструкции используется слой слабокислотной смолы поверх сильнокислотной катионитной смолы. Поскольку он легче, слабокислотная смола остается сверху. Слоистая система смолы регенерируется серной кислотой, а затем рассолом хлорида натрия.Солевой раствор переводит сильнокислотную смолу в натриевую форму. Затем эта смола действует как полирующий смягчитель.
Прямой впрыск кислоты
В процессе прямого впрыска кислоты и декарбонизации кислота используется для преобразования щелочности в угольную кислоту. Угольная кислота диссоциирует с образованием двуокиси углерода и воды, и двуокись углерода удаляется в декарбонизаторе. К использованию системы впрыска кислоты следует подходить с осторожностью, потому что избыточная подача кислоты или неисправность в системе контроля pH могут привести к образованию кислой питательной воды, которая разъедает железные поверхности систем питательной воды и котлов.Требуется надлежащий мониторинг pH и контролируемая подача щелочи после декарбонизации.
Преимущества и ограничения систем дезактивации
Системы ионообменной декальцинации производят воду без жесткости, с низкой щелочностью по разумной цене и с высокой степенью надежности. Они хорошо подходят для обработки питательной воды для котлов среднего давления и технологической воды для производства напитков. Системы с разделенным потоком и слабокислые катиониты также снижают общее количество растворенных твердых веществ.В дополнение к этим преимуществам необходимо учитывать следующие недостатки:
- декальцинаторы не полностью удаляют щелочность и не влияют на содержание кремнезема в воде Декальцинаторы
- требуют такой же чистоты входящего потока, как и другие процессы ионного обмена; необходимо использовать фильтрованную воду с низким содержанием потенциальных загрязнителей
- вода, полученная в системе декальцинации с использованием декарбонизатора с принудительной тягой, насыщается кислородом, поэтому она потенциально вызывает коррозию
ПРОТИВОТОЧНАЯ И СМЕШАННАЯ ДЕИОНИЗАЦИЯ
Из-за увеличения рабочего давления в котлах и производства продуктов, требующих воды, не содержащей примесей, растет потребность в воде более высокого качества, чем могут производить катионно-анионные деминерализаторы.Поэтому возникла необходимость модификации стандартного процесса обессоливания для повышения чистоты очищаемой воды. Наиболее значительные улучшения чистоты деминерализованной воды были достигнуты при использовании противоточных катионитов и теплообменников смешанного действия.
Противоточные катиониты
В традиционной системе деминерализации регенерирующий поток течет в том же направлении, что и рабочий поток, вниз через слой смолы. Эта схема известна как прямоточная работа и является основой для большинства конструкций систем ионного обмена.Во время регенерации прямоточной установки загрязняющие вещества вытесняются через слой смолы во время регенерации. В конце регенерации некоторые ионы, преимущественно ионы натрия, остаются на дне слоя смолы. Поскольку верхняя часть слоя была подвергнута воздействию свежего регенеранта, она сильно регенерирована. По мере того, как вода проходит через смолу во время работы, обмен катионов сначала происходит в верхней части слоя, а затем перемещается вниз через смолу по мере истощения слоя.Ионы натрия, оставшиеся в слое во время регенерации, диффундируют в декатионированную воду до того, как она покинет сосуд. Эта утечка натрия поступает в анионную установку, где при анионном обмене образуется щелочь, повышающая pH и проводимость деминерализованной воды.
В регенерируемом катионите с противотоком регенерант течет в направлении, противоположном рабочему потоку. Например, если рабочий поток идет вниз через слой, поток регенерирующей кислоты идет вверх через слой.В результате наиболее регенерируемая смола находится там, где техническая вода выходит из сосуда. Смола с высокой степенью регенерации удаляет небольшое количество загрязняющих веществ, которые не удалось удалить в верхней части слоя. Это приводит к более высокой чистоте воды, чем могут обеспечить прямоточные конструкции. Чтобы максимизировать контакт между кислотой и смолой и предотвратить смешивание наиболее регенерированной смолы с остальной частью слоя, слой смолы должен оставаться сжатым во время введения регенеранта. Это сжатие обычно достигается одним из двух способов:
Теплообменники смешанного действия
В теплообменнике смешанного действия катионит и анионит смешаны в одном сосуде.Когда вода течет через слой смолы, процесс ионного обмена повторяется много раз, «полируя» воду до очень высокой чистоты. Во время регенерации смола разделяется на отдельные катионные и анионные фракции, как показано на рис. 8-12. Смола отделяется обратной промывкой, при этом более легкая анионная смола оседает поверх катионной смолы. Регенерирующая кислота вводится через нижний распределитель, а щелочь – через распределители над слоем смолы. Потоки регенерата встречаются на границе между катионитом и анионитом и выводятся через коллектор, расположенный на границе раздела смолы.После введения реагента и вытесняющей промывки воздух и вода используются для смешивания смол. Затем смолы промываются, и установка готова к эксплуатации.
