【文章內(nèi)容簡介】 換過程中 , 交換 與被交換的離子均為陽離子 , 這種只進行陽離子交換的方法 稱為陽離子交換法。樹脂參加交換反應中的陽離子是鈉離子 (Na+) 時 , 則此樹脂為鈉型陽離子交換樹脂。當此樹脂與水 中鈣、鎂離子進行交換時 , 樹脂上的鈉 離子 (Na+) 全部進入 軟化水中 , 這種用鈉離子取代水中鈣、筷的過程我們稱之為鈉離子軟化交換法。 一、鈉離子交換的原理 當含有鈣、筷離子的生水 , 流經(jīng)離子交換器中的鈉離子 交換劑層時 , 水中的鈣、鎮(zhèn)離子被交換劑中的鈉離子所置換 , 從而將在鍋爐中可能形成水垢的鈣、鎂鹽類 , 轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苄遭c鹽 , 而使水得以軟化。用反應方程式表示如下 : ca2++2NaR=CaR2+2Na+ Mg2++2NaR=MgR2+2Na+. 式中 : NaR 一一代表鍋離子交換劑 。 Na+ 一一代表交換劑中的交換離子 。 R 一一表示交換離子以外的母體部分 , 它并不參加反應。 二、鈉離子交換的特點 1. 生水硬度大大降低或基本消除。 2. 堿度保持不變。 經(jīng)鈉型離子交換樹脂軟化后的水質(zhì) , 由于碳酸鹽硬度等 量地轉(zhuǎn)變成了碳酸氫鈉 , 所以軟化水中堿度與進水中的堿度 相等。 3. 軟化水中含鹽量略有增加 經(jīng)鈉型離子交換樹脂軟化后的水質(zhì) , 由于原水中的陰離子 , 即水中的氯離子 (Cl ), 硫酸根 (S042 一 ) 、碳酸氫根 (HCO3) 和硅酸根 (Si032) 等并不改變 , 如果水中的其他重 金屬陽離子忽略不計時 , 只是鈣、鎂鹽類等量地轉(zhuǎn)變成了不 生成水垢的鍋鹽。鈉離子的摩爾質(zhì)量為 23g/mo1, 以 1/2Ca2+ 為基本單元的摩爾質(zhì)量 為 、以 1/2Mg2+ 為基本單 元的摩爾質(zhì)量為 , 因此 , 使軟化后的水質(zhì) , 其含鹽量要比其原水含鹽量為高。 5chy813 回復于： 20xx511 19:05:43 三、再生過程 在鋪離子交換過程中 , 當軟水中出現(xiàn)了硬度 , 而且超過 了標準時 , 則證明鈉型離子交換樹脂已經(jīng)失效。為了恢復其 再交換的能力 , 就需要對此樹脂進行再生。 在再生過程中 , 就是使含有大量鍋離子的氯化鈉 (NaCl) 溶液 , 通過失效的樹脂層 , 從而將離子交換樹脂中的 鈣、錢離子排到溶液中去 , 鈉離子則被樹脂所吸附 , 使樹脂 重新又恢復了交換能力。 鈉型離子交換樹脂的再生過程 , 可以下列反應式表示 : CaR2 十 2NaC1=2NaR+CaCl2 MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2 四、鈉離子交換器的運行 鈉離子交換器的運行一般分為四個步驟 ( 從交換器失效 算起〉 : 反洗、再生、正洗和交換 ( 即運行〉 。 這四步組成一 個運行循環(huán) , 通常稱為一個周期 , 現(xiàn)分述如下 : 1. 反洗 當交換器出水硬度超過規(guī)定水質(zhì)標準 , 即為失效。失效 后停止軟化 , 先用一定壓力的水自下而上對樹脂層進行短時 間的強烈反洗。反洗的目的是 : (1) 松動交換劑層 , 為再生打下良好基礎 在交換過程中 , 由于水自上而下地通過交換劑層 , 使交 換劑層被壓實 , 再生時就會造成交換劑與再生液接觸不充分。 所以再生前要反洗 , 使交換劑層得到充分松動 , 為再生打下良好基礎。 (2) 沖掉交換劑表層中截留的懸浮物、碎粒和氣泡在交換過程中 , 交換劑表層也起著過濾作用 , 水中的懸浮物被截留在表層上 , 致使壓力增大 , 還會使交換劑污染結 塊 , 從而使交換容量下降 。 另外 , 交換劑碎粒也影響水流通 過。反洗時可以沖掉這些懸浮物和碎粒 , 還可以排除交換劑層中的氣泡。 最佳反洗強度 , 通過試驗求得。一般反洗流速可控制在 11~ 18m/h 。反洗須至出水澄清為止。反洗時間約為 10~15min 。在正常情況下 , 每立方米交換劑反洗水量約 ~3m3 。 2. 再生 再生的目的是使失效的交換劑重新恢復交換能力。它是交換器運行操作中很重要的一環(huán)。再生時采用動態(tài)再生 , 而 不用靜態(tài)再生。即再生時不要放掉交換器內(nèi)的水 , 然后在開 始進再生液 ( 鹽液濃度以 6~10 102 為宜〉的同時打開排水閥門 , 邊進再生液邊排水。應嚴格控制排水閥門開度 , 使再 生液流速控制在 3~5m/h, 并確保全部交換劑層都浸泡 在再 生液里面。再生時間應不少于 40min 。 3. 正洗 正洗的目的就是清除交換器中殘留的再生劑和再生產(chǎn)物 (CaCL 、 MgCl2) 。正洗初期實際上是再生的繼續(xù) , 流速不要 太大 , 可掌握在 3~5m/hp 當正洗出水基本不咸時 , 可將流 速加大到 10~15m/h。 正洗后期應經(jīng)常取樣化驗出水硬度 , 當出水硬度達到標準時 , 且氯化物不超過原水氯根 50~ 100mg/L 時 , 即可投人交換運行。 4. 交換運行 正洗結束后 , 鈉離子交換器即可投入運行。交換劑 在交換器中的工作情況具有層狀的特性。當水進入交換器時 , 首 先發(fā)生的交換過程是在交換劑的上層 , 此時交換劑的下層實際上是沒有 什么變化的 , 因為水通過上面時各反 應物質(zhì)已達平衡。但當開始運行后 , 最上層很快就失效了 , 因此以后交換作 用在此失效層以下的交換劑中運行。 在鈉離子交換軟化過程中交換劑 層分為三層 , 如圖 71 所示。 第一層為失效層 , 第二層為工作 層 , 第三層為沒參加工作的交換劑層 , 又稱保護層。在交換軟化中 , 第一層漸 漸加大 , 第二層漸漸向下移動 , 而第三 層逐漸縮小 , 直等到第二層的下邊緣 移到和交換劑層的下邊緣重合時 , 若再繼續(xù)交換 , 出水的硬度就開始增加了 , 也就是說交換器已 開始失效。 6chy813 回復于： 20xx511 19:07:23 五、鍋離子交換器的有關計算 1. 交換劑的工作交換容量可按下式計算 : E=Q(YDYDc)/V 式中 :E 一一交換劑工作交換容量 ,mol/m3。 Q 一一交換器周期出水量 ,m3。 YD 一一原水的硬度 ,IIIEnol/L； YDe 軟化 水平均殘留硬度 ,mmol/L； V 一一交換劑體積 ,m3 。 例 [72] 某廠一臺交換器內(nèi) 001 7 樹脂為 1m3, 經(jīng)化驗 YD=,YDc=, 周期出水量為 400m3, 求此周期交換劑的工作交換容量為多少 ? E=Q(YDYDc)/v=400( )/1 =1000mol/m3 答 : 此周期 001 7 樹脂工作交換容量為 1000mol/m3 。 2. 再生一次用鹽量的計算 再生一次用鹽量可按下式計算 : m=EVb/1000a 式中 : m 一一再生一次用鹽量 ,kg。 b 一一交換劑的鹽耗 ,g/mol。 α 一一食鹽純度 ,102. 例 [73] 某廠一臺交換器內(nèi)裝 001 7 樹脂為 ,其工作交換容量為 100O mol/rd, 再生時鹽耗為 120g/m01, 使用食鹽純度為 95 1OF2, 求再生一次用鹽量 ? m=EVb/1000a=1000 120/ 1