离子交换-工艺部分.ppt

第二章第二章 锅炉补给水的化学除盐锅炉补给水的化学除盐第一节第一节 离子交换基本理论离子交换基本理论 1.1.离子交换原理离子交换原理 2.2.交换反应的可逆性交换反应的可逆性；酸、碱性和中性盐分酸、碱性和中性盐分解能力解能力；中和与水解中和与水解3.3.2.2.离子交换过程离子交换过程(阳阴离子在树脂层中按一阳阴离子在树脂层中按一定顺序分布定顺序分布)3.3.工作层及影响因素工作层及影响因素(一是影响离子交换速度的一是影响离子交换速度的因素因素;二是影响水流沿交换柱过水断面均匀分二是影响水流沿交换柱过水断面均匀分布的因素。布的因素。)4.4.工作交换容量工作交换容量(交换的离子量除以交换柱中树交换的离子量除以交换柱中树脂的体积脂的体积)5.失效树脂的再生失效树脂的再生 1)1)强酸强酸H H交换器的再生（交换器的再生（HClHCl或或H H2 2SOSO4 4）2)2)强碱强碱OHOH交换器的再生（交换器的再生（NaOHNaOH）3)3)弱型树脂的再生（弱型树脂的再生（HClHCl、H H2 2SOSO4 4 ，也可以是，也可以是H H2 2COCO3 3，当用强酸作再生剂时，比耗一般为，当用强酸作再生剂时，比耗一般为）4)再生剂比耗（再生剂比耗（单位体积树脂所用再生剂的量（mol/m3）和该树脂的工作交换容量（mol/m3）的比值）5)5)清洗水耗（单位体积树脂再生后用水清洗至交清洗水耗（单位体积树脂再生后用水清洗至交换器可以投入运行所需最少量水的体积，以换器可以投入运行所需最少量水的体积，以树脂层体积的倍数表示）树脂层体积的倍数表示）第三节第三节 水的化学除盐水的化学除盐 1.1.化学除盐原理化学除盐原理（各种离子和离子交换树脂进行化学反应）2.2.化学除盐系统设备的设置原则化学除盐系统设备的设置原则1)1)H H离子交换器设在强碱离子交换器设在强碱OHOH离子交换器之前离子交换器之前2)2)除碳器应设在除碳器应设在H H离子交换器之后、强碱离子交换器之后、强碱OHOH离子交换器之离子交换器之前。前。3)3)经过一级化学除盐后不再设置除碳器。经过一级化学除盐后不再设置除碳器。4)4)为实现水的深度除盐，通常采用一级除盐系统加混床。为实现水的深度除盐，通常采用一级除盐系统加混床。5)5)当原水水质差，一级除盐系统的交换器运行周期短，酸、当原水水质差，一级除盐系统的交换器运行周期短，酸、碱耗大时，可以采用强、弱型树脂联合应用工艺。碱耗大时，可以采用强、弱型树脂联合应用工艺。第四节第四节 常用化学除盐水处理设备常用化学除盐水处理设备 1.顺流再生离子交换器顺流再生离子交换器 2.2.逆流再生离子交换器逆流再生离子交换器 3.分流再生离子交换器4.4.浮床浮床 5.5.双层床双层床/双室床双室床 6.满室床满室床（罗门哈斯公司（罗门哈斯公司 AMBERPACKAMBERPACK技术）技术）7.7.混合离子交换器混合离子交换器 8.8.除碳器除碳器 9.9.9.9.连续电去离子（连续电去离子（EDIEDI）EDIEDI（ElectrodeionizationElectrodeionization）是一种不耗酸、碱而）是一种不耗酸、碱而制取纯水的新技术，又称制取纯水的新技术，又称“填充床电渗析填充床电渗析”。它是将传统的电渗析技术和离子交换技术有它是将传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来，既克服了电渗析不能深度除机地结合起来，既克服了电渗析不能深度除盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续制水、盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续制水、需要用酸碱再生等不足。