Противоточные системы и системы со смешанным слоем производят более чистую воду, чем обычные катионно-анионные деминерализаторы, но требуют более сложного оборудования и имеют более высокую начальную стоимость. Более сложные последовательности регенерации требуют более пристального внимания оператора, чем стандартные системы. Особенно это касается смешанной кровати.
ПРОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ
Стандартный катионно-анионный процесс был изменен во многих системах для сокращения использования дорогостоящих регенерантов и образования отходов. Модификации включают использование декарбонизаторов и дегазаторов, слабокислотных и слабоосновных смол, отходов сильноосновного анионного каустика (для регенерации слабоосновных анионообменников) и утилизации части отработанного каустика для последующих циклов регенерации. Несколько различных подходов к деминерализации с использованием этих процессов показаны на рис. 8-13.
Декарбонизаторы и дегазаторы
Декарбонизаторы и дегазаторы экономически выгодны для многих систем обессоливания, поскольку они уменьшают количество щелочи, необходимой для регенерации. Вода из катионита разбивается на мелкие капли с помощью распылителей и лотков или набивается в декарбонизатор. Затем вода течет через поток воздуха, идущего в противоположном направлении. Углекислота, присутствующая в выбросах катионов, диссоциирует на углекислый газ и воду.Углекислый газ удаляется из воды воздухом, что снижает нагрузку на анионообменники. Типичные декарбонизаторы с принудительной тягой способны удалять углекислый газ до 10-15 частей на миллион. Однако вода, выходящая из декарбонатора, насыщена кислородом.
В вакуумном дегазаторе капли воды вводятся в насадочную колонку, работающую под вакуумом. Углекислый газ удаляется из воды благодаря пониженному парциальному давлению в вакууме. Вакуумный дегазатор обычно снижает содержание углекислого газа до уровня менее 2 частей на миллион, а также удаляет большую часть кислорода из воды.Однако приобрести и эксплуатировать вакуумные дегазаторы дороже, чем декарбонизаторы с принудительной тягой.
Слабокислотные и слабоосновные смолы
Смолы со слабыми функциональными свойствами имеют гораздо более высокую эффективность регенерации, чем их аналоги с сильными функциональными свойствами. Слабокислотные катиониты, как описано в разделе о снижении щелочности, обмениваются с катионами, связанными с щелочностью. Слабоосновные смолы обмениваются на анионы неорганических кислот (SO 4 ¯, Cl¯, NO 3 ¯) в растворе сильной кислоты.Эффективность регенерации слабых смол практически стехиометрична, для удаления 1 кг ионов (как CaCO 3 ) требуется лишь немногим более 1 кг регенерирующего иона (как CaCO 3 ). Прочные смолы требуют в три-четыре раза больше регенеранта для того же удаления загрязняющих веществ.
Слабоосновные смолы настолько эффективны, что общепринятой практикой является регенерация слабоосновного обменника с помощью части «отработанного» каустика после регенерации сильноосновной анионита.Первую фракцию каустика из сильноосновной единицы отправляют в отходы, чтобы предотвратить загрязнение кремнеземом слабоосновной смолы. Оставшаяся щелочь используется для регенерации слабоосновной смолы. Дополнительным свойством слабоосновных смол является их способность удерживать природные органические материалы, загрязняющие сильноосновные смолы, и высвобождать их во время цикла регенерации. Благодаря этой способности слабоосновные смолы обычно используются для защиты сильноосновных смол от вредного органического загрязнения.
Повторное использование регенерата
Из-за высокой стоимости каустической соды и растущих проблем с утилизацией отходов многие системы деминерализации в настоящее время оснащены функцией регенерации каустической соды.Система регенерации использует часть отработанного каустика от предыдущей регенерации в начале следующего цикла регенерации. После повторного использования каустика следует свежий каустик для завершения регенерации. Затем новый каустик используется для следующей регенерации. Как правило, серная кислота не регенерируется, поскольку она дешевле, а осаждение сульфата кальция представляет собой потенциальную проблему.
