循環(huán)軟化水的分析項目

【專家解說】：重水 重水與普通水看起來十分相像，它們的化學性質(zhì)也一樣，不過某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1克／厘米3，而重水的密度為1.056克／厘米3；普通水的沸點為100℃，重水的沸點為101.42℃；普通水的冰點為0℃，重水的冰點為 3.8℃。此外，普通水能夠滋養(yǎng)生命，培育萬物，而重水則不能使種子發(fā)芽。人和動物若是喝了重水，還會引起死亡。不過，重水的特殊價值體現(xiàn)在原子能技術應用中。制造威力巨大的核武器，就需要重水來作為原子核裂變反應中的減速劑 重水和普通水一樣，也是由氫和氧化合而成的液體化合物，不過，重水分子和普通水分子的氫原子有所不同。我們知道，氫有3種同位素。一種是氕，它只含有一個質(zhì)子。它和一個氧原子化合可以生成普通的水分子。另一種是重氫 ———氘。它含有一個質(zhì)子和一個中子。它和一個氧原子化合后可以生成重水分子。還有一種是超重氫———氚。它含有兩個中子和一個質(zhì)子。 重水可以通過多種方法生產(chǎn)。最初的方法是用電解法，因為重水無法電解，這樣可以從普通水中把它分離出來。還有一種簡單方法是利用重水沸點高于普通水通過反復蒸餾得到。后來又發(fā)展了一些其他較佳的方法。 然而只有兩種方法已證明具有商業(yè)意義：水——硫化氫交換法(GS法)和氨——氫交換法。 GS法是基于在一系列塔內(nèi)(通過頂部冷和底部熱的方式操作)水和硫化氫之間氫與氘交換的一種方法。在此過程中，水向塔底流動，而硫化氫氣體從塔底向塔頂循環(huán)。使用一系列多孔塔板促進硫化氫氣體和水之間的混合。在低溫下氘向水中遷移，而在高溫下氘向硫化氫中遷移。氘被濃縮了的硫化氫氣體或水從第一級塔的熱段和冷段的接合處排出，并且在下一級塔中重復這一過程。最后一級的產(chǎn)品(氘濃縮至高達30%的水)送入一個蒸鎦單元以制備反應堆級的重水（即99．75％的氧化氘）。 氨——氫交換法可以在催化劑存在下通過同液態(tài)氨的接觸從合成氣中提取氘。合成氣被送進交換塔，而后送至氨轉(zhuǎn)換器。在交換塔內(nèi)氣體從塔底向塔頂流動，而液氨從塔頂向塔底流動。氘從合成氣的氫中洗滌下來并在液氨中濃集。液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而氣體流入塔頂部的氨轉(zhuǎn)換器。在以后的各級中得到進一步濃縮，最后通過蒸餾生產(chǎn)出反應堆級重水。合成氣進料可由氨廠提供，而這個氨廠也可以結(jié)合氨——氫交換法重水廠一起建造。氨——氫交換法也可以用普通水作為氘的供料源。 利用GS法或氨——氫交換法生產(chǎn)重水的工廠所用的許多關鍵設備項目是與化學工業(yè)和石油工業(yè)的若干生產(chǎn)工序所用設備相同的。對于利用GS法的小廠來說尤其如此。然而，這種設備項目很少有“現(xiàn)貨”供應。GS法和氨——氫交換法要求在高壓下處理大量易燃、有腐蝕性和有毒的流體。因此，在制定使用這些方法的工廠和設備所用的設計和運行標準時，要求認真注意材料的選擇和材料的規(guī)格，以保證在長期服務中有高度的安全性和可靠性。規(guī)模的選擇主要取決于經(jīng)濟性和需要。因而，大多數(shù)設備項目將按照用戶的要求制造。 最后，應該指出，對GS法和氨——氫交換法而言，那些單獨地看并非專門設計或制造用于重水生產(chǎn)的設備項目可以組裝成專門設計或制造用于生產(chǎn)重水的系統(tǒng)。氨——氫交換法所用的催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)和在上述兩方法中將重水最終加濃至反應堆級所用的水蒸餾系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)的實例。 專門設計或制造用于利用GS法或氨——氫交換法生產(chǎn)重水的設備項目包括如下： 6．1． 水——硫化氫交換塔 專門設計或制造用于利用GS法生產(chǎn)重水的、用優(yōu)質(zhì)碳鋼(例如ASTM A516)制造的交換塔。該塔直徑6米(20英尺)至9米(30英尺)，能夠在大于或等于2兆帕(300磅/平方英寸)壓力下和6毫米或更大的腐蝕允量下運行。 6．2． 鼓風機和壓縮機 專門為利用GS法生產(chǎn)重水而設計或制造的用于循環(huán)硫化氫氣體(即含H2S 70%以上的氣體)的單級、低壓頭(即0．2兆帕或30磅/平方英寸)離心式鼓風機或壓縮機。這些鼓風機或壓縮機的氣體通過能力大于或等于56米3/秒(120 000 標準立方英尺/分)，能在大于或等于1．