需要用酸碱再生等不足。EDIEDI适用于处理反渗适用于处理反渗透出水等低含盐量水，其产水水质满足锅炉透出水等低含盐量水，其产水水质满足锅炉用水对电导率、硬度和硅等要求。用水对电导率、硬度和硅等要求。EDIEDI除盐机理除盐机理一种说法是利用离子交换原理除去水中离子，利一种说法是利用离子交换原理除去水中离子，利用水在直流电能的作用下分解产生用水在直流电能的作用下分解产生H+H+和和OH-OH-去再生混合离子交换树脂，从而实现在通电去再生混合离子交换树脂，从而实现在通电状态下，连续制水、再生；状态下，连续制水、再生；一种理论是在电场作用下，纯水里离子在树脂相一种理论是在电场作用下，纯水里离子在树脂相的迁移速率要比水中高的迁移速率要比水中高2 23 3个数量级，阴、个数量级，阴、阳离子会与树脂颗粒不断发生交换过程而构阳离子会与树脂颗粒不断发生交换过程而构成成“离子迁移通道离子迁移通道”，即阴、阳离子主要通，即阴、阳离子主要通过树脂相迁移至阳膜和阴膜而进入浓水室。过树脂相迁移至阳膜和阴膜而进入浓水室。1.1.EDI产品的应用 EDI EDI装置通常用于处理反渗透出水，用于制备超纯装置通常用于处理反渗透出水，用于制备超纯水。水。EDIEDI对进水含盐量、弱电解质含量要求比较对进水含盐量、弱电解质含量要求比较严格，主要是因为严格，主要是因为EDIEDI对弱电解质的脱除能力受对弱电解质的脱除能力受限于这些物质在水中电离度的大小。限于这些物质在水中电离度的大小。EDIEDI要求进要求进水硬度小于水硬度小于1.0mg/L(CaCO3)1.0mg/L(CaCO3)，当原水硬度不能，当原水硬度不能满足该要求时，可以使用钠离子软化器等工艺去满足该要求时，可以使用钠离子软化器等工艺去除硬度。除硬度。为满足上述条件，为满足上述条件，EDIEDI前处理通常为二级反渗透前处理通常为二级反渗透 +除碳器除碳器 或在二级反渗透或在二级反渗透 前加碱处理。前加碱处理。（单级反渗透出水硬度、（单级反渗透出水硬度、CO2 CO2、SiO2SiO2含量高难以含量高难以满足满足EDIEDI进水要求。）进水要求。）目前世界上主要由美国目前世界上主要由美国IonpureIonpure、GEGE、OmexellOmexell等大公司占领市场。国内有北京等大公司占领市场。国内有北京 浙江等生产厂浙江等生产厂家家.GEGE的膜堆在淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂，的膜堆在淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂，并在浓水室中设置了浓水循环系统，一方面可并在浓水室中设置了浓水循环系统，一方面可通过增加浓水室的电导率以减小浓水室电阻，通过增加浓水室的电导率以减小浓水室电阻，另一方面浓水室保持较高的流速增强混合效果另一方面浓水室保持较高的流速增强混合效果以减少结垢的可能，浓水中的离子通过从循环以减少结垢的可能，浓水中的离子通过从循环回路排出一部分以达到盐量平衡。回路排出一部分以达到盐量平衡。IonpureIonpure公司的膜堆与其他公司不同之处在于将浓水公司的膜堆与其他公司不同之处在于将浓水室中也填充了离子交换树脂，通过树脂的导电室中也填充了离子交换树脂，通过树脂的导电能力维持装置电流，系统较为简化，不需要加能力维持装置电流，系统较为简化，不需要加入入NaClNaCl维持浓水室的电导率，也不需要使用浓维持浓水室的电导率，也不需要使用浓水循环泵。