Определение жесткости воды комплексонометрическим методом

 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Определение жесткости воды комплексонометрическим методом 

 

      Содержание 

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Вода в промышленности

1.. Показатели качества воды. Водоподготовка

1.3 Жесткость  воды

1.4 Методы  определения жесткости

1.4.1 Обзор  возможных методов

1.4.2 Обоснование  комплексонометрического метода

1.5 Теоретические  основы комплексонометрического  метода

1.6 Методика  определения жесткости воды комплексонометрическим  методом 

1.6.1 Сущность  метода 

1.6.2 Отбор  проб

1.6.3 Реактивы  и оборудование

1.6.4 Выполнение  определения

1.6.5 Обработка  результатов

1.7 Экспериментальные  данные

2. Экономическая  часть

3. Охрана  труда и техника безопасности

Заключение

Литература 

 

      ВВЕДЕНИЕ 

     В природных водах находится очень  большое количество различных химических соединений. В процессе естественного кругооборота природные воды, находясь в контакте с воздухом и породами земной коры, обогащаются содержащимися в них веществами. Кроме того, в такие воды попадают продукты жизнедеятельности животных и растений. В ряде водоисточников вода дополнительно загрязняется отходами производственной деятельности людей. Непосредственное использование природных вод для промышленных и бытовых нужд является в большинстве случаев неприемлемым. Предъявляемые в промышленности требования к качеству потребляемой воды определяются специфическими условиями тех или иных технологических процессов. Так, например, многие производства (текстильное, кожевенное) не могут использовать жесткую воду, т.е. содержащую соли кальция и магния. Название жесткость воды возникло вследствии того, что промывание тканей в воде с высокой концентрацией ионов Ca и Mg делает волокна ломкими, неэластичными, словно жесткими. Это обусловлено образованием на волокнах кальциевых и магниевых солей жирных кислот, входящих в состав мыла, а также углекислых солей.

     Особенно  высокие требования к потребляемой воде предъявляет теплоэнергетическое  производство.

     Присутствие в воде значительного количества солей жесткости, делает воду непригодной  для многих технических целей. При  продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи. Такая корка может служить причиной образования вздутий и трещин, как в кипятильных трубах, так и на стенках самого котла.

     Поэтому химический контроль ионов Са2+ и Mg2+ очень важен для ведения водно-химического режима работы теплоэнергетического оборудования. 

 

      1. Технологическая часть 

     1.1 Вода в промышленности 

     Вода  обладает универсальными свойствами, благодаря чему применяется в  качестве сырья, химического реагента, растворителя, тепло - и хладоносителя, в некоторых случаях как катализатор. Например, из воды получают водород, применяемый в производстве спиртов, анилина, моющих средств и т.п. Вода служит реагентом для получения кислот, щелочей и оснований, различных органических продуктов – спиртов, уксусного альдегида, фенола, в реакциях гидратации и гидролиза. Воду применяют в качестве растворителя твердых, жидких и газообразных веществ. Как теплоноситель и хладоагент вода используется для проведения экзо - и эндотермических процессов. Горячая вода и водяной пар имеют значительные преимущества перед другими теплоносителями: высокую теплоемкость и термическую стойкость, простоту регулирования температуры в зависимости от давления и пр.

     В целях экономии воды применяют так называемую оборотную воду, т.е. многократно использованную и возвращенную в производственный цикл. Для экономии воды как тепло- и хладоносителя ее заменяют воздухом.

     Природные воды подразделяют на атмосферные, поверхностные  и подземные.

     Атмосферная вода – дождевые и снеговые осадки – характеризуется небольшим содержанием примесей в виде растворенных газов. В этой воде почти полностью отсутствуют растворенные соли.

     Поверхностные воды – реки, озера и моря – отличаются разнообразным составом примесей, содержат газы, соли, основания, кислоты. Наибольшее содержание минеральных примесей в морской воде (солесодержание более 10 г/кг).

     Подземные воды – колодезные, ключевые, артезианские – характеризуются различным составом растворенных солей, который зависит от состава и (коагуляции) отдельных частиц и образованию осадка.

     Умягчение и обессоливание воды – это основные процессы водоподготовки, которые состоят в удалении солей кальция, магния и других металлов. Различают физические, физико-химические и химические способы умягчения воды.

     Физические  способы – термический (кипячение), дистилляция и вымораживание. Термическим  способом удаляют соли временной  жесткости. Дистиллированную воду, не содержащую солей, получают перегонкой на специальных дистилляционных установках. Она необходима для приготовления химически чистых реактивов, лекарственных препаратов, в лабораторной практике и т.п. Вымораживание основано на различии температур кристаллизации воды и примеси.

     Физико-химические способы – электрохимические, основанные на применении электродиализа, электроосмоса, электрокоагуляции, и ионитовые (ионообменные), получившие широкое распространение.

     Ионообменные  способы основаны на удалении из воды ионов кальция и магния при  помощи ионитов (труднорастворимых  твердых веществ), способных обменивать свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Различают процессы катионного и анионного обмена, соответственно иониты называют катионитами и анионитами.

