3 лекция ОХТ (1)

Судың табиғатта таралуы.
Өнеркәсіпте суды пайдалану.
Су сапасының көрсеткіштері.
Табиғи сулардың қасиеттері.
Техникалық су және оның сапасына қойылатын талаптар.
Өнеркәсіптік су дайындау
Ағынды сулар және оларды тазарту.
Ағынды суларды сумен жабдықтаудың айналмалы және тұйық жүйелерінде пайдалану.
Жоспар:

Судың табиғатта таралуы

Өнеркәсіпте суды пайдалану
Су – сутек жəне оттек алудың көзі, қышқыл, сілті алуда, сонымен бірге көптеген химиялық үдерістерде реагент болып табылады.
Суды қатты, сұйық, газтəрізді ерітінділерін дайындау үшін қосымша материал, ал газдарды тазалауда абсорбент ретінде пайдаланады.
Су табиғатта таза күйінде болмайды, онда əртүрлі тұздар еріген түрде болады.
Кейбір химия зауыттарында тəулігіне 1 млн.м3-ке дейін су қолданылады.
Су гидравикалық, жылулық жəне атомдық электростанцияларда қысым туғызу үшін пайдаланады. Судың химия өнеркəсібінде көп қолданылатындығын келесі мысалдан көруге болады.
Су тек қана жұмсалмайды, кейбір химиялық үдерістердің тас көмірді, ағашты құрғақ айдағанда, көмірсутектерді жаққанда, аммиакты тотықтырғанда жəне т.б. нəтижесінде көп мөлшерде бөлінеді.

Химиялық өндірістерде су :
универсалды еріткіш
жылу тасымалдаушы
шикізат
Мұхит суындағы элементтердің құрамы мынандай, (%): калий (К) – 3,8*10-2, ванадий (V) – 2,0*10-8, алтын (Au) - 4,0*10-10, күміс (Ag) – 5,0*10-9, уран (U) – 2,8*10-7.
Табиғи сулар:
атмосфералық
жер бетіндегі
жер астындағы
Атмосфералық сулар – жаңбыр және қар сулары құрамындағы қоспалар: оттек, көміртек диоксиді (СО2), күкірт оксидтері, күкіртті сутек, кейбір органикалық заттар және шаң-тозаң. Еріген минерал тұздар болмайды.
Жер бетіндегі сулар - өзен, көлдер, теңіз, мұхит сулары. Су құрамында тұз, газ, негіз, кышқыл және т.б қоспалар бар. Теңіз суында еріген тұз мөлшері 10г/кг, кейде одан да көп болады.
Жер асты сулары - минералды тұздардың біраз, органикалық заттардың аздаған мөлшері бар артезианды бұрғылау, құдық, бұлақ сулары.

Судың сапасы – физикалық, химиялық және бактериологиялық анализдермен анықталынады.
Су сапасының маңызды көрсеткіштеріне жататын физикалық және химиялық сипаттамалары:
мөлдірлігі
түсі
иісі
температурасы
жалпы тұз мөлшері
су кермектілігі
тотығу шамасы
құрғақ қалдық
жалпы сілтілігі
жүзгін заттардың мөлшері
су реакциясы (сутек көрсеткіші рН)

Судың кермектілігі – судың кальций, магний және темір (II) катиондарының болуына байланысты қасиеттерінің жиынтығы. Су кермектілігі уақытша, тұрақты және жалпы болып үшке бөлінеді.
Ca(HCO3)2 = CaCO3 +H2O + CO2
2Mg(HCO3)2= MgCO3*Mg(OH)2 + 3CO2 + H2O
Тұрақты (карбонаттық емес) су құрамында кальций, магнийден басқа тұздар (хлоридтер, сульфаттар, нитраттар) болуынан туады.Тұрақты кермектілік кезінде су қайнағанда тұздар сол еріген қалпында су құрамында қалады.
Уақытша және тұрақты кермектіліктің қосындысы – жалпы кермектілік (Жк ) деп аталады. Жалпы кермектілік бойынша табиғи сулар жұмсақ (Жк<2) орташа (Жк═2-10), қатты (Жк>10) деп бөлінеді.
Кермектілігі бойынша судың жіктелуі

