離子交換除鹽簡介PPT課件

1、 離子交換：離子交換：借助于固體離子交換劑離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬于傳質(zhì)分離過程的單元操作。離子交換是可逆可逆的等當量交換反應(yīng)等當量交換反應(yīng)。離子交換除鹽即用離子交換技術(shù)將溶液中的鹽離子通過交換除去。 特點與應(yīng)用：特點與應(yīng)用：離子交換操作的過程和設(shè)備，與吸附基本相同，但離子交換的選擇性較高，更適用于高純度的分離和凈化。目離子交換主要用于水處理(軟化和純化)可以單純用于離子交換設(shè)備如陰、陽床陰、陽床，混床混床，也可作為凈水設(shè)備的功能之一如其在EDI除鹽設(shè)備除鹽設(shè)備中的重要作用；溶液（如糖液）的精制和脫色；從礦物浸出液中提取鈾和稀有

2、金屬；從發(fā)酵液中提取抗生素以及從工業(yè)廢水中回收貴金屬等。第1頁/共22頁離子交換過程離子交換樹脂離子交換功與過離子交換器運行過程離子交換原理最常見的離最常見的離子交換劑子交換劑第2頁/共22頁無無機機有有機機天然天然合成合成合成樹脂合成樹脂碳質(zhì)碳質(zhì)天然沸石，海綠砂天然沸石，海綠砂人造沸石，人造硅鋁酸鈉人造沸石，人造硅鋁酸鈉磺化煤磺化煤離子交換樹脂離子交換樹脂第3頁/共22頁離子交換離子交換樹脂樹脂離子交換樹脂是一種不溶于離子交換樹脂是一種不溶于水的高分子化合物，外觀上水的高分子化合物，外觀上為直徑為為直徑為0.3-1.2mm的淡黃的淡黃色或者咖啡色小球，微觀上色或者咖啡色小球，微觀上為立體網(wǎng)狀

3、結(jié)構(gòu)的骨架，骨為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架，骨架上連接著交換基團。架上連接著交換基團。 陽離子交換樹脂：交換基團能解離出陽陽離子交換樹脂：交換基團能解離出陽 離子的，如能解離出離子的，如能解離出HH+ +的，縮寫：的，縮寫：RHRH（強（強酸性或弱酸性）酸性或弱酸性） 陰離子交換樹脂：交換基團能解離的離陰離子交換樹脂：交換基團能解離的離子是陰離子型的，如能解離出子是陰離子型的，如能解離出OH-OH-的，縮寫：的，縮寫：ROHROH（強堿性或弱堿性）（強堿性或弱堿性） 溶脹性：樹脂由干態(tài)變濕態(tài)體積會發(fā)生變?nèi)苊浶裕簶渲筛蓱B(tài)變濕態(tài)體積會發(fā)生變化化 機械強度：良好的機械抗壓縮性和很低的機械強度：良好的機械抗

4、壓縮性和很低的脆性脆性 耐熱性：依種類而不同，一般耐熱性：依種類而不同，一般RHRH：100100左右；左右；ROHROH：60806080 交換容量：單位體積或質(zhì)量的樹脂可交換交換容量：單位體積或質(zhì)量的樹脂可交換離子的量，用離子的量，用mmol/gmmol/g表示表示第4頁/共22頁弱酸性：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+Li+離子交換離子交換原理原理選擇性選擇性強酸性：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+H+Li+強堿性：SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3-弱堿性：OH-SO42-NO-Cl-HCO3-在生產(chǎn)中在生產(chǎn)中RHRH的再生液通常用的再生液通

5、常用45%45%的鹽酸或者的鹽酸或者12%12%的硫酸，的硫酸，ROHROH的的再生液通常用再生液通常用34%34%的氫氧化鈉。的氫氧化鈉。第5頁/共22頁離子交換離子交換過程過程對于通過離子交換法進行化學除鹽化學除鹽的反應(yīng)主要包括兩大步驟，即：除對于通過離子交換法進行化學除鹽化學除鹽的反應(yīng)主要包括兩大步驟，即：除鹽反應(yīng)和再生反應(yīng)。（前面已經(jīng)提到）鹽反應(yīng)和再生反應(yīng)。（前面已經(jīng)提到）1.除鹽反應(yīng)除鹽反應(yīng)ABCD(a)(a)含有含有NaClNaCl的溶液緩緩從上自下流經(jīng)樹脂層，的溶液緩緩從上自下流經(jīng)樹脂層，Na+Na+受限于表層樹脂中的受限于表層樹脂中的H+H+進行交換，水中進行交換，水中一部分一