     В основе катионного процесса умягчения  лежат реакции обмена ионов натрия и водорода катионитов на ионы Са²⁺ и Mg²⁺. Обмен ионов натрия называется Nа-катионированием, а ионов водорода – Н-катионированием: 

     2Na⁺ + Са(НСО₃)₂ ^→_← Са²⁺ + 2NаНСО₃ 

     2Nа⁺ + MgSO₄ ^→_← Mg²⁺ + Nа₂SО₄ 

     2Н⁺ + MgCl₂ ^→_← Mg²⁺ + 2HCl 

     H⁺ + NaCl ^→_← Na⁺ + HCl  

     Приведенные реакции показывают, что ионообменным способом достигается полное обессоливание воды (умягчение и обессоливание).

     Реакции ионообмена обратимы, и для восстановления обменной способности ионитов проводят процесс регенерации. При помощи растворов поваренной соли осуществляют регенерацию Nа – катионитов, при помощи минеральных кислот – Н-катионитов.  

     Са²⁺ + 2NaCl ^→_← 2Na⁺+ СаCl₂ 

     Na⁺ + HCl ^→_← H⁺ + NaCl 

     Примером  анионного обмена может служить  реакция обмена анионов ОН^— по уравнению: 

     ОН¯ + HCl ^→_← Cl¯ + Н₂О 

     Регенерацию анионита проводят при помощи растворов  щелочей: 

     Cl¯ + NaОН ^→_← ОН¯ + NaCl 

     Из  электрохимических способов значительный интерес представляет электрокоагуляция. Сущность ее состоит в получении  электрохимическим путем гидроксида алюминия, обладающего высокой сорбционной способностью по отношению к вредным примесям. Процесс осуществляют в электролизерах. К достоинствам способа электрокоагуляции относят: высокую сорбционную способность электрохимического Аl(ОН)₃, возможность механизации и автоматизации процесса, малые габариты очистных сооружений.

     Химический  способ умягчения воды заключается  в обработке ее растворами некоторых  химических соединений с целью связывания ионов Са²⁺, Mg²⁺ и других в нерастворимые и легко удаляемые соединения.

     Дегазация – это удаление из воды растворенных газов СО₂, О₂. Газы, содержащиеся в воде, представляют опасность из-за образования воздушных пробок, которые могут привести к нарушению технологического процесса. Растворенные газы могут вызывать коррозию аппаратов и трубопроводов. Дегазацию проводят химическим и физическим способами. Например, для удаления СО₂ воду пропускают через фильтр, заполненный гашеной известью, или добавляют к воде известковое молоко: СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О. Для удаления О₂ применяют фильтр, заполненный железными опилками, стружками.

     Физические  способы дегазации сводят к частичному удалению газов из воды при ее нагревании паром или нагревании воды в вакууме.

     Обеззараживание воды, используемых для бытовых нужд, производят с целью уничтожения болезнетворных бактерий и окисления органических примесей.

     Обеззараживание осуществляют хлорированием (газообразным хлором), а также хлорной известью и гипохлоритом кальция. 

     1.3 Жесткость воды 

     Ввиду широкой распространенности кальция, соли его почти всегда содержатся в природной воде. Из природных солей кальция только гипс несколько растворим в воде, однако, если вода содержит диоксид углерода, то карбонат кальция тоже может переходить в раствор в виде гидрокарбоната Са(НСО₃)₂.

     Природная вода, содержащая в растворе большое количество солей кальция и магния, называется жесткой водой в противоположность мягкой воде, содержащей мало солей кальция и магния или совсем не содержащей их.

     Суммарное содержание этих солей в воде называется ее общей жесткостью. Она подразделяется на карбонатную и некарбонатную жесткость. Первая из них обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния, вторая – присутствием солей сильных кислот – сульфатов или хлоридов кальция и магния. При длительном кипячении воды, обладающей карбонатной жесткостью, в ней появляется осадок, состоящий главным образом из СаСО₃, и одновременно выделяется СО₂. Оба эти вещества появляются вследствие разложения гидрокарбоната кальция: 

     Са(НСО₃)₂ = СаСО₃↓ + СО₂↑ + Н₂О 

     Поэтому карбонатную жесткость называют также временной жесткостью. Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов, удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость, остающаяся после такого кипячения, называется постоянной жесткостью.

     Жесткость природных вод изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоемах, а в одной и той же реке изменяется в течение года.

     Присутствие в воде значительного количества солей кальция или магния делает воду непригодной для многих технических  целей. Так, при продолжительном питании паровых котлов жесткой воды их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи. Такая корка уже при толщине слоя в 1 мм сильно понижает передачу теплоты стенками котла и, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива.

     Кроме того, она может служить причиной образования вздутий и трещин, как в кипятильных трубах, так  и на стенках самого котла.

     Жесткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических процессов, например при крашении.

     Приведенные выше примеры указывают на необходимость удаления из воды, применяемой для технических целей, солей кальция и магния. Удаление этих солей, называемое водоумягчением, входит в систему водоподготовки – обработки природной воды, используемой для питания паровых котлов и для различных технологических процессов.