Суды тазарту жолдары:
Тұндыру;
Коагуляция;
Деаэрация (СО2, О2);
Тұндыру – су құрамындағы механикалық қоспалардан суды тазарту үшін үлкен бетондаған ыдысқа тұндырады, қалған заттардан ажырату мақсатымен құм сүзгіштен өткізеді. Осыдан кейін коллиодты қоспалардан тазарту үшін ыдысқа коагулянттар қосады.
Al2(SO4)3 + 6H2O
3H2SO4 + 2Al(OH)3
Алюминийдің сульфаты судың құрамындағы кальций мен магнийдің бикарбонатымен әрекеттесіп алюминийдің гидроксидін түзеді:
Al2(SO4)3 +3Mg Ca(HCO)2 = 3Mg,CaSO4 +6CO2 Al(OH)3
залалсыздандыру
жұмсарту
тұзсыздандыру

Суды залалсыздандыру – суды микроорганизмдерден және бактериялардан тазарту әдісі: хлорлау, озондау немесе қайнату.
Ca(ClO)2 + CO2 +H2O= CaCO3↓ + 2HClO
HCIO HCl +O
Суды жұмсарту – су құрамындағы ерітінді түріндегі Са және Mg тұздарынан жарым-жартылай немесе толық тазарту.
Суларды жұмсарту әдістері:
Физикалық
Химиялық
Физикалық-химиялық
Физикалық әдіс – суды термиялық өңдеуге негізделген, яғни қайнату, дистилляциялау және қатыру.
Суды қайнатқанда бикарбонаттар ыдырап карбонатқа ауысып тұнбаға түседі.
Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2

Химиялық әдістер – суды химиялық қосындыларымен өңдеуге негізделген. Өндірісте негізінен әк-сода және фосфат әдістері қолданылады.
Әк-сода әдісі
Уақытша кермектілік
Са(HCO3)2 +Ca(OH)2 = 2H2O +2CaCO3 ↓
Mg(HCO3)2 +2Ca(OH)2 = Mg(OH)2 +2H2O +2CaCO3↓
Тұрақты кермектілік
CaCl2 +Na2CO3 = 2NаCl + CaCO3↓
MgSO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + MgCO3↓
Әк– сода әдісі көп қолданылады және ең арзан әдіс, бірақ суды жұмсарту дәрежесі төмен (0.3 мг-экв.л-1).
Фосфат әдісі – суды натрий фосфатымен өңдеуге негізделген
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 = 6NaHCO3 + Ca3(PO4)2↓
3CaCl2 + 2Na3PO4 = 6NaCl + Ca3(PO4)2↓
Физикалық–химиялық әдісіне ион-алмасу жолы жатады.
Ион алмасу жолы – иониттардың судағы еріп жүрген тұздардың ионымен ион ауыстыру қабілеттілігіне негізделген. Иониттар суда және басқа еріткіштерде ерімейтін, ион алмастыруға қабілеті бар қатты заттар. Иониттар – катиониттер және аниониттер болып екіге бөлінеді.

Катиониттер - құрамында қозғалмалы натрий немесе сутек катиондары болғандықтан олар натрий катиониты немесе сутек катиониты деп аталынады. Na - катиониттер ретінде алюмосиликаттар қолданылады: глаугонит, цеолит, пермутит және т.б.
Аниониттер - құрамында қозғалмалы гидроксил тобы болғандықтан ОН-аниониті деп аталады. Аниониттар ретінде синтетикалық үлкен молекулалық қосылыстар қолданылады.
Мынадай құрамды Na2O*Al2O3*2SiO2*nH2O алюмосиликатты алып катион алмасу реакциясын жазайық:
Na2O{kat} + CaCl2 CaO*{kat}+ 2NaCl
Na2O{kat} + MgSO4 MgO*{kat} + Na2SO4
мұндағы, {kat} алмасуға қатыспайтын молекула бөлшегі, яғни Al2O3*SiO2*nH2O.
Н – катионитын қолданғанда ионалмасу процесі мынадай сызба-нұсқамен өрнектеледі:
H2{kat}+CaSO4 Ca{kat} +H2SO4
H2{kat} +Ca(HCO3)2 Ca{kat} +2H2O +2CO2
H2{kat} + MgCl2 Mg{kat}+2HCl
Анион алмасу мынадай сызба-нұсқамен өрнектеледі:
2{An}OH + H2SO4 {An}2SO4 + 2H2O
{An}OH+ HCl {An}Cl+H2O
Анионитты регенерациялау үшін оны сілті ерітіндісімен жуады:
{An}2SO4+2NaOH Na2SO4 +2{An}OH

