第3章水的离子交换处理后PPT讲稿.ppt
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1、第3章水的离子交换处理后第1页,共27页,编辑于2022年,星期一二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHCHCHCH2 2CHCHCHCH2 2 CH CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2mm苯乙烯树脂的制备苯乙烯树脂的制备苯苯乙乙烯烯阳阳树树脂脂的的制制备备磺磺化化反应:反应:CHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2SOSO3 3HHSOSO3 3HHCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2
2、2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂苯乙烯系磺酸型阳树脂100100,AgAg2 2SOSO4 4聚苯乙烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架的制备:的制备:第2页,共27页,编辑于2022年,星期一苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备氯氯甲基化反应甲基化反应:氨化反应:氨化反应:CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+(CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂苯乙烯季胺盐阴树脂 CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙
3、烯(氯球)氯甲基聚苯乙烯(氯球)第3页,共27页,编辑于2022年,星期一2 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 离离子子交交换换树树脂脂产产品品型型号号是是根根据据国国家家标标准准GBl63179离离子子交交换换树树脂脂产产品品分分类类、命命名及型号名及型号而制定的。而制定的。离离子子交交换换树树脂脂的的全全名名称称由由分分类类名名称称、骨骨架架(或或基基团团)名名称称、基基本本名名称称依依次次排排列列组组成成。基基本本名名称称为为离离子子交交换换树树脂脂。大大孔孔型型树树脂脂在在全全名名称称前前加加“大大孔孔”两两字字。分分类类属属酸性的,在基本名称前加酸性的,在基本名称前加“阳阳”字;
4、分类属碱性的,在基本名称前加字;分类属碱性的,在基本名称前加“阴阴”字。字。离离子子交交换换树树脂脂产产品品的的型型号号以以三三位位阿阿拉拉伯伯数数字字组组成成。第第一一位位数数字字代代表表产产品品分分类类,第第二二位位数数字字代代表表产产品品骨骨架架组组成成,第第三三位位数数字字为为顺顺序序号号,用用以以区区别别功功能能基基或或交交联联剂剂的的差差异异。代代号号数字的意义见表数字的意义见表3.5.1和和3.5.2。第4页,共27页,编辑于2022年,星期一代号代号0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还
5、原表表3.5.1 3.5.1 分类代号分类代号表表3.5.1 3.5.1 骨架代号骨架代号代号代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系 乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如:例如:00170017(凝胶型凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂,交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂,交联度为7 7。11041104(凝胶型凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂,交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂,交联度为4 4。D201D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。第5页,
6、共27页,编辑于2022年,星期一3.3.离子交离子交换树换树脂的特性脂的特性 物理性能物理性能:(1)外观。外观。(2)颗粒度。颗粒度。(3)含水量。含水量。(4)密度。密度。1)湿真密度。湿真密度。2)湿视密度。湿视密度。(3)机械强度。机械强度。(5)耐热性。耐热性。化学性能:化学性能:(1)交换反应的可逆性交换反应的可逆性(2)酸、碱性酸、碱性(3)选择性。选择性。(4)交换容量。交换容量。1)全交换容量。全交换容量。2)工作交换容量。工作交换容量。第6页,共27页,编辑于2022年,星期一树脂的离子交换是一种可逆反应,反应式可表示为:树脂的离子交换是一种可逆反应,反应式可表示为:RA
7、+BRA+B RB+A RB+A与任何化学平衡一样,上述反应遵循质量作用定律,它的逆反应就是与任何化学平衡一样,上述反应遵循质量作用定律,它的逆反应就是A A型树脂的再生。平衡常数表型树脂的再生。平衡常数表达式:达式:K KB BA A=RB=RBA/A/(RARABB)K KB BA A11树脂对树脂对B B的亲和力大于对的亲和力大于对A A的亲和力,图中曲线的亲和力,图中曲线c c;K KB BA A1A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+第11页,共27页,编辑于2022年,星期一排水装置排水装置压脂层压脂层200mm进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂
8、层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用进水装置的作用是均匀分布进水于交是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用是均换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水匀收集反洗排水。排水装置的作用排水装置的作用是均匀收集处理好的水;是均匀收集处理好的水;另一个作用是均匀分配反洗进水。另一个作用是均匀分配反洗进水。中间排液装置的作用中间排液装置的作用:中间排液装置对逆:中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影流再生离子交换器运行效果有较大影响,其作用是均匀排出再生液,防止响,其作用是均匀排出再生液,防止树脂乱层、流失外,还应有足够的强树脂乱层、流
9、失外,还应有足够的强度,安装时应保证在交换器内呈水平度,安装时应保证在交换器内呈水平状态,状态,2.阳离子交换器(阳床)阳离子交换器(阳床)压脂层的作用压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物及机过滤掉水中的悬浮物及机械杂质;使进水通过压脂层均匀作用械杂质;使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面;防止树脂在逆流再生于树脂层表面;防止树脂在逆流再生中乱层。中乱层。第12页,共27页,编辑于2022年,星期一 图图3.7.2 3.7.2 交换器中离子分布情况交换器中离子分布情况 (a)(a)开始进水时开始进水时 (b)(b)交换器失效时交换器失效时当当交交换换器器不不断断进进水水,随随离离子子交交换换的的不不
10、断断进进行行,由由于于水水中中的的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+与与树树脂脂的的亲亲合合力力更更大大,更更易易被被树树脂脂吸吸收收,所所以以水水中中的的CaCa2+2+离离子子可可和和已已吸吸收收了了MgMg2+2+的的树树脂脂进进行行交交换换反反应应,使使CaCa型型树树脂脂层层向向下下扩扩展展,而而被被置置换换下下来来的的MgMg2+2+一一起起与与NaNa+型型树树脂脂发发生生交交换换,使使MgMg2+2+型型树树脂脂层层下下移移而而NaNa+的的交交换换区区域域也也逐逐渐渐下下移移。在在运运行行过过程程中中,这这三三层层不不同同型型态态的的交交换换剂剂的的高高度
11、度在在不不断断地地向向下下扩扩展展,如图如图3.7.23.7.2所示。所示。阳床整个制水周期阳床整个制水周期(运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间)中电导中电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图率、钠离子浓度、酸度变化可用图3.7.33.7.3表示。表示。开始通水正洗时随水的不断通入,水质越来越好。因而电导率、酸度、开始通水正洗时随水的不断通入,水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离子快速下降(钠离子快速下降(a a点前)。在点前)。在abab为稳定制水过程,为稳定制水过程,b b点后树脂开点后树脂开始失效。此时水中钠增加,氢离子减少而氢氧根增加,使酸度下降,始失效。此时水中钠增
12、加,氢离子减少而氢氧根增加,使酸度下降,电导率下降。电导率下降。图图3.7.3 3.7.3 强酸强酸H H型阳离子交型阳离子交 换换 器典型出水曲线器典型出水曲线ab运行时的交换情况运行时的交换情况第13页,共27页,编辑于2022年,星期一无顶压逆流再生的操作步骤:无顶压逆流再生的操作步骤:1 1)小反洗。小反洗。只对压脂层进行反洗,冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。只对压脂层进行反洗,冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。用水为该级交换器的进口水,流速树脂不乱层为宜,一直反洗至出用水为该级交换器的进口水,流速树脂不乱层为宜,一直反洗至出水清澈为为止。水清澈为为止。2 2)放水放水。待树脂颗粒下沉后,放
13、掉中间排液装置以上的水。待树脂颗粒下沉后,放掉中间排液装置以上的水。3 3)进再生液进再生液。将再生液放入交换器内,严格控制其流速和浓度。将再生液放入交换器内,严格控制其流速和浓度4 4)逆流再生逆流再生。进完再生液,关闭再生液计量箱出口阀,按再生液的流。进完再生液,关闭再生液计量箱出口阀,按再生液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗,直至出水指标合格为止。速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗,直至出水指标合格为止。关闭进水阀。关闭进水阀。5 5)小正洗小正洗。水从上部进入,控制适当的流速,洗去再生后压脂层中残。水从上部进入,控制适当的流速,洗去再生后压脂层中残留的再生废液和杂质。
14、小正洗用水为运行时的进口水。留的再生废液和杂质。小正洗用水为运行时的进口水。6 6)正洗正洗。用水自上而下进行正洗,直到出水水质合格,即可投入运行。用水自上而下进行正洗,直到出水水质合格,即可投入运行。树脂的再生树脂的再生压脂层压脂层进进水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流固定床制水和再 生流向图生流向图再生废液再生废液进进水水再再生生液液出出水水 交换器经过多周期运行后,下部树脂层也会受到一定程度的污染,必须定期对整个树脂层进行大反洗,交换器经过多周期运行后,下部树脂层也会受到一定程度的污染,必须定期对整个树脂层进行大反洗,大反洗前先进行小反洗,在大反洗时流量应由小到大,逐步增大。