6、部分Na+Na+轉(zhuǎn)入樹脂中，樹脂中的一部分轉(zhuǎn)入樹脂中，樹脂中的一部分H+H+轉(zhuǎn)入水中；當水繼續(xù)向下流動時，這種交換繼轉(zhuǎn)入水中；當水繼續(xù)向下流動時，這種交換繼續(xù)進行，因此水中的續(xù)進行，因此水中的Na+Na+不斷減少，不斷減少，H+H+不斷不斷增加；在流經(jīng)過一段距離后，水中原有的增加；在流經(jīng)過一段距離后，水中原有的Na+Na+全部交換成全部交換成H+H+，之后繼續(xù)向下流的水及其流，之后繼續(xù)向下流的水及其流過的樹脂不會再發(fā)生變化，交換器中的出水全過的樹脂不會再發(fā)生變化，交換器中的出水全部為部為H+H+，而，而Na+Na+含量等于含量等于0 0。第6頁/共22頁離子交換離子交換過程過程1.除鹽反應(yīng)除鹽

7、反應(yīng)ABCD （b)b)隨著水不斷流過，上部進水端樹脂很快隨著水不斷流過，上部進水端樹脂很快全部轉(zhuǎn)化為全部轉(zhuǎn)化為RNa,RNa,故失去了繼續(xù)交換能力，交故失去了繼續(xù)交換能力，交換進入下一層。這時在樹脂中形成換進入下一層。這時在樹脂中形成3 3個層區(qū)，個層區(qū)，如如b b圖所示，上部圖所示，上部ABAB層為失效層，樹脂全部變層為失效層，樹脂全部變成成RNaRNa，中部，中部BCBC層為工作層，在這一層中從層為工作層，在這一層中從上到下上到下RNaRNa逐漸減少至逐漸減少至0 0，下部，下部CDCD層為未工層為未工作層，樹脂仍然為作層，樹脂仍然為RHRH，水通過這一層時水質(zhì)，水通過這一層時水質(zhì)不發(fā)生

8、任何變化。不發(fā)生任何變化。 天然水中常含有天然水中常含有Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、Na+Na+等多等多種陽離子及其他多種陰離子，因此離子交換并種陽離子及其他多種陰離子，因此離子交換并非這么簡單。但是從上自下被吸著的離子按照非這么簡單。但是從上自下被吸著的離子按照該離子選擇性順序在樹脂層中依次排布，最上該離子選擇性順序在樹脂層中依次排布，最上部是選擇性最大的離子，最下部是選擇性最小部是選擇性最大的離子，最下部是選擇性最小的離子，各種離子的選擇性差異越大則在樹脂的離子，各種離子的選擇性差異越大則在樹脂層中的分層就越明顯，故當下部出水中含有選層中的分層就越明顯，故當下部出水中含有選擇性最小

9、的離子時說明離子交換達到終點且離擇性最小的離子時說明離子交換達到終點且離子樹脂已經(jīng)除鹽完畢，全部失效。子樹脂已經(jīng)除鹽完畢，全部失效。第7頁/共22頁離子交換離子交換過程過程2.再生反應(yīng)再生反應(yīng) 樹脂失去繼續(xù)交換水中離子的能力時稱為失效，通常交換器運行至欲樹脂失去繼續(xù)交換水中離子的能力時稱為失效，通常交換器運行至欲出去離子開始泄露即認為失效。失效樹脂需再生才能恢復交換能力，恢復出去離子開始泄露即認為失效。失效樹脂需再生才能恢復交換能力，恢復樹脂的交換能力稱為再生。樹脂的交換能力稱為再生。再生所用的化學藥劑稱為再生劑，陰離子樹脂的再生劑一般用再生所用的化學藥劑稱為再生劑，陰離子樹脂的再生劑一般用N

10、aOHNaOH等，陽等，陽離子樹脂再生劑一般選用離子樹脂再生劑一般選用HClHCl或者或者H H2 2SOSO4 4。 因為離子交換反應(yīng)是可逆的，故樹脂運行所吸著的離子完全有可能由因為離子交換反應(yīng)是可逆的，故樹脂運行所吸著的離子完全有可能由再生劑中帶同類電荷的離子取代。但是實際上，再生反應(yīng)只能進行到平衡再生劑中帶同類電荷的離子取代。但是實際上，再生反應(yīng)只能進行到平衡狀態(tài)，只用理論量的再生劑是不能使樹脂的交換容量完全恢復的，因此再狀態(tài)，只用理論量的再生劑是不能使樹脂的交換容量完全恢復的，因此再生劑的用量通常超過理論量。生劑的用量通常超過理論量。 第8頁/共22頁第9頁/共22頁離子交換器的運行過