8兆帕(260磅/平方英寸)的吸入壓力下運行，并有對濕H2S介質(zhì)的密封設計。 6．3．氨——氫交換塔 專門設計或制造用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水的氨——氫交換塔。該塔高度大于或等于35米（114．3英尺），直徑1．5米（4．9英尺）至2．5米（8．2英尺），能夠在大于15兆帕(2225磅/平方英寸)壓力下運行。這些塔至少都有一個用法蘭聯(lián)結(jié)的軸向孔，其直徑與交換塔筒體部分直徑相等，通過此孔可裝入或拆除塔內(nèi)構(gòu)件。 6．4． 塔內(nèi)構(gòu)件和多級泵 專門為利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水而設計或制造的塔內(nèi)構(gòu)件和多級泵。塔內(nèi)構(gòu)件包括專門設計的促進氣/液充分接觸的多級接觸裝置。多級泵包括專門設計的用來將一個接觸級內(nèi)的液氨向其他級塔循環(huán)的水下泵。 6．5． 氨裂化器 專門設計或制造的用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水的氨裂化器。該裝置能在大于或等于3兆帕(450磅/平方英寸)的壓力下運行。 6．6． 紅外吸收分析器 能在氘濃度等于或高于90%的情況下“在線”分析氫/氘比的紅外吸收分析器。 6．7． 催化燃燒器 專門設計或制造的用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水時將濃縮氘氣轉(zhuǎn)化成重水的催化燃燒器 硬水 所謂"硬水"是指水中所溶的礦物質(zhì)成分多，尤其是鈣和鎂。硬水并不對健康造成直接危害，但是會給生活帶來好多麻煩，比如用水器具上結(jié)水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等。 水是一種很好的溶劑，能有效去除污物雜質(zhì)。純水--無色、無味、無臭，被稱作是"通用溶劑"。當水和二氧化碳結(jié)合生成微量的碳酸時，水的溶解效果更好。當水流過土地和巖石時，它會溶解少量的礦物質(zhì)成分，鈣和鎂就是其中最常見的兩種成分，也就是它們使水質(zhì)變硬。水中含鈣、鎂等礦物質(zhì)成分越多，水的硬度越大。 在英國一般用以下指數(shù)表示水硬度： 硬度范圍 軟 輕硬度 中硬度 高硬度 超強硬度 所溶礦物質(zhì)（毫克/升水） 0 - 17.1 17.1 - 60 60 - 120 120 – 180 180 & 以上 軟水 軟水 soft water 只含少量可溶性鈣鹽和鎂鹽的天然水，或是經(jīng)過軟化處理的硬水。天然軟水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。經(jīng)軟化處理的硬水指鈣鹽和鎂鹽含量降為 1.0～50 毫克／升后得到的軟化水。雖然煮沸就可以將暫時硬水變?yōu)檐浰诠I(yè)上若采用此法來處理大量用水，則是極不經(jīng)濟的。軟化水的方法有：①石灰 -蘇打法 。先測定水的硬度，然后加入定量的氫氧化鈣和碳酸鈉，硬水中的鈣、鎂離子便沉淀析出： Ca(HCO3)2＋Ca(OH)22CaCO3↓＋2H2O Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2 Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O CaSO4＋Na2CO3CaCO3↓＋Na2SO4②磷酸鹽軟水法。對于鍋爐用水，可以加入亞磷酸鈉（NaPO3)作為軟水劑，它與鈣、鎂離子形成絡合物，在水煮沸時鈣、鎂不會以沉淀形式析出，從而不會形成水垢。此法不適合于飲用水的軟化。③離子交換法。沸石和離子交換劑雖然都不溶于水，但其中的鈉離子和氫離子可與硬水中的鈣、鎂離子發(fā)生交換反應，使鈣、鎂離子被沸石、人造沸石、離子交換劑吸附而被除去。長期使用后失效的沸石和離子交換劑可以通過再生而重復使用，故此法是既經(jīng)濟又先進的軟水法。 自由水 自由水 （free water）不被植物細胞內(nèi)膠體顆?；虼蠓肿铀?、能自由移動、并起溶劑作用的水。水在細胞中以自由水與束縛水兩種狀態(tài)存在，由于存在狀態(tài)不同，其特性也不同。因此，在細胞中所起的作用各異。由于兩者的比例不同，會影響到原生質(zhì)的物理性質(zhì)，進而影響代謝的強度。自由水占總含水量的比例越大，使原生質(zhì)的粘度越小，且呈溶膠狀態(tài)，代謝也愈旺盛。