離子交換裝置及運行課案課件

1、8.3 離子交換裝置及運行操作裝有離子交換劑的離子交換器稱離子交換床，離子交換劑層稱離子交換床層。生產(chǎn)實踐中，離子交換裝置妁種類很多。可分為固定床式和移動床式兩大類，固定床在各領域用得最廣泛。一、 固定床固定床：離子交換劑在一個設備中先后完成制水、再生等過程的裝置。按水和再生液的流動方向分為：順流再生式、逆流再生式、分流再生式逆流再生包括逆流再生離子交換器和浮床式離子交換器。按交換器內(nèi)樹旨的狀態(tài)又分為：單層（樹脂）床、雙層床、雙室雙層床、雙室雙層浮動床以及混合床。按設備的功能又分為：陽離子交換器（包括鈉離子交換器和氫離子交換器）、陰離子交換器和混合離子交換器。1順流再生離子交換器交換：水流自上

2、而下通過樹脂層；再生：再生液也是自上而下通過樹脂層。（水與再生液的流向是相同）（1）其結構： 密封的圓柱形壓力容器；設有樹脂裝卸口；觀察樹脂狀態(tài)的窺孔；進水裝置、排水裝置；再生液分配裝置；內(nèi)裝有樹脂。樹脂上部有反洗空間。如圖86所示。外部管路系統(tǒng)如圖87所示。（2）順流再生離子交換器的運行：分為五步：反洗、進再生液、置換、正洗和制水。組成一個運行周期。1）反洗：常用水自下而上進行的強烈反洗。反洗的目的：1）松動樹脂層；2）清除樹脂上層中的懸浮物、碎粒；反洗到排水不渾為止，一般需10l5min。2）再生：先將交換器內(nèi)的水放至樹脂層以上約100200mm處，然后使一定濃度的再生液以一定流速自上而下

3、流過樹脂層。3）置換：使水按再生液流過樹脂的流程及流速通過交換器，這一過程稱為置換。目的：使樹脂層中仍有再生能力的再生液和其他部位殘存的再生液得以充分利用。4）正洗：目的：清除交換器內(nèi)殘留的再生產(chǎn)物。置換后，應用運行時的出水自上而下清洗樹脂層，流速約1015m/h。正洗一直進行到出水水質(zhì)合格為止。5）制水：正洗合格后即可投入制水。3）順流再生工藝特點圖（a），交換結束時，進水中離子依據(jù)樹脂對它們的選擇順序依次沿水流方向分布，最下部樹脂的交換容量未能得到充分利用，尚存在一部分H型樹脂。再生前的反洗使樹脂中基本呈 均勻分布狀 態(tài)如圖（b） 再生：再生液由上而下通過樹脂層，上部樹脂先再生再生較充分，

4、由上而下再生度逐漸降低；下部未再生的主要是Ca、Mg型樹脂，和少量Na型樹脂，如圖（c）再生初期，一部分被再生下來的高價離子流經(jīng)下部樹脂層時，會將下部樹脂中的低價離子置換出來，使這部分樹脂轉為較難再生的高價離子型，底部未失效的H型樹脂也會因再生產(chǎn)物通過而轉成失效態(tài)， 樹脂再生困難，消耗再生劑多。順流再生工藝的再生效果差。順流交換器特點：設備結構簡單；運行操作方便；工藝控制容易；對進水懸浮物含量要求不很嚴格（濁度5NTU）。適用情況：對經(jīng)濟性要求不高的小容量除鹽裝置；原水水質(zhì)較好以及Na+值較低的水質(zhì)；采用弱酸樹脂或弱堿樹脂時。2逆流再生離子交換器再生液流動方向與交換時水流相反離子交換工藝。目的

5、：再生效果好?，F(xiàn)廣泛采用逆流再生。逆流再生：再生液及置換水都是從下向上流動的，如流速稍大，會使對脂層擾動。亂層打亂再生的層。使再生效果降低。（1）逆流再生離子交換器結構：圖89和圖810所示。與順流再生離子交換器結構不同的地方是：在樹脂層上表面處設有中間排液裝置以及在樹脂層上面加壓脂層。1）中間排液裝置：作用：使向上流動的再生液和清洗水能均勻地由此裝置排走，不使水流流向上面的空間而擾動樹脂層；小反洗的進水裝置；小正洗的排水裝置。2）壓脂層：目的是溶液向上流時樹脂不亂層，不能靠自身起到壓脂作用；壓脂層真實作用：濾掉水中的懸浮物，使它不進入下部樹脂中；使頂壓空氣或水通過壓脂層均勻地作用于整個樹脂層