15、从下步进水废液由上部的反洗排水阀排大反洗前先进行小反洗,在大反洗时流量应由小到大,逐步增大。从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出出。第14页,共27页,编辑于2022年,星期一离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质,工作交换容量和相应的再生剂离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质,工作交换容量和相应的再生剂 比耗,比耗,周期制水量及再生过程中消耗水量。周期制水量及再生过程中消耗水量。工作交换容量工作交换容量(q(qi i):在一个制水运行周期中,平均单位体积树脂进行交换所放出的离子量(在一个制水运行周期中,平均单位体积树脂进行交换所放出的离子量(mmol/mmol/)。)。
16、计算式:计算式:q qi i=(A+S)V/V=(A+S)V/Vi i。式中,。式中,A A为平均进水碱度为平均进水碱度,mmol,mmol;为平均出水酸度;为平均出水酸度,mmol,mmol;为;为从正洗合格开始制水到失效一周期内的总制水量,从正洗合格开始制水到失效一周期内的总制水量,mm3 3;V;Vi i交换器内的树脂体积,交换器内的树脂体积,mm3 3。酸耗:酸耗:使交换剂恢复使交换剂恢复molmol的离子交换能力,所消耗的酸的的克数。的离子交换能力,所消耗的酸的的克数。酸耗(酸耗(g gmolmol)酸的克数)酸的克数周期制水量周期制水量(L)(L)(阳床出口平均酸度阳床进口平均碱度
17、)(阳床出口平均酸度阳床进口平均碱度)(mol(mol)。比耗:比耗:再生剂的实际酸耗与理论酸耗(酸的摩尔质量)的比值。在实际中常用平均比耗来表示。再生剂的实际酸耗与理论酸耗(酸的摩尔质量)的比值。在实际中常用平均比耗来表示。平均比耗月或年的再生剂耗量()平均比耗月或年的再生剂耗量()制水量。制水量。水耗:水耗:每次再生所耗水的体积与树脂层体积之比。每次再生所耗水的体积与树脂层体积之比。出水水质:出水水质:是监督阳床出水的含钠量。是监督阳床出水的含钠量。运行时的技术经济指标运行时的技术经济指标第15页,共27页,编辑于2022年,星期一2.2.除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水水通通过过阳阳离离
18、子子交交换换器器,水水中中的的HCOHCO3 3-与与从从树树脂脂上上交交换换下下来来的的HH+结合,形成结合,形成H H2 2COCO3 3极不稳定,随即分解生成的极不稳定,随即分解生成的COCO2 2:HH2 2COCO3 3 H H2 2O+COO+CO2 2水水中中的的COCO2 2,可可以以看看作作是是溶溶解解在在水水中中的的气气体体,它它的的溶溶解解度度与与气气体体分分压压的的关关系系符符合合亨亨利利定定律律,即即在在一一定定的的温温度度下下气气体体在在液液体体中中的的溶溶解解度度与与该该气气体体在在液液面面上上的的分分压压成成正正比比。只只要要降降低低水面上水面上COCO2 2的
19、分压力,溶于水中的游离的分压力,溶于水中的游离COCO2 2就能解吸出来。就能解吸出来。降低液面降低液面COCO2 2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种。第16页,共27页,编辑于2022年,星期一图图3.7.3 3.7.3 除碳器结构除碳器结构除除碳碳器器工工作作时时水水中中上上部部布布水水扳扳扳扳淋淋下下,通通过过填填料料层层后后,从从下下部部排排入入水水箱箱。空空气气从从下下部部由由风风机机引引入入,通过填料层后由顶部排出。通过填料层后由顶部排出。在在除除碳碳器器中中因因填填料料的的阴阴挡挡作作用用,从从上上面面流流下下来来的的水水被被分分散散成成许
20、许多多小小股股水水流流、微微小小滴滴或或水水膜膜,增增大大了了空空气与水的接触面积。气与水的接触面积。因因空空气气中中COCO2 2含含量量很很小小(约约0.03%0.03%),在在水水中中溶溶解解达达平平衡衡时时不不到到0.45mg/L0.45mg/L,这这样样水水与与空空气气接接触触时时,水中的水中的COCO2 2便会析出。便会析出。真空除碳真空除碳真真空空除除碳碳通通过过真真空空泵泵或或喷喷射射器器,从从除除碳碳器器的的不不同同部位抽真空而达到除碳的目的。部位抽真空而达到除碳的目的。排水口排水口进气口进气口进水口进水口 o o o o o o o o 排气口排气口填料支撑填料支撑 扳扳填
21、料层填料层布水扳布水扳鼓风除碳器的结构鼓风除碳器的结构 它的工作原理除了同上述的鼓风除碳所不同的是:在真空除碳过程中,水中它的工作原理除了同上述的鼓风除碳所不同的是:在真空除碳过程中,水中其它溶解气体其它溶解气体(如氧气如氧气)也同时被除去,这是鼓风除碳所不能做到的。也同时被除去,这是鼓风除碳所不能做到的。第17页,共27页,编辑于2022年,星期一3.阴离子交换器阴离子交换器(阴床阴床)1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROHR 1/2CO +ROHR 1/2CO3 3+2H+2H
22、2 2O OHCl CIHCl CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3阴离子交换实质上是阴树脂中的阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水与酸性水(经过阳离子交换及除碳经过阳离子交换及除碳)中的中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为:负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为:图图3.7.4 3.7.4 强碱性强碱性OHOH型离子型离子 交换器出水水质变化交换器出水水质变化根根据据强强碱碱阴阴树树脂脂的的交交换换规规律律,HSiOHSiO3 3-集集中中在在交交换换器器中中树树脂脂的的底底部部。所所以以当当强强碱碱性性OHOH型型
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