ПОЛИРОВКА КОНДЕНСАТОМ
Применение ионного обмена не ограничивается подпиткой технологической воды и котловой воды.Ионный обмен можно использовать для очистки или полировки возвращаемого конденсата, удаления продуктов коррозии, которые могут вызывать вредные отложения в котлах.
Обычно загрязняющие вещества в системе конденсата представляют собой твердые частицы железа и меди. Низкие уровни других загрязняющих веществ могут попасть в систему из-за утечек конденсатора и уплотнения насоса или переноса котловой воды с паром. Полировщики конденсата отфильтровывают твердые частицы и удаляют растворимые загрязнения путем ионного обмена.
Большинство машин для полировки конденсата на бумажных фабриках работают при температурах, приближающихся к 200°F, что исключает использование анионита.Катионит, который стабилен до температуры выше 270°F, используется для глубокой полировки конденсата в этих применениях. Смола регенерируется раствором хлорида натрия, как и в цеолитовом умягчителе. В ситуациях, когда утечка натрия из полировщика неблагоприятно влияет на внутреннюю химическую программу котловой воды или пар снижает чистоту воды, смолу можно регенерировать с помощью раствора ионизированного амина, чтобы предотвратить эти проблемы.
Рабочий расход для глубокой полировки (20-50 галлонов в минуту на квадратный фут площади поверхности смолы) очень высок по сравнению с обычным умягчителем.Допустимы высокие скорости потока, поскольку уровень растворимых ионов в конденсате обычно может быть очень низким. Железо в виде частиц и медь удаляются фильтрацией, а количество растворенных загрязняющих веществ снижается за счет обмена на натрий или амин в смоле.
Регенерация конденсата катионитовой смолы с глубоким слоем регенерируется с помощью 15 фунтов хлорида натрия на кубический фут смолы способом, аналогичным тому, который используется для обычной регенерации цеолита натрия. Солюбилизирующий или восстанавливающий агент часто используется для облегчения удаления железа.Иногда дополнительный коллектор обратной промывки располагается непосредственно под поверхностью слоя смолы. Этот подповерхностный распределитель, используемый перед обратной промывкой, вводит воду для разрушения корки, которая образуется на поверхности смолы между регенерациями.
Важным моментом является выбор смолы для полировки конденсата. Поскольку высокие перепады давления создаются высокими скоростями рабочего потока и загрузками твердых частиц, а также поскольку многие системы работают при высоких температурах, структура смолы подвергается значительным нагрузкам.Гелеобразную или макропористую смолу высшего качества следует использовать для полировки конденсата в глубоком слое.
В системах, требующих полного удаления растворенных твердых частиц и твердых частиц, можно использовать полировщик конденсата со смешанным слоем. Температура конденсата должна быть ниже 140°F, что является максимальной продолжительной рабочей температурой для анионита. Кроме того, расход через устройство обычно снижается примерно до 20 галлонов в минуту/фут².
Ионообменные смолытакже используются как часть системы предварительной фильтрации, как показано на рис. 8-14, для очистки конденсата.Смола измельчается и смешивается в суспензию, которая используется для покрытия отдельных септ в емкости фильтра. Порошкообразная смола представляет собой очень тонкую фильтрующую среду, которая улавливает твердые частицы и удаляет некоторые растворимые загрязнения путем ионного обмена. Когда фильтрующий материал засоряется, материал предварительного покрытия утилизируется, а перегородки покрывают свежей суспензией порошкообразной смолы.
ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМЫ ОБЩЕГО ИОНООБМЕНА
Как и в любой динамической операционной системе, включающей электрическое и механическое оборудование и химические операции, в системах ионного обмена все же возникают проблемы.Проблемы обычно приводят к плохому качеству сточных вод, уменьшению продолжительности обслуживания или увеличению потребления регенеранта. Чтобы система ионного обмена работала эффективно и надежно, при каждом обнаружении проблем следует учитывать изменения качества воды, длины цикла или расхода регенеранта.