水循环泵。EDI 工艺过程回顾n离子交换从水中除去污染离子。n污染离子以及 H+和 OH-在电场作用下通过树脂和离子交换膜迁移到浓水室。n离子集中到浓水室。n如果超过设计极限，会发生结垢现象。n极水(E)含有氢气和氯气，因此需排气。n主要的能量最终转化为热量，所以要注意最小流量。阴极化学反应_Cathode2H2O+2e-=2OH-+H2生成氢气pH值高易产生结垢水从阴极得到电子阳极化学反应+Anode2H2O=4H+O2+4e-2Cl-=Cl2+2e-生成氧气生成氯气 pH值低阳极从水中得到电子 Oxygen gas formation 3.5 mL(STP)/Amp/minute Trace Chlorine formation 1-2 ppm in Eout(400 uS/cm NaCl)Low pH浓水电导率浓水电导率浓水电导率n主要用来控制E-CELL模块的“电阻”n典型范围在 150-600 uS/cm 加盐水加盐水n在浓水回路中加入高品质的盐水n盐水加入点在浓水排放以后以减少加盐量n盐加入量很小-典型加入量为每天0.1 到 10 磅 （0.045 到 4.54 kg/day）浓水进口进水口浓水出口出水口极水排放口n流动方向流动方向:1）淡水从模块下方进入2）浓水从模块下方进入3）产水从模块上方导出4）循环浓水从模块上方导出5）极水从模块上方排出直流柜直流柜控制原理运行状态运行状态E-Cell 系统启动:n确认淡水进水5秒钟n启动浓水循环泵和加盐泵n确认浓水循环泵运行n确认进水流量、浓水流量、浓水排放流量和极水排放流量 5 秒钟n启动整流器n确认整流器工作E-CellTM 操作影响影响E-Cell性能的四个参数：性能的四个参数：1.进水水质2.电流3.压力4.流量E-CellTM Operation1)1)进水水质进水水质nCO2 会造成进水水质差nTEA 25 ppm 以 CaCO3 计 (16 for Pharm)n硬度超过 1.0 ppm 会导致结垢n超出允许的最大回收率会造成结垢n硅含量超过 500 ppb 也会引起结垢E-CellTM Operation2)2)电流电流n每个模块的平均电流必须足够负担进水中的离子含量 n1.5-2.0 Amp/stack 的电流对绝大多数进水已经足够E-CellTM 操作3)3)操作压力操作压力n淡水压力通常比浓水压力大 5-10 psi(0.3-0.7 bar)n新的 MK-2E 模块的压差n15 gpm 下 30-35 psi n3.4 m3/h 下 2.0-2.4 barE-CellTM Operation4)4)流量流量n低于允许的最小流量n由于冷却水不足，部分成分可能会融化n浓水室更容易结垢n确保不超过回收率要求 关于进水的注意事项进水必须符合反渗透直接透过水的水质n需要避免物理、化学和生物污染n物理污染:PVC 碎片;金属碎屑;污垢;尘土;花粉;焊渣;树脂颗粒等n化学污染:氧化剂，如氯气;多价阳离子，如铁、锰等;环氧树脂及玻璃钢容器制作过程中所用的硬化剂n污染物的来源:敞开式储罐,脱气塔,没有在EDI前配过滤器的软化器等n能够连续运行，不需要因为再生而备用一套能够连续运行，不需要因为再生而备用一套设备；设备；n模块化组合方便，运行操作简单；模块化组合方便，运行操作简单；n水回收率高，水回收率高，EDIEDI的浓水可以回收至反渗透的浓水可以回收至反渗透进水；进水；n占地面积小，不需要再生和中和处理系统；占地面积小，不需要再生和中和处理系统；n运行费用低，不使用酸碱。运行费用低，不使用酸碱。EDIEDI与传统混合离子交换技术相比，具与传统混合离子交换技术相比，具有以下特点有以下特点