離子交換水處理ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 這三個步驟中，交換反應進行是較快 的，而膜擴散和顆粒擴散進行較慢，故 整個交換過程的速度就由膜擴散和 顆粒擴散的速度所決定 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 對于溶脹了的樹脂，在很稀的外部溶液 中（ ≤），膜擴散比顆粒擴散更慢， 此時擴散速率決定于膜擴散速率， 在溶液較濃時（ ≥），顆粒擴散比 膜擴散更慢，此時擴散速率決定于顆粒 擴散速率；濃度介于兩者間時，顆粒擴散 和膜擴散速度差不多，交換速度由它們一起控制。 此外，膜擴散和顆粒擴散的速度與樹脂顆粒 溫度等都有一定關系，這里就不多加討論了 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 機械強度是一項重要的經濟指標。關系到樹脂的使用壽命。樹脂在運行過程中，由于受到沖擊、碰撞、摩擦等機械作用和脹縮的影響，會發生磨損和破碎現象。樹脂顆粒應具有一定的機械強度，以保證每年樹脂的損耗不超過 3%7%。 樹脂的機械強度決定于交聯度，交聯度大，機械強度就高。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 交換容量是樹脂最重要的性能，它定量地表示樹脂交換能力地大小。交換容量的單位 mg當量 /g(干樹脂 )或 meq/L(濕樹脂 )。交換容量分為兩部分，即總交換容量與工作交換容量。 總交換容量是指單位重量或體積樹脂內的交換基團總量或可交換離子的總數量。 重量：重量交換容量，毫克當量 /克 干樹脂 體積：體積交換容量，毫克當量 /mL 濕樹脂 國產：強酸樹脂 4~5 meq/g 弱酸樹脂 9~12meq/ml 實質上，從構造上看，單位重量或體積的空間網狀結構因各苯環末端所“具有”的活性基團總數。 A、總交換容量是表示單位樹脂所能吸附去除離子的最大量。 B、工作交換容量：指在給定的條件下樹脂實際交換容量 。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 有效工作 PH范圍 由于樹脂活性基團分為強酸、弱酸、強堿和弱堿，水的PH值勢必對它們的交換容量產生影響。強酸、強堿樹脂的活性基團電離能力強，其交換容量基本與 PH值無關。弱酸樹脂在水 PH值低時不電離或只部分電離，因而只能在堿性溶液中，才含有較高的交還能力。弱堿性樹脂相反，在 PH值高時不電離或只部分電離。只是在酸性溶液中才含有較高的交換能力。因此我們得出各種類型樹脂的使用有效 PH值范圍 。 樹 脂 類型 強酸性陽離子樹脂 弱酸性陽離子樹脂 強堿性陽離子樹脂 弱堿性陽離子樹脂 有效 PH值范圍 114 514 112 67 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 5離子交換基本原理 離子交換基本原理說明兩個方面問題 A、離子交換平衡問題 B、離子交換速度問題 離子交換如同化學反應一樣，服從當量定律，且是可逆反應，離子交換技術就是基于等當量交換與可逆反應來進行交換與再生的；離子交換中的等當量性、可逆性、選擇性是進行水質軟化的基本理論依據。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 如果讓離子交換樹脂與溶液離子的交換達到平衡： ?????? ??? RBARAB選擇性系數： mnnmmnnmA,B ]B[]A[]B[]A[K外相樹脂樹脂外相?????對于強酸型陽離子交換樹脂 ， 當與金屬離子 M+接觸時 : R SO H M R SO M H? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?3 3KHM選擇性系數值的大小表示樹脂對金屬離子 M+的親和力的大小 ，它與樹脂的類型 、 離子的性質以及溶液的組成有關 。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 影響離子交換選擇性的因素 ? 水合離子半徑：半徑越小，親和力越大； ? 離子化合價：高價離子易于被吸附； ? 