Диаграммы причинно-следственных связей для коротких циклов (Рисунок 8-15) и некачественных стоков (Рисунок 8-16) показывают, что существует множество возможных причин снижения производительности системы обессоливания.Некоторые из наиболее распространенных проблем обсуждаются ниже.
Эксплуатационные проблемы
Изменения качества сырой воды оказывают значительное влияние как на продолжительность цикла, так и на качество сточных вод, производимых ионообменной установкой. Хотя большинство колодезных вод имеют постоянное качество, состав большинства поверхностных вод сильно меняется с течением времени. Увеличение жесткости воды на 10 % для умягчителя на основе цеолита натрия приводит к сокращению срока службы на 10 %. Увеличение отношения натрия к общему количеству катионов вызывает повышенную утечку натрия из системы деминерализации.Для выявления таких отклонений необходимо регулярно проводить химический анализ воды, поступающей в ионообменники.
Другие причины проблем в работе ионного обмена включают:
- Неправильная регенерация, вызванная неправильными расходами, временем или концентрацией реагента. При регенерации ионообменных смол необходимо соблюдать рекомендации производителя.
- Каналирование в результате высокой или низкой скорости потока, повышенного содержания взвешенных твердых частиц или плохой обратной промывки.Это вызывает преждевременное истощение, даже когда большая часть кровати находится в регенерированном состоянии.
- Загрязнение или деградация смолы из-за некачественного регенеранта.
- Неудачное удаление кремнезема из смолы, что может быть связано с низкой температурой регенерирующего каустика. Это может привести к увеличению утечки кремнезема и сокращению сроков службы.
- Избыточное количество загрязняющих веществ в смоле из-за предыдущей эксплуатации после истощения. Поскольку в смоле содержится больше загрязняющих веществ, чем может удалить обычная регенерация, после продолжительного обслуживания требуется двойная регенерация.
Механические проблемы
Типичные механические проблемы, связанные с системами ионного обмена, включают:
- Негерметичные клапаны, что приводит к некачественному стоку и длительной промывке.
- Сломан или забит трамблер, что приводит к засорению.
- Потери смолы из-за чрезмерной обратной промывки или выхода из строя дренажного экрана или опорной среды.
- Катионная смола в анионном блоке, что приводит к увеличению времени промывки и утечке натрия в деминерализованную воду.
- Проблемы с приборами, такие как неисправные сумматоры или измерители проводимости, которые могут указывать на проблему, когда ее нет, или могут привести к использованию воды низкого качества. Инструментарий в зоне деминерализации следует регулярно проверять.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ И РАЗЛОЖЕНИЕ СМОЛЫ
Смола может быть загрязнена загрязняющими веществами, которые препятствуют процессу обмена. На рис. 8-17 показана смола, загрязненная железом. Смола также может подвергаться воздействию химических веществ, вызывающих необратимое разрушение.Некоторые материалы, такие как природные органические вещества (рис. 8-18), сначала загрязняют смолы, а затем с течением времени разлагают смолы. Это наиболее распространенная причина загрязнения и деградации ионообменных систем, и она обсуждается в разделе «Органическое загрязнение» далее в этой главе.
Причины загрязнения смолой
Железо и марганец . Железо может находиться в воде в виде неорганической соли двухвалентного или двухвалентного железа или в виде секвестрированного органического комплекса. Двухвалентное железо переходит в смолу, а трехвалентное нерастворимо и не растворяется.Трехвалентное железо покрывает катионит, предотвращая обмен. Для удаления этого железа необходимо использовать кислоту или сильный восстановитель. Органически связанное железо проходит через катионит и загрязняет анионит. Его необходимо удалить вместе с органическим материалом. Марганец, присутствующий в воде некоторых колодцев, загрязняет смолу так же, как и железо.
Алюминий . Алюминий обычно присутствует в виде гидроксида алюминия в результате использования квасцов или алюмината натрия для осветления или смягчения осадков.Алюминиевый флок, если он проходит через фильтры, покрывает смолу в умягчителе на основе цеолита натрия. Его удаляют очисткой либо кислотой, либо щелочью. Обычно алюминий не загрязняет систему деминерализации, поскольку он удаляется из смолы во время обычной регенерации.
Осадки жесткости . Осадки жесткости выносят через фильтр из умягчителя осадков или образуются после фильтрации путем доосаждения. Эти осадки загрязняют смолы, используемые для умягчения цеолита натрия.Их удаляют кислотой.