Суды газсыздандыру – суды еріген газдан тазарту. Суды газсыздандыруға химиялық және физикалық әдістер қолданылады.
Химиялық әдіс - еріген газдардың химиялық реагенттермен реакцияласуына негізделген.
Физикалық әдіс - суды аэрациялауға (ауамен жанастыру) немесе вакуумда қыздыруға негізделген.
Суды тұзсыздандыру – суды қыздырып әуелі буға айналдырып суытып қайта сұйылтады.
Су қағы кермекті суды қайнатқанда ыдыс қабырғаларына тұрып қалатын тұздар.
Су қағының түрлері: Карбонат су қағы – негізінен 50 % -тен аса CaCO3, MgCO3 құралған аморфты тұздар; гипс су қағы негізінен 50% -тен аса СаSO4 қатты масса; силикат су қағы – құрамында 20-25% SiO2 болатын аморфты масса; алюмосиликат су қағы – негізінен SiO2 және Al2O3 оксидтерден құралған; аралас су қағы – құрамында Ca және Mg карбонаты, кальций сульфаты және силикаттары бар күрделі қоспалардан құралған қатты масса.
Су қағының түзілу себептері: аса қаныққан ерітінділерден ерігіштігі аз тұздарының суды қыздырғанда тұнбаға тұнуы; ерігіштік температура коэффиценті оң тұздар: Са, Mg хлоридтері және нитраттары ерітіндісін салқындатқанда тұнбаға тұнады; ерігіштік температура коэффиценті теріс тұздар қыздырғанда тұнбаға тұнады.

ТЕХНИКАЛЫҚ СУ
Қазіргі заманғы өнеркәсіпте фармацевтикалық препараттарды және басқа да көптеген өнімдерді өндіруде техникалық су қолданылады. Бұл әртүрлі көздерден алынған су болғандықтан, қолданар алдында мұқият кондицияланады. Суды өндіру өзендерде, бұлақтарда және көптеген басқа су қоймаларында жүзеге асырылады.
Қазіргі әлемде техникалық су негізінде өнім өндіретін кәсіпорындардың өзіндік сумен жабдықтау ресурстары бар. Олар белгілі бір ұйымның барлық талаптарына сәйкес келетін су алуға мүмкіндік береді.

ТЕХНИКАЛЫҚ СУДЫҢ ҚҰРАМЫ
Техникалық судың құрамы тұздар мен минералдардың белгілі бір түрлерінің жиынтығынан тұрады. Олар белгілі бір мөлшерде әртүрлі өндіріс көздерінен алынған суда болады.
Өндіріс көздерінен алынған су құрамында келесілер кездеседі:
Темір;
Нитриттер мен нитраттар;
Сульфаттар мен хлоридтер;
Фторидтер;
Аммиак;
Көмір қышқылы;
Күкіртсутек;
Ерітілген түрдегі оттегі.

Техникалық суды пайдалану көптеген заманауи өнеркәсіптік кәсіпорындарға тән. Ол тазартылған ауыз суды қажет етпеген жағдайларда пайдаланылады. Қазіргі уақытта техникалық су медициналық препараттар өндірісінде кеңінен қолданылады.

Түсінің қатты байқалмауы;
Иісінің жоқ болуы;
Температурасы процеске байланысты анықталады (ыстық,суық)
жалпы тұз мөлшері аз болуы
су кермектілігі процеске қарай таңдалады
тотығу шамасының өте жоғары
құрғақ қалдық үлесінің өте төмен болуы;
жүзгін заттардың болмауы
су реакциясы (сутек көрсеткіші рН) орташа 5,5 болуы керек.
ТЕХНИКАЛЫҚ СУҒА ҚОЙЫЛАТЫН ТАЛАПТАР

Фармацевтикалық өнеркәсіпте және онымен байланысты салаларда қолданылатын су келесі түрлерге бөлінеді: - ауыз су (ішуге жарамды),
- тазартылған стерильді су,
- инъекцияға арналған су,
Ауыз судан басқа жоғарыда аталған су түрлерін алудың барлық жүйелері үшін валидация процесі қажет.
Фармацевтикалық мақсатта пайдаланылатын ауыз су көп жағдайда дистилляция, ион алмасу, кері осмос немесе тағы басқа процестер арқылы тазартылады.
Фармацевтикалық өндірістегі су

АҒЫНДЫ СУЛАРДЫ ТАЗАЛАУ