離子交換培訓(xùn)資料演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共19頁(yè)。離子交換培訓(xùn)資料當(dāng)前2頁(yè)，總共19頁(yè)。樹(shù)脂的離子交換是一種可逆反應(yīng)，反應(yīng)式可表示為：RA+B＝RB+A與任何化學(xué)平衡一樣，上述反應(yīng)遵循質(zhì)量作用定律，它的逆反應(yīng)就是A型樹(shù)脂的再生。平衡常數(shù)表達(dá)式：

KBA=[RB]·[A]/（[RA]·[B]）KBA>1樹(shù)脂對(duì)B的親和力大于對(duì)A的親和力，圖中曲線c；KBA<1樹(shù)脂對(duì)B的親和力小于對(duì)A的親和力圖中曲線a；KBA=1樹(shù)脂對(duì)A的親和力等于對(duì)B的親和力圖中曲線b；稱(chēng)KBA為樹(shù)脂的選擇性系數(shù)，在濃度很稀時(shí)只與溫度有關(guān)，溫度一定時(shí)即為常數(shù)。圖1離子交換等溫曲線一離子交換原理當(dāng)前3頁(yè)，總共19頁(yè)。圖2樹(shù)脂層交換層工作狀況1—失效層；2—工作層；3—保護(hù)層工作層的下一個(gè)區(qū)域是尚未工作的A型樹(shù)脂層，在離子交換進(jìn)行過(guò)程中，這三層實(shí)際上無(wú)時(shí)不在變化，所以不可能找出明顯的分界線，圖中的分界線是為說(shuō)明問(wèn)題而大致劃分的。在交換過(guò)程中，工作層不斷下移，當(dāng)下移到交換柱底部最后一層時(shí)，此時(shí)出水中就有B離子，也就說(shuō)B離子開(kāi)始穿透，交換柱開(kāi)始失效了。所以最后一層離子交換容量未能充分發(fā)揮，只起保證出水質(zhì)量的作用，為保護(hù)層。如果保護(hù)層厚度大，則交換柱的工作交換容量就小；反之，交換柱的工作交換容量就大。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，交換樹(shù)脂分為幾個(gè)區(qū)域，上層全部轉(zhuǎn)為B型樹(shù)脂，是失效層。失效層的下一個(gè)區(qū)域?yàn)楣ぷ鲗樱?jīng)過(guò)工作層時(shí)，離子交換反應(yīng)就在這一層進(jìn)行，在這一層中的樹(shù)脂是A型和B型的混合物，隨著交換的進(jìn)行，工作層樹(shù)脂被B離子飽和，也就是說(shuō)工作層變成了失效層，工作層又下移到下一區(qū)域，可見(jiàn)交換柱中的工作層是自上而下不斷移動(dòng)的。圖2就是以A型樹(shù)脂處理含B離子水時(shí)，樹(shù)脂交換層的工作狀況。當(dāng)前4頁(yè)，總共19頁(yè)。一級(jí)化學(xué)除鹽系統(tǒng)由陽(yáng)離子交換器、除碳器和陰離子交換器所組成，其組合方式分為單元制和母管制。OHHCOHHCHHHCCOHOHOH單元制母管制圖3一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)1—陽(yáng)床水泵；2—強(qiáng)酸性H型陽(yáng)離子交換器；3—除碳器；4—中間水箱；5—中間水泵；6—強(qiáng)堿性O(shè)H型陰離子交換器二一級(jí)除鹽系統(tǒng)當(dāng)前5頁(yè)，總共19頁(yè)。

進(jìn)入一級(jí)除鹽系統(tǒng)的水是經(jīng)預(yù)處理、預(yù)脫鹽的水，水中只含有少量的溶解性雜質(zhì)。溶解性雜質(zhì)包括陽(yáng)離子、陰離子、少量膠體硅等。其中水中的陽(yáng)離子主要由Ca2+、Mg2+、K+、Na+和極少量的Al3+、Fe3+離子組成，陰離子主要由HCO3－、SO42-、Cl－和少量的NO3-、HSiO3-離子組成。當(dāng)水通過(guò)強(qiáng)酸性H型陽(yáng)交換器時(shí)，水中所有的陽(yáng)離子都被強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂吸收，活性基團(tuán)上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：1.陽(yáng)離子交換器當(dāng)前6頁(yè)，總共19頁(yè)。1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINa

HCO3

Na1/2H2CO3

強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換反應(yīng)：陽(yáng)離子交換器的出水是酸性水。但當(dāng)交換器運(yùn)行失效時(shí)，其出水中就會(huì)有其它陽(yáng)離子的泄漏，而在諸多的陽(yáng)離子中，首先漏出的陽(yáng)離子是Na+，故習(xí)慣上稱(chēng)之為漏鈉。當(dāng)出水中的Na+超過(guò)一個(gè)給定的極限值時(shí)，陽(yáng)離子交換器被判失效，需停運(yùn)再生后才能投入運(yùn)行。為什么陽(yáng)交換器失效時(shí)，首先發(fā)生漏鈉，而不是漏Ca2+或Mg2+離子？這是因?yàn)樗懈鞣N陽(yáng)離子與樹(shù)脂中H+發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)，因樹(shù)脂對(duì)各種陽(yáng)離子的吸收有選擇性，故被樹(shù)脂吸收的離子在交換器內(nèi)有分層現(xiàn)象，根據(jù)樹(shù)脂對(duì)被吸收離子的選擇性順序，最上層是最易被吸收的Ca2+，次層以Mg2+為主，下層就是Na+。強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+

當(dāng)前7頁(yè)，總共19頁(yè)。排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1600mm逆流再生陽(yáng)離子交換器結(jié)構(gòu)圖進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于交換器的進(jìn)水截面上。另一個(gè)作用是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用是均勻收集處理好的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗進(jìn)水。中間排液裝置的作用：中間排液裝置對(duì)逆流再生離子交換器運(yùn)行效果有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹(shù)脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，陽(yáng)離子交換器結(jié)構(gòu)壓脂層的作用過(guò)濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過(guò)壓脂層均勻作用于樹(shù)脂層表面；防止樹(shù)脂在逆流再生中亂層。當(dāng)前8頁(yè)，總共19頁(yè)。圖4交換器中離子分布情況(a)開(kāi)始進(jìn)水時(shí)(b)交換器失效時(shí)當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于水中的Ca2+比Mg2+、Na2+與樹(shù)脂的親合力更大，更易被樹(shù)脂吸收，所以水中的Ca2+-離子可和已吸收了Mg2+的樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使Ca型樹(shù)脂層向下擴(kuò)展，而被置換下來(lái)的Mg2+一起與Na+型樹(shù)脂發(fā)生交換，使Mg2+型樹(shù)脂層下移而Na+的交換區(qū)域也逐漸下移。在運(yùn)行過(guò)程中，這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在不斷地向下擴(kuò)展，如圖4所示。陽(yáng)床整個(gè)制水周期(運(yùn)行開(kāi)始到交換器失效這段時(shí)間)中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖5表示。開(kāi)始通水正洗時(shí)隨水的不斷通入，水質(zhì)越來(lái)越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a點(diǎn)前）。在ab為穩(wěn)定制水過(guò)程，b點(diǎn)后樹(shù)脂開(kāi)始失效。此時(shí)水中鈉增加，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下降。圖5強(qiáng)酸H型陽(yáng)離子交換器典型出水曲線ab運(yùn)行時(shí)的交換情況當(dāng)前9頁(yè)，總共19頁(yè)。無(wú)頂壓逆流再生的操作步驟：1）小反洗。只對(duì)壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污染物。用水為該級(jí)交換器的進(jìn)口水，流速樹(shù)脂不亂層為宜，一直反洗至出水清澈為為止。2）放水。待樹(shù)脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3）進(jìn)再生液。將再生液從底部充入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度。4）置換。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計(jì)量箱出口閥，按再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行置換，直至出水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。5）小正洗。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。6）正洗。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運(yùn)行。樹(shù)脂的再生壓脂層進(jìn)水再生液出水逆流固定床制水和再生流向圖再生廢液進(jìn)水再生液出水交換器經(jīng)過(guò)多周期運(yùn)行后，下部樹(shù)脂層也會(huì)受到一定程度的污染，必須定期對(duì)整個(gè)樹(shù)脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時(shí)流量應(yīng)由小到大，逐步增大。當(dāng)前10頁(yè)，總共19頁(yè)。離子交換器的運(yùn)行中技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有交換器的出水水質(zhì)，工作交換容量和相應(yīng)的再生劑比耗，周期制水量及再生過(guò)程中消耗水量。工作交換容量(qi)：在一個(gè)制水運(yùn)行周期中，平均單位體積樹(shù)脂進(jìn)行交換所放出的離子量（mmol/Ｌ）。計(jì)算式：qi=(A+S)V/Vi。式中，A為平均進(jìn)水堿度,mmol／Ｌ；Ｓ為平均出水酸度,mmol／Ｌ；Ｖ為從正洗合格開(kāi)始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量，m3;Vi交換器內(nèi)的樹(shù)脂體積，m3。酸耗：使交換劑恢復(fù)１mol的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。酸耗（g／mol）＝酸的克數(shù)÷［周期制水量(L)×（陽(yáng)床出口平均酸度＋陽(yáng)床進(jìn)口平均堿度）(mol／Ｌ)］。比耗：再生劑的實(shí)際酸耗與理論酸耗（酸的摩爾質(zhì)量）的比值。在實(shí)際中常用平均比耗來(lái)表示。水耗：每次再生所耗水的體積與樹(shù)脂層體積之比。出水水質(zhì)：是監(jiān)督陽(yáng)床出水的含鈉量。運(yùn)行時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)當(dāng)前11頁(yè)，總共19頁(yè)。2.除碳器