Сульфатные осадки. Осаждение сульфата кальция может происходить в сильнокислотной катионной установке, работающей в водородном цикле. В конце рабочего цикла верхняя часть слоя смолы богата кальцием. Если в качестве регенеранта используется серная кислота и ее вводят в слишком высокой концентрации или при слишком низкой скорости потока, происходит осаждение сульфата кальция, загрязняющего смолу. После образования сульфата кальция его очень трудно растворить; поэтому смола, загрязненная сульфатом кальция, обычно выбрасывается.Легкие случаи загрязнения сульфатом кальция можно устранить длительным вымачиванием в соляной кислоте.
Сульфат бария еще менее растворим, чем сульфат кальция. Если источник воды содержит измеримые количества бария, следует рассмотреть возможность регенерации соляной кислотой.
Масляное загрязнение . Масло покрывает смолу, блокируя прохождение ионов к местам обмена и от них. Для удаления масла можно использовать поверхностно-активное вещество. Следует проявлять осторожность при выборе поверхностно-активного вещества, которое не загрязняет смолу.Загрязненные маслом анионные смолы следует очищать только неионогенными поверхностно-активными веществами.
Микробиологическое загрязнение. Микробиологическое загрязнение может происходить в слоях смолы, особенно в слоях, которые могут оставаться без потока. Микробиологическое загрязнение может привести к серьезной закупорке слоя смолы и даже к механическому повреждению из-за чрезмерного перепада давления на загрязненной смоле. Если микробиологическое загрязнение в резервных блоках представляет собой проблему, следует использовать постоянный поток рециркуляционной воды, чтобы свести к минимуму проблему.Тяжелые условия могут потребовать применения подходящих стерилизующих агентов и поверхностно-активных веществ.
Кремнеземное обрастание . Загрязнение диоксидом кремния может происходить в сильноосновных анионных смолах, если температура регенерации слишком низкая, или в слабоосновных смолах, если выходящий каустик из установки SBA, используемый для регенерации слабоосновного элемента, содержит слишком много кремнезема. При низких уровнях pH в слабоосновной смоле может происходить полимеризация кремнезема. Это также может быть проблемой в исчерпавшей себя сильноосновной анионообменной смоле.Загрязнение кремнеземом удаляется длительным вымачиванием в теплой (120 ° F) каустической соды.
Причины необратимого разложения смолы
Окисление . Окислители, такие как хлор, разрушают как катионные, так и анионные смолы. Окислители разрушают поперечные связи дивинилбензола в катионной смоле, снижая общую прочность шарика смолы. По мере продолжения атаки катионит начинает терять свою сферическую форму и жесткость, что приводит к его уплотнению во время эксплуатации.Это уплотнение увеличивает перепад давления на слое смолы и приводит к образованию каналов, что снижает эффективную производительность установки.
В случае хлорирования сырой воды анионит не подвергается прямому воздействию, поскольку хлор поглощается катионитом. Однако последующие сильноосновные анионные смолы загрязняются некоторыми продуктами разложения из окисленных катионитов.
Если в сырой воде присутствует хлор, его следует удалить перед ионным обменом с помощью фильтрации с активированным углем или сульфита натрия.Приблизительно 1,8 промилле сульфита натрия требуется для потребления 1 промилле хлора.
Насыщенная кислородом вода, такая как вода, обнаруженная после декарбонизации с принудительной тягой, ускоряет разрушение мест сильного обмена оснований, которое происходит естественным образом с течением времени. Это также ускоряет деградацию из-за органического загрязнения.
Термическое разложение . Термическая деградация происходит, если анионит перегревается во время цикла обслуживания или регенерации. Это особенно верно для акриловых смол, которые имеют температурные ограничения до 100°F, и сильноосновных анионных смол Типа II, которые имеют температурный предел 105°F в форме гидроксида.
Органические загрязнения
Органическое загрязнение является наиболее распространенной и дорогостоящей формой загрязнения и деградации смолы. Обычно в колодезной воде обнаруживаются только низкие уровни органических материалов. Однако поверхностные воды могут содержать сотни частей на миллион природных и искусственных органических веществ. Природные органические вещества получают из разлагающейся растительности. Они ароматические и кислые по своей природе и могут образовывать комплексы с тяжелыми металлами, такими как железо. Эти загрязняющие вещества включают дубильные вещества, дубильные кислоты, гуминовые кислоты и фульвокислоты.