6、表面，防止樹脂亂層。（2）運行：制水過程和順流式?jīng)]有區(qū)別。再生隨防止亂層措施的不同而異，壓縮空氣預壓，如圖811所示。圖811 逆流再生操作過程示意（a）小反洗；（b）放水；（c）頂壓；（d）進再生液；（e）逆流清洗；（f）小正洗；（g）正洗1）小反洗：為了保持不層亂，只對排液管上面的壓脂層進行反洗，以沖洗掉運行時積聚在壓脂層中的污物。2）放水：小反洗后，待樹脂沉降下來以后，放掉中間排液裝置以上的水。3）頂壓：從交換器頂部送人壓縮空氣，使氣壓維持在0.030.05MPa。4）進再生液：在頂壓的情況下，將再生液送人交換器內(nèi)，進行再生。5）逆流清洗：當再生液進完后，繼續(xù)用稀釋再生劑的水進行清洗。6

7、）小正洗：用以除去再生后壓脂層中部分殘留的再生廢液。7）正洗：按一般運行方式用進水自上而下進行正洗，流速10l5m/h，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運行。大反洗：經(jīng)多周期運行后，下部樹脂層也會受到一定程度的污染，因此必須定期地對整個樹脂層進行大反洗。其周期應視進水的濁度而定，一般為1020個反沖洗周期。水頂壓法：將氣頂壓換成水頂壓。（3）無頂壓逆流再生：為了保持再生時樹脂層逆流再生時不亂層，須采用頂壓。缺點：增加了一套頂壓設備和系統(tǒng)，且操作麻煩。如將中間排液裝置上的孔開得足夠大，使孔的水流阻力較小，并在中間排液裝置以上仍裝有一定厚度的壓脂層，在無頂壓時逆流再生時就不會出現(xiàn)水面超過壓脂層，就不會亂

8、層。這就是無頂壓逆流再生操作步驟：與有頂壓再生操作基本相同，只是不進行頂壓。（4）逆流再生工藝特點：與順流再生相比，逆流再生具有對水質(zhì)適應性強；出水水質(zhì)好；再生劑比耗低；自用水率低。3其他形式的離子交換器介紹（1）分流再生離子交換器 分流再生離子交換器的結構：中間排液裝置設置在樹脂層表面下約400600mm處。上下同時進再生液。流過上部的再生液可以起到頂壓作用；交換器中樹脂的交換容量利用率較高。兩端樹脂都能夠得到較好均再生。最下端樹脂的再生度同樣高，可保證了運行出水的水質(zhì)。（2）浮床式離子交換器整個樹脂層被向上水流托起的懸浮狀態(tài)進行離子交換的（稱成床）。樹脂失效停止進水，樹脂層下落（稱落床），

9、便可進行逆流再生。浮動床的運行：制水落床進再生液置換下向流清洗成床上向流清洗，再轉人制水。構成一個周期。1）落床：出水失效，停止制水，靠重力從下部起逐層下落，可起到疏松樹脂層、排除氣泡的作用。2）進再生液：常用水射器送液。調(diào)整再生流速，開啟計量閥，調(diào)整再生液濃度，再生。3）置換：待再生液進完后，關閉計量閥，繼續(xù)按再生流速和流向進行置換，置換水量約為樹脂體積的1.52倍。4）下向流清洗：置換后，開清洗水閥，調(diào)整流速至1015m/h進行下向流清洗，一般需1530min。5）成床、上流清洗：用2030m/h的較高流速進水將樹脂層托起，并進行上向流清洗，直至出水水質(zhì)達到標準時，即可轉入制水。由于浮動床

10、內(nèi)樹脂是基本裝滿的，沒有反洗空間，故無法進行體內(nèi)反洗。當樹脂需反洗時，需將部分或全部樹脂移至專用清洗裝置內(nèi)進行清洗。經(jīng)清洗后的樹脂送回交換器后再進行下一個周期的運行。清洗周期取決于進水中懸浮物含量的多少和設備在工藝流程中的位置，一般是1020個周期清洗一次。清洗方法：水力清洗法和氣水清洗法兩種。浮床式離子交換器的工藝特點：自學（3）雙層床和雙室雙層床：將強、弱型樹脂聯(lián)合應用的離子交換裝置雙層床和雙室雙層床。目的：充分利用再生液?？蓪⑵浞謱友b填在同一個交換器中，組成雙層床的形式。常用弱型樹脂的密度比強型樹脂小的特點，使其處于上層，強型樹脂處于下層。交換時：水自上而下，先過弱型樹脂，后過強型樹脂；