溶液 pH：影響交換基團和交換離子的解離程度，但不影響交換容量； ? 離子強度：越低越好； ? 有機溶劑：不利于吸附； ? 交聯度、膨脹度、分子篩：交聯度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯度小，膨脹度大，吸附量減少； ? 樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力； Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 實驗表明，在常溫下，當離子濃度不大時，離子交換樹脂樹脂親和力大小有如下一些規律。 ? 金屬離子的價數增大，親和力增大。如 Na+ Ca2+ Al3+ Th4+ ? 離子價數相同時，親和力大小隨著水合離子半徑的減少而增大。如 1價離子： Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Tl+ Ag+； 2價離子： Mg2+ Zn2+ Co2+ Cu2+ Cd2+ Ni2+ Ca2+ Sr2+ Pb2+ Ba2+。 ? 強堿性陽樹脂對水中各種陰離子的交換選者性也是不同的，一般順序為： PO43— ＞ SO42— ＞ NO3— ＞ Cl— ＞ OH— ＞ F— ＞ HCO3— ＞ HSIO3— Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 離子交換動力學 離子交換是在固相與液相之間完成 ， 交換速度比較慢 。 一般的離子交換過程有五個步驟： ? 溶液離子向樹脂表面擴散 （ 膜擴散 ） ； ? 離子通過樹脂表面向內部擴散 （ 孔道擴散 ） ； ? 樹脂內進行離子交換 （ 交換反應 ） ； ? 已交換離子從樹脂內部向外擴散 （ 孔道擴散 ） ； ? 已交換離子由樹脂表面向本體溶液擴散 （ 膜擴散 ） 。 M ④ SO3H M H ① ② ③ ⑤ ④ Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 膜擴散和孔道擴散何者影響最大？何者為控制步？ 慢者控制離子交換反應的速度． (1) 濃度：濃度大于 ，孔道擴散為控制步． 濃度小于 ，膜擴散成為控制步 介于中間則取決于具體情況． (2) 流速或攪拌速率： 大，則水膜薄．膜擴散快． 但孔隙擴散基本不受影響． (3) 樹脂粒徑：膜擴散，速度與粒徑成反比． 孔道擴散，速度與粒徑２次方成反比． (4) 交聯度： 交聯度對于孔道擴散影響比對膜擴散更為顯著． Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 5 .5交換過程分析方法： ? 在離子交換柱中裝填 Na 型樹脂，從上而下通過含有 一定濃度 Ca2+的硬水。交換 反應進行一段時間后，停止 運行，逐層取出樹脂樣品， 并測定其所吸附的鈣離子含 量，以“飽和程度”表示。 ? 飽和程度：單位體積樹 脂所吸附鈣、鎂離子量與其 全交換容量之比，以百分比 表示。 飽和程度曲線 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 6 交換過程： （ 1）兩個階段： ?交換帶形成階段：飽和程度曲線形狀不 斷變化隨即形成一定形式的曲線。 ?交換帶推移階段： “交換帶”：在某時刻正在進行交換反應 的軟化工作層。 “交換帶厚度”：可理解為處于動態的軟 化工作層厚。沿水流方向，以一定形式每 刻都在推移。 ?當硬度開始泄露時，樹脂層分為兩部分： ? 飽和層：交換容量得到充分利用； ? 保護層：交換容量得到部分利用，相 當于交換帶厚： Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 （ 3）“交換帶厚度”的影響因素： ?流速： ? [Ca2+]：硬度 ?樹脂再生程度 ?“交換帶厚度”對樹脂層的有效利用是有影響的。如原水硬度高、采用流速偏大，則交換帶厚度大，降低樹脂層的利用率。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 6 離子交換軟化方法與系統 Na＋ 離子交換軟化法 ? Na+摩爾質量大，蒸發殘渣略有增加 ?堿度不變 ?