11、程離子交換離子交換器種類器種類 復床復床是指把裝有陽離子交換樹脂的離子交換器與是指把裝有陽離子交換樹脂的離子交換器與裝有陰離子交換樹脂的離子交換器先后串聯(lián)起來使裝有陰離子交換樹脂的離子交換器先后串聯(lián)起來使用以達到同時除去電解質(zhì)溶液中的陽離子與陰離子用以達到同時除去電解質(zhì)溶液中的陽離子與陰離子或兩種以上不同物質(zhì)的目的交換器?；騼煞N以上不同物質(zhì)的目的交換器。混床混床是指將陰陽離子交換樹脂按一定比例混合后放在同一個交換器內(nèi)所組成是指將陰陽離子交換樹脂按一定比例混合后放在同一個交換器內(nèi)所組成離子交換系統(tǒng)。通過復床可將水中的種礦物鹽基本除去。為了獲取較好的除離子交換系統(tǒng)。通過復床可將水中的種礦物鹽基本除

12、去。為了獲取較好的除鹽效果，陽床內(nèi)裝載強酸陽離子交換樹脂，陰床一般內(nèi)裝載強堿陰離子交換鹽效果，陽床內(nèi)裝載強酸陽離子交換樹脂，陰床一般內(nèi)裝載強堿陰離子交換樹脂。混床也分為體內(nèi)同步再生式混床和體外再生式混床。樹脂?；齑惨卜譃轶w內(nèi)同步再生式混床和體外再生式混床。第10頁/共22頁離子交換器運行過程一個完整的離子交換除鹽系統(tǒng)運行周期包括：一個完整的離子交換除鹽系統(tǒng)運行周期包括：除鹽、反洗、再生、正洗除鹽、反洗、再生、正洗4步。步。除鹽：除鹽：經(jīng)經(jīng)RH除去金屬離子的水再經(jīng)過除去金屬離子的水再經(jīng)過ROH樹脂層依次除去水中的陽離樹脂層依次除去水中的陽離子和陰離子最后得到純水。子和陰離子最后得到純水。反洗：反

13、洗：用清水松動交換劑層，清除樹脂層內(nèi)的懸浮物，破碎的樹脂和氣用清水松動交換劑層，清除樹脂層內(nèi)的懸浮物，破碎的樹脂和氣泡等，反洗至水澄清為止，反洗水從下而上進行洗滌，便于將樹脂層清泡等，反洗至水澄清為止，反洗水從下而上進行洗滌，便于將樹脂層清潔干凈并且將密實的樹脂層適當松動。潔干凈并且將密實的樹脂層適當松動。第11頁/共22頁離子交換器運行過程再生：再生：打開空氣門和進水門，后將一定濃度的再生液送入交換器內(nèi)，由打開空氣門和進水門，后將一定濃度的再生液送入交換器內(nèi)，由再生裝置將再生液均勻分布到整個樹脂層，并將交換器內(nèi)的空氣經(jīng)氣管再生裝置將再生液均勻分布到整個樹脂層，并將交換器內(nèi)的空氣經(jīng)氣管排出，空

14、氣排凈后關(guān)閉空氣門打開排水門，此時再生液流過樹脂層，并排出，空氣排凈后關(guān)閉空氣門打開排水門，此時再生液流過樹脂層，并與失效的陽離子（或者陰離子）樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)，使失效的樹脂與失效的陽離子（或者陰離子）樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)，使失效的樹脂再生，再生過程廢液從排水門排出。再生，再生過程廢液從排水門排出。正洗：正洗：待樹脂再生后的廢液基本排完，樹脂中仍有殘留的再生劑和再生待樹脂再生后的廢液基本排完，樹脂中仍有殘留的再生劑和再生產(chǎn)物，必須將其洗除，交換器方能投入運行，正洗時清水沿運行線路進產(chǎn)物，必須將其洗除，交換器方能投入運行，正洗時清水沿運行線路進入交換器、排水門、排入地溝。正洗開始時排出廢液中

15、仍然有再生劑和入交換器、排水門、排入地溝。正洗開始時排出廢液中仍然有再生劑和再生產(chǎn)物，隨著正洗的進行，出水中兩者含量逐漸減少，除鹽交換反應(yīng)再生產(chǎn)物，隨著正洗的進行，出水中兩者含量逐漸減少，除鹽交換反應(yīng)開始發(fā)生，排水基本符合水質(zhì)標準時關(guān)閉排水門結(jié)束正洗，開始進行下開始發(fā)生，排水基本符合水質(zhì)標準時關(guān)閉排水門結(jié)束正洗，開始進行下一周期的運行。一周期的運行。第12頁/共22頁離子交換器離子交換器混合床離子交換器結(jié)構(gòu)混合床離子交換器結(jié)構(gòu)1放空氣管；放空氣管；2觀察孔；觀察孔；3進水裝置；進水裝置；4多孔板；多孔板；5檔水板；檔水板；6濾布層；濾布層；7中間排水裝置中間排水裝置第13頁/共22頁離子交換器