Изначально органические вещества блокируют участки сильного основания на смоле. Эта блокировка приводит к длительному заключительному полосканию и снижает способность к расщеплению соли. По мере того, как загрязнитель продолжает оставаться на смоле, он начинает разрушать участки сильного основания, снижая способность смолы расщеплять соли. Функциональность сайта меняется с сильной базы на слабую базу и, наконец, на неактивный сайт. Таким образом, смола на ранних стадиях разложения обладает высокой общей емкостью, но пониженной способностью к расщеплению солей.На этом этапе очистка смолы еще может вернуть часть, но не всю утраченную работоспособность. Потеря способности расщеплять соли снижает способность смолы удалять диоксид кремния и угольную кислоту.
Об органическом загрязнении анионита свидетельствует цвет стока из анионита при регенерации, который варьируется от цвета чая до темно-коричневого. Во время работы очищенная вода имеет более высокую электропроводность и более низкий рН.
Профилактика . Следующие методы используются по отдельности или в комбинации для уменьшения органического загрязнения:
- Предварительное хлорирование и осветление.Вода предварительно хлорируется в источнике, а затем очищается с помощью добавки для удаления органических веществ.
- Фильтрация через активированный уголь. Следует отметить, что угольный фильтр имеет ограниченную способность по удалению органических материалов и что эффективность удаления угля следует часто контролировать.
- Макропористая смола на слабой основе опережает смолу на сильной основе. Слабое основание или макропористая смола поглощают органический материал и вымываются во время регенерации.
- Специальные смолы.Были разработаны акриловые и другие специальные смолы, которые менее подвержены органическому загрязнению.
Осмотр и очистка . В дополнение к этим профилактическим процедурам программа регулярного осмотра и очистки ионообменной системы помогает сохранить срок службы анионита. В большинстве процедур очистки используется одно из следующих средств:
- Теплый (120°F) рассол и щелочь. Для улучшения очистки можно добавить мягкие окислители или солюбилизирующие агенты.
- Кислота соляная.Когда смолы также загрязнены значительным количеством железа, используются соляные кислоты.
- Растворы 0,25-0,5% гипохлорита натрия. Эта процедура разрушает органический материал, но также значительно ухудшает качество смолы. Чистка гипохлоритом считается крайней мерой.
Важно очистить смолу, загрязненную органическими веществами, до того, как произойдет чрезмерная необратимая деградация участков сильного основания. Очистка после необратимой деградации удаляет значительное количество органического материала, но не улучшает производительность установки.Необходимо внимательно следить за состоянием смолы, чтобы определить оптимальный график очистки.
ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ СМОЛЫ
Чтобы отслеживать состояние ионообменной смолы и определять наилучшее время для ее очистки, необходимо периодически брать пробы смолы и анализировать ее на физическую стабильность, уровень загрязнения и способность выполнять требуемый ионный обмен.
Образцы должны быть репрезентативными для всего слоя смолы. Таким образом, образцы должны быть собраны на разных уровнях внутри слоя, или для получения «кернового» образца следует использовать зерновой вор или полую трубу.Во время отбора проб следует осмотреть впускной патрубок и распределитель регенерата, а также отметить состояние верхней части слоя смолы. Чрезмерные холмы или впадины в слое смолы указывают на проблемы с распределением потока.
Образец смолы следует исследовать под микроскопом на наличие признаков загрязнения, растрескивания или поломки шариков. Его также следует проверить на физические свойства, такие как плотность и содержание влаги (Рисунок 8-19). Следует определить уровень органических и неорганических загрязнений в смоле и сравнить с известными стандартами и предыдущим состоянием смолы.Наконец, следует измерить расщепление соли и общую емкость образцов анионита, чтобы оценить скорость разложения или органического загрязнения.
Рисунок 8-1. Микроскопический вид шариков ячеистой смолы (20-50 меш) сильнокислотного катионообменника сульфированного стирола-дивинилбензола. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)
ИксРисунок 8-2. Микроскопический вид макропористой сильноосновной анионита. (С разрешения Dow Chemical Company.)
ИксРис. 8-3.Химическая структурная формула сульфокислотного катионита (Амберлит IR-120), (XL): поперечная связь; (ПК): полимерная цепь; (ES): сайт обмена; (EI): обменный ион.