適用于堿度低，只須軟化的場合，硬度高，堿度高，難以滿足要求。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 進水初期，進水中所用陽離子均交換出 H+，生成相當量的無機酸，出水酸度保持定值。運行至 a點時， Na+首先穿透，且迅速增加，同時酸度降低，當 Na+泄漏量增大到與進水中強酸陰離子含量總和相當時 ,出水開始呈現堿性；當 Na+增加到與進水陽離子含量總和相等時，出水堿度也增加到與進水堿度相等。至此， H離子交換結束，交換器開始進行 Na+交換，穩定運行至 b點之后，硬度離子開始穿透，出水 Na+含量開始下降，最后出水硬度接近進水硬度，出水 Na+接近進水 Na+，樹脂層全部飽和。 (f) H型樹脂與水中 Ca2+、 Mg2+、 Na+交換時水質變化 水中陽離子全部被H+交換 Na+開始泄露，[H+]下降 硬度泄露，[Na+]下降 為水中全 部陽離子 交換能 力耗竭 [Na+]=c(1/2Ca2++1/2Mg2+)堿 度開始泄漏 ,全部變為鈉交換 Ca2+Mg2+已置換樹 脂中原吸附的 Na+ Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 H－ Na串聯及并聯： Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 陽柱塔除氣 陰柱混合柱去離子水原水原水純水 返洗 酸堿排出液空氣混合樹脂陰陽陰陽排出液懸浮混合圖61 復合床 式離子交換處理水流程示意圖圖62 混合床 式處理水示意圖 據統計，約80%到 90 %的離子 交換樹脂用于水的凈化處理， 其 中兩種常見的脫鹽如下圖所示。Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 除碳器 除碳器原理 由上式可知，水中 H＋濃度越大，水中碳酸越不穩定，平衡向右移動。根據 亨利定律 ，在一定溫度下氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的分壓成正比，當液體中該氣體溶解量超過它溶解度時，它會從水中逸出。工業條件下， 水中 CO2逸出速度與下列條件有關 ：（ 1）水與空氣的接觸面積越大，逸出速度越快；（ 2）水溫與其逸出條件下的沸點越接近，逸出速度越快；（ 3）水中 pH越低，逸出速度越快。 CO2具有腐蝕性，并增加強堿樹脂負荷 .(一般為 H床后 ) Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 除碳器有鼓風式和真空式兩種。前者只能除去二氧化碳；后者不僅能除去二氧化碳，還可以除去氧氣等各種溶解氣體。目前采用比較廣泛的是鼓風式除碳器。 A、鼓風式除碳器的結構為圓柱型塔式結構，由配水裝置、填料層（拉希環、多面空心塑料球、波紋板等）和鼓風裝置（脫碳風機）所組成。水從上部進入塔體，由配水裝置均勻地噴淋在填料表面形成水膜，經填料層與空氣接觸后，流入下部集水箱（中間水箱）。空氣由鼓風機從塔底鼓入，與水中析出的二氧化碳一起從頂部排出。 水通過鼓風機除碳，一般可將 CO2含量降至 5mg/L以下。 B、真空式除碳器 真空式除碳器是利用真空泵或噴射器從除碳器的上部抽真空，使水在常溫下呈沸騰狀態以除去氣體。 水由上部進入塔體，經噴水裝置后，在整個截面上噴成霧狀，再經填料層后呈水膜狀向下流動；所釋放的氣體則通過頂部真空管路抽出塔外。真空式除碳器的淋洗密度一般為 40～60m3/(m3h)。 Dragon Aromatics 騰龍芳烴（廈門）有限公司 7 陰離子交換樹脂的特性 強堿性陰樹脂的工業特性（ ROH ） ROH+H2SO4→RHSO4+H2O ① 2ROH+ H2SO4→R2SO4+2 H2O ② ROH+HCl→RCl+ H2O ROH +H2CO3→RHCO3+ H2O ROH+H2SiO3→RHSiO3+ H2O 式①和式②一般同時進行 ,但當［ H2SO4］＞［ ROH］中 OH濃度時，①占優勢，低濃度時②占優勢。 R2SO4+H2SO4→2RHSO4可以進行，樹脂由 R2SO4變成RHSO4型。 1） 強堿性陽樹脂對水中各種陰離子的交換選者性也是不同的，一般順序為： PO43— ＞ SO42— ＞ N