除碳原理水通過(guò)陽(yáng)離子交換器，水中的HCO3-與從樹(shù)脂上交換下來(lái)的H+結(jié)合，形成H2CO3極不穩(wěn)定，隨即分解生成的CO2：H2CO3H2O+CO2水中的CO2，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律，即在一定的溫度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。只要降低水面上CO2的分壓力，溶于水中的游離CO2就能解吸出來(lái)。降低液面CO2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種。

當(dāng)前12頁(yè)，總共19頁(yè)。圖6除碳器結(jié)構(gòu)除碳器工作時(shí)水中上部布水扳扳淋下，通過(guò)填料層后，從下部排入水箱?？諝鈴南虏坑娠L(fēng)機(jī)引入，通過(guò)填料層后由頂部排出。在除碳器中因填料的阻擋作用，從上面流下來(lái)的水被分散成許多小股水流、微小滴或水膜，增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中CO2含量很?。s0.03%），在水中溶解達(dá)平衡時(shí)不到0.45mg/L，這樣水與空氣接觸時(shí)，水中的CO2便會(huì)析出。真空除碳真空除碳通過(guò)真空泵或噴射器，從除碳器的不同部位抽真空而達(dá)到除碳的目的。排水口進(jìn)氣口進(jìn)水口oooooooo

排氣口填料支撐扳填料層布水扳鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是：在真空除碳過(guò)程中，水中其它溶解氣體(如氧氣)也同時(shí)被除去，這是鼓風(fēng)除碳所不能做到的。當(dāng)前13頁(yè)，總共19頁(yè)。3.陰離子交換器(陰床)1/2H2SO41/2SO4HNO3NO31/2H2CO3+ROH→R1/2CO3+2H2OHClCI1/2H2SiO3HSiO3陰離子交換實(shí)質(zhì)上是陰樹(shù)脂中的OH與酸性水(經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換及除碳)中的負(fù)離子進(jìn)行交換。所以在強(qiáng)堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：

圖7強(qiáng)堿性O(shè)H型離子交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的交換規(guī)律，HSiO3-集中在交換器中樹(shù)脂的底部。所以當(dāng)強(qiáng)堿性O(shè)H型陰離子交換器失效時(shí)，HSiO3-先漏出來(lái)，致使出水的硅含量升高。因強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的選擇性順序?yàn)椋篠O42－>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HSiO3－當(dāng)前14頁(yè)，總共19頁(yè)。壓脂層進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層2500mm排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖陰離子交換器與陽(yáng)離子交換器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽(yáng)離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽(yáng)離子交換器也相同。當(dāng)前15頁(yè)，總共19頁(yè)。進(jìn)入離子交換器的水，應(yīng)注意水中濁度、有機(jī)物、余氯和鐵的含量。1.因?yàn)橛嗦仍谒锌梢匝趸瘡?qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂，所以進(jìn)入離子交換器前的余氯應(yīng)小于0.1mg/l;2.離子交換器進(jìn)水濁度，對(duì)其運(yùn)行有較大的影響，濁度大，會(huì)使污泥等被截留在樹(shù)脂層表面，有時(shí)污泥會(huì)進(jìn)入樹(shù)脂層深處，影響出水和再生效果，尤其是對(duì)流再生設(shè)備，會(huì)造成大反洗次數(shù)增多，降低或失去了對(duì)流再生的優(yōu)點(diǎn)。因此順流再生設(shè)備，進(jìn)水濁度小于5NTU，逆流再生設(shè)備進(jìn)水濁度小于2NTU。3.有機(jī)物對(duì)強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的污染，不但造成交換容量明顯下降，還會(huì)使出水電導(dǎo)率升高，漏硅量增大，pH值降低。若進(jìn)入勢(shì)力系統(tǒng)還會(huì)引起腐蝕，所以進(jìn)入離子交換器原水化學(xué)耗氧量應(yīng)小于2mg/l.4.鐵含量超標(biāo)會(huì)污染陽(yáng)、陰樹(shù)脂，所以一級(jí)除鹽進(jìn)水鐵含量應(yīng)小于0.3mg/l，混床進(jìn)水鐵含量小于0.1mg/l。一級(jí)除鹽系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求當(dāng)前16頁(yè)，總共19頁(yè)。三混合型離子交換器1/2Ca2+、1/2Mg2+、Na+RH+R，OH+1/2SO42－、CI－、HCO3－、HSiO3－Na1/2SO4R1/2Ca+R，CI+H2OHCO31/2Mg

HSiO3

由于陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合均勻，所以陽(yáng)、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，置換出的H+和OH-立即生成水，都不會(huì)積累，消除了反離子作用，交換反應(yīng)進(jìn)行得十分徹底，出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下：

當(dāng)前17頁(yè)，總共19頁(yè)?；旌洗步Y(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)水裝置中間排液裝置排水裝置進(jìn)堿裝置反洗空間樹(shù)脂層混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)水裝置、排水