ИксРис. 8-4. Схема гидратированного сильнокислотного катионита. (Предоставлено компанией Rohm and Haas.)
ИксРис. 8-5. Типичный профиль сточных вод умягчителя на основе цеолита натрия.
ИксРис. 8-6. Смягчитель на основе цеолита натрия. (Любезно предоставлено Graver Water Division, Ecodyne Corporation.)
ИксРис. 8-7. Комбинированная система умягчения горячей известью/горячим цеолитом. (Предоставлено Отделом водоподготовки Envirex, Inc.)
ИксРис. 8-8. Типичный профиль сточных вод для сильнокислотного катионита.
ИксРис. 8-9. Профиль проводимости/кремнезема для сильноосновного анионообменника.
ИксРис. 8-10. Разделительный умягчитель потока на основе цеолита натрия/цеолита водорода.
ИксРис. 8-11.Катионный профиль противотока, показывающий метод блокировки двойного потока кислоты.
ИксРис. 8-12. Важные шаги в последовательности регенерации теплообменника смешанного действия.
ИксРис. 8-13. Системы деминерализации.
ИксРис. 8-14. Средство для полировки конденсата в виде порошка смолы. (Предоставлено Graver Water Div., Ecodyne Corporation).
ИксРис. 8-15. Причинно-следственная диаграмма для коротких циклов в системе деминерализации с двумя слоями.
ИксРис. 8-16. Диаграмма причин и следствий плохого качества сточных вод в системе деминерализации с двумя слоями.
ИксРис. 8-17. Загрязненная железом смола.
ИксРис. 8-18. Анионит загрязнен органическим материалом.
ИксРис. 8-19. Периодический отбор проб и оценка смолы необходимы для поддержания производительности и эффективности на оптимальном уровне.
Икс
| USP20084-USP20086 | Портативная пенообразующая установка на 10 галлонов (уплотнения из сантропена, калреза или витона, включая 20-футовый шланг и выпускной патрубок) | Каждый | BSI5003, BSI5004 |
| USP20087-USP20089 | Портативная пенообразующая установка на 20 галлонов (уплотнения из сантропена, калреза или витона, включая 30-футовый шланг и разгрузочную трубку) | Каждый | BSI5003, BSI5004 |
| SS20003 | Вспениватель Pump-Up, дополнительный контейнер на 3 галлона (пустой) | Каждый | BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| USP20109 | Вспениватель Pump-Up, 5-литровый дополнительный контейнер (пустой) | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| USP20068 | Пенообразователь, 2-литровый дополнительный контейнер (пустой) | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20006 | Компактный пенообразователь, вторичный контейнер на 22 унции (пустой) | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20001 | Пенообразователь BSI с манометрами | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20003 | BSI Одноходовая смесительная станция с нажимным рычагом | Каждая | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20008 | BSI Безвоздушная пена/ополаскиватель/дезинфицирующее средство/аппликатор | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20009 | Безвоздушный пенообразователь BSI | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20016 | Настенный пенопласт BSI | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20018 | Настенный блок пены/дезинфицирующего средства BSI | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| MD20010- MD20015 | Блок переноса химикатов | Каждый | BSI5001, BSI5002, BSI5003, BSI5004 |
| USP20056 | Бирка вторичного контейнера, BSI-500 (зеленая) | Каждая | USP20084-USP20089, SS20003, USP20108, USP20109, USP20040, MD |
| USP20105-P | Бочковой насос – пластик | Каждый | BSI5003 |
| USP20106-S | Бочковой насос – нержавеющая сталь | Каждый | BSI5003 |
14.3: Основания: свойства и примеры
Цели обучения
- Изучение свойств оснований.
Возможно, вы съели слишком много пиццы и через несколько часов почувствовали себя очень некомфортно. Это чувство возникает из-за того, что вырабатывается избыток желудочной кислоты. С дискомфортом можно справиться, приняв антацид. Основание в антациде вступает в реакцию с \(\ce{HCl}\) в желудке и нейтрализует его, избавляя от неприятного ощущения.
Основания
Основания обладают свойствами, которые в основном контрастируют со свойствами кислот.
- Водные растворы оснований также являются электролитами. Основания могут быть как сильными, так и слабыми, как и кислоты.
- Основания часто имеют горький вкус и встречаются в пищевых продуктах реже, чем кислоты. Многие основы, такие как мыло, скользкие на ощупь. Базы
- также меняют цвет индикаторов. Лакмус в присутствии основания становится синим, а фенолфталеин — розовым.