11、再生時：反向流，屬逆流再生。為了使雙層床中強型樹脂和弱型樹脂都能發(fā)揮它們的長處，應能較好地分層。為此，對所用樹脂的密度、顆粒大小都有一定要求。雙室雙層床是將交換器分隔成上、下兩室，強、弱樹脂各處一室；強型樹脂在下室，弱型樹脂在上室，避免了樹脂混層的問題。（4）混合床：圖813離子交換器內(nèi)主要裝置有：上部進水裝置、下部配水裝置、進堿裝置、進酸裝置及壓縮空氣裝置，在體內(nèi)再生混合床中部的陰、陽樹脂分界處設有中間排液裝置。有關混合床的其他特性將在84中詳細敘述。4，固定床離子交換設備的設計計算離子交換器都有定型產(chǎn)品，其尺寸、附屬設備和樹脂的裝填高度都有規(guī)定。選擇步驟：（1）交換器直徑的確定：由水量和流

12、速確定，流速與進水含鹽量有關，據(jù)出水水質(zhì)要求、運行經(jīng)濟性、生產(chǎn)班制等因素進行選用。式中， d單臺設各的內(nèi)徑，m； Q1單臺設備的產(chǎn)水量，m3/h； v運行流速，m/h。一般一級復床正常流速v應在1520m/h，為保障系統(tǒng)安全、正常運行，復床除鹽系統(tǒng)的離子交換設備宜不少于2臺，當一臺設備再生或檢修時，另一臺的供水量應能滿足正常的供水和自用水要求。（2）一臺設備一個周期離子交換容量Ec(mmol)式中：3）交換器裝載樹脂高度（hR）式中 E0樹脂的工作交換容量，mmol/L；E0樹脂工作交換容量，據(jù)再生方式、原水的含鹽量及其組成、再生劑種類及用量等來計算，常通過模擬試驗求得。通常0017苯乙烯系強

13、酸陽離子交換樹脂逆流再生工作交換容量在7001300mmol/L之間，2017苯乙烯系強堿陰離子交換樹脂，逆流再生工作交換容量在200400mmol/L之間。由上式計算的樹脂層高度一般不應小于1.2m，正常應在1.52.0m之間。二、移動床離子交換器定期排出一部分已失效的樹脂和補充等量再生好的樹脂，排出的失效的樹脂在另一設備中進行再生。樹脂交換過程和再生過程是分別在不同設備中同時進行的，特點：制水是連續(xù)的。1運行過程及再生過程自己看2移動床的優(yōu)點：移動床運行流速高，樹脂用量少且利用率高，占地面積小、連續(xù)供水、減少了設備備用量。缺點：運行終點較難控制；樹脂移動頻繁，損耗大；閥門操作頻繁，易發(fā)生故

14、障，自動化要求較高；對原水水質(zhì)變化適應能力差，樹脂層易發(fā)生亂層；再生劑比耗高。三、除碳器氫離子交換器出水中的游離CO2會腐蝕設備，常用除碳器將其除去。1除CO2原理水中碳酸化合物與空氣的CO2平衡關系：水中H濃度越大，平衡向右反應。經(jīng)H離子交換后的水呈強酸性，水中碳酸化合物幾乎全部以游離CO2形式存在。CO2氣體在水中的溶解度服從于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。降低水面氣體中CO2分壓，水中游離CO2便會從水中解吸出來，從而達到除去CO2目的。降低CO2分壓的辦法：一是在除碳器中鼓人空氣，即大氣式除碳；另一辦法是從除碳器的上部抽真空，即為真空式除碳。2除碳

15、器的設計計算鼓風填料式除碳器（1）除碳器的有效直徑d（m）式中：Q除碳器設計處理水量，m3/h； q設計淋水密度，m3/（m2h） 基準條件 q60 m3/（m2h） （2）除碳器所需填料高度h0（m）及填料總體積V0（m3）S單位體積填料所具有的工作表面積， （m2/m3 ），由所選的填料品種和規(guī)格決定，例如：25253mm瓷質(zhì)拉希環(huán)，其S值為204m2/m3C 脫除CO2的平均解析推動力，kg/m3， 近似表達為：HZ 進水碳酸鹽堿度，mmol/L；Mco2進水中游離CO2含量，mg/L。除碳器直徑由所需處理的水量決定，而除碳器所需填料的高度取決于進水CO2含量、其主要與原水堿度有關。（3）除碳器所需鼓風量W（m3/h）及所需進