16、離子交換器 離子交換器結(jié)構(gòu)離子交換器結(jié)構(gòu) 離子交換器再生裝置離子交換器再生裝置 1放空氣管；放空氣管；2進水漏斗；進水漏斗；3再生裝置；再生裝置；4縫式濾縫式濾頭；頭；5混凝土混凝土第14頁/共22頁混床運行過程混床運行過程 混床是把陽、陰樹脂混合裝在同一個交換器內(nèi)運行的，所以運行操作混床是把陽、陰樹脂混合裝在同一個交換器內(nèi)運行的，所以運行操作與一般固定床不同，特別是混床的再生操作差別很大。當混床樹脂失效與一般固定床不同，特別是混床的再生操作差別很大。當混床樹脂失效再生時，首先應(yīng)把混合的陽、陰樹脂分層，然后才能分別通過酸、堿再再生時，首先應(yīng)把混合的陽、陰樹脂分層，然后才能分別通過酸、堿再生液進

17、行再生，這是混床操作的特點。再生方法分為體內(nèi)再生法和體外生液進行再生，這是混床操作的特點。再生方法分為體內(nèi)再生法和體外再生法。再生法。 其體內(nèi)再生法，其步驟為：反洗分層、再生和正洗。其體內(nèi)再生法，其步驟為：反洗分層、再生和正洗。第15頁/共22頁混床運行過程混床運行過程 反洗分層：由于陽、陰樹脂比重的不同，當混床樹脂反洗時，在水流作用下樹脂會自動會層，陽、陰樹脂的比重差越大，分層越迅速、徹底。 再生：混床中陽、陰樹脂分層后，就可以對上層的陰樹脂和下層的陽樹脂分別進行再生，亦可同時進行再生。 再生陰樹脂時，堿液從上部的進堿管進入，通過失效的陰樹脂層，使失效樹脂再生，其廢液由混床中部排液裝置排出。

18、再生陽樹脂時，酸液從下面通過底部配水裝置進入失效樹脂層，使失效的陽樹脂再生，其廢液從混床中部的排液裝置排出。 正洗：正洗就是用清洗水從上部進入，通過再生后的樹脂層由底部排出， 首先進行混合前正洗，當正洗到排水的導電度在規(guī)定值以下時，停止混合前正洗，然后從混床交換器底部進入壓縮空氣，把兩種樹脂混合均勻，進行混合后的大流量正洗(流速約為20米/時左右)至出水合格，投入運行或備用。第16頁/共22頁混床運行過程混床運行過程混床體外再生：混床體外再生：凝結(jié)水混床常采用體外再生方式，體外再生系統(tǒng)有三個凝結(jié)水混床常采用體外再生方式，體外再生系統(tǒng)有三個主要功能：一是分離陰、陽樹脂，二是空氣擦洗樹脂除去金屬腐

19、蝕產(chǎn)物，主要功能：一是分離陰、陽樹脂，二是空氣擦洗樹脂除去金屬腐蝕產(chǎn)物，三是對失效樹脂進行再生和清洗。三是對失效樹脂進行再生和清洗。體外再生系統(tǒng)中包括下述子系統(tǒng)：體外再生系統(tǒng)中包括下述子系統(tǒng)：（1） 用于樹脂分離、再生、貯存的系統(tǒng)；用于樹脂分離、再生、貯存的系統(tǒng)；（2） 用于酸堿貯存、計量、投加的酸、堿系統(tǒng)；用于酸堿貯存、計量、投加的酸、堿系統(tǒng)；（3） 用于樹脂反洗、清洗、輸送及稀釋再生劑的自用水系統(tǒng)；用于樹脂反洗、清洗、輸送及稀釋再生劑的自用水系統(tǒng)；（4） 用于擦洗樹脂、混合樹脂的壓縮空氣系統(tǒng)。用于擦洗樹脂、混合樹脂的壓縮空氣系統(tǒng)。其余基本原理與體內(nèi)再生基本一致。其余基本原理與體內(nèi)再生基本一致。第17頁/共22頁混床體外再生混床體外再生再生液系統(tǒng)：再生液系統(tǒng)：陰、陽樹脂再生塔；陰、陽樹脂再生塔；酸堿輸送泵；酸堿輸送泵；貯存罐；貯存罐；計量計量箱；箱；計量泵；計量泵；熱水罐；熱水罐；再生泵。再生泵。再生過程：再生過程：分離塔送失效樹脂再生塔空氣擦洗樹脂再生送回分離塔第18頁/共22頁混床運行特點混床運行特點混床和復床運行相比有以下特點：混床和復床運行相比有以下特點：（1 1） 出水水質(zhì)優(yōu)良；出水水質(zhì)優(yōu)良；（2 2） 出水水質(zhì)穩(wěn)定；出水水質(zhì)穩(wěn)定；（3 3） 間斷運行對出水水質(zhì)影響較小；間斷運行對出水水質(zhì)影