- Основания не реагируют с металлами так, как кислоты.
- Основания реагируют с кислотами с образованием соли и воды.
Внимание!
Пробовать химикаты и прикасаться к ним НЕ рекомендуется в лаборатории, и этого следует избегать, другими словами, не делайте этого дома.
Основания менее распространены в качестве пищевых продуктов, но, тем не менее, они присутствуют во многих продуктах для дома. Многие чистящие средства содержат аммиак, основание. Гидроксид натрия содержится в очистителе канализации. Антациды , которые борются с избытком желудочной кислоты, состоят из таких оснований, как гидроксид магния или гидрокарбонат натрия.Различные общие основания и соответствующие варианты использования приведены в таблице \(\PageIndex{2}\).
Некоторые общие основания | Использование |
|---|---|
| гидроксид натрия, NaOH (щелок или едкий натр) | Используется в производстве мыла и моющих средств, а также в качестве основного ингредиента в чистящих средствах для духовок и канализации. |
| гидроксид калия, KOH (щелок или едкий кали) | Используется в производстве жидкого мыла и мягкого мыла. Используется в щелочных батареях. |
| магния гидроксид, Mg(OH) 2 (магнезиальное молоко) | Используется в качестве ингредиента в слабительных, антацидах и дезодорантах. Также используется при нейтрализации кислых сточных вод. |
| гидроксид кальция, Ca(OH) 2 (гашеная известь) | Используется в производстве цемента и известковой воды.Также добавляют для нейтрализации кислой почвы. |
| гидроксид алюминия | Используется для очистки воды и в качестве компонента антацидов. |
| аммиак, NH 3 | Используется в качестве строительного блока для синтеза многих фармацевтических продуктов и во многих коммерческих чистящих средствах. Используется в производстве удобрений. |
Гидроксид натрия
Гидроксид натрия, также известный как щелочь и каустическая сода, представляет собой неорганическое соединение с формулой \(\ce{NaOH}\).{-} (водн.)}\]
Полученный раствор обычно не имеет цвета и запаха и кажется скользким при контакте с кожей.
Гидроксид калия
Гидроксид калия представляет собой неорганическое соединение с формулой \(\ce{KOH}\), обычно называемое едким калием. Наряду с гидроксидом натрия (NaOH) это бесцветное твердое вещество является прототипом сильного основания. Он имеет множество промышленных и нишевых применений, в большинстве из которых используется его коррозионная природа и реакционная способность по отношению к кислотам.{-} (водн.)}\]
Концентрированные водные растворы иногда называют калиевыми щелочами .
Гидроксид магния
Гидроксид магния представляет собой неорганическое соединение с химической формулой \(\ce{Mg(OH)2}\). Гидроксид магния является распространенным компонентом антацидов, таких как магнезиальное молоко, а также слабительных средств.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Флакон с таблетками антацида. (CC BY 2.,5; Midnightcomm).Белое твердое вещество с низкой растворимостью в воде. Объединение раствора многих солей магния с щелочной водой вызывает осаждение твердого вещества \(\ce{Mg(OH)2}\).{−}(водн.) }\]
Гидроксид кальция
Гидроксид кальция (традиционно называемый гашеной известью) представляет собой неорганическое соединение с химической формулой \(\ce{Ca(OH)2}\). Это бесцветный кристалл или белый порошок. У него много названий, включая гашеную известь, едкую известь, строительную известь, гашеную известь, кальций или травильную известь. Гидроксид кальция используется во многих областях, включая приготовление пищи. Известковая вода — это общее название насыщенного раствора гидроксида кальция.
Гидроксид кальция относительно нерастворим в воде, но достаточно велик, чтобы его растворы были основными в соответствии со следующей реакцией:
\[\ce{Ca(OH)2 (s) <=> Ca^{2+}(водн.{-} (водн.)}\]
Аммиак также является строительным материалом для синтеза многих фармацевтических продуктов и используется во многих коммерческих чистящих средствах.
Резюме
- Дано краткое изложение свойств оснований.
- Свойства оснований в основном отличаются от свойств кислот.
- Основания имеют множество различных применений.
Взносы и ссылки
Эта страница была создана на основе контента следующих авторов и отредактирована (тематически или подробно) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, презентацией и качеством платформы:
.