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深入分析离子交换设备的工作原理

来源:manbex官方网站 发布日期:

2017-02-27 13:46:25

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    离子交换设备是水的软化和除盐处理最常用的基本技术。具有处理程度高、出水水质好、技术成熟设备简单、价格适宜等特点,在日常生活中得到了广泛的应用。那么什么是离子交换?离子交换设备又是如何工作的?

离子交换设备

一、离子交换设备的基本原理

    1、离子交换软化的基本原理   离子交换软化除盐的基本原理是:用Na型强酸性阳离子交换树脂中的Na+ 交换去除水中的Ca2+、Mg2+ 硬度,饱和的树脂再用5%~8%的食盐NaCI溶液再生。原水经过树脂的软化,水中的致硬离子Ca2+、Mg2+ 被全部去除,替换成非致硬的Na+ 离子,但是处理后水的含盐量(以mol为单位)没有降低。
    2、离子交换除盐的基本原理   先用H型强酸性阳离子交换树脂中的H+ 交换去除水中的所有金属阳离子(以符号Mm+代表),饱和的树脂用3%~4%的盐酸HCI溶液再生。再用OH型强碱性阴离子交换树脂中的OH- 交换去除水中的除OH- 外的所有阴离子(以符号Nn-代表),饱和的树脂用2%~4%的NaOH溶液再生。最后所产生的H+ 与OH-合并为水分子。原水经过离子交换除盐处理后,水中的各种离子都被去除掉了。
    3、离子交换树脂   离子交换树脂具有离子交换能力,水处理中所使用的离子交换剂有:离子交换树脂、磺化煤、钠沸石等,是目前所用的主要离子交换树脂。
    离子交换树脂由树脂母体(骨架)和交换基团构成。离子交换树脂在生成过程中先采用凝胶法生成树脂母体小球。树脂母体小球为具有空间网架多孔结构的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯系树脂小球。树脂小球上再引入不同的交换基团,使其具有交换功能,成为离子交换树脂。例如:苯乙烯系树脂小球在浓硫酸中加热到100℃,以1%硫酸银为催化剂,把聚乙烯树脂苯环上的部分H+ 置换为磺酸基团(—RO3H),就得到强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。在苯乙烯系树脂上加入季氨基,则得到强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

二、离子交换设备的再生原理

    1、碱液再生系统  阴离子交换树脂的再生剂为烧碱,即氢氧化钠。
氢氧化钠产品有固体和液体两种,液体浓度为30%~40%,使用较为方便,其再生系统与设备盐酸再生系统相同。为了提高阴离子树脂的再生效果,再生时多对碱液加热使用(在喷射器后用蒸汽加热)。若采用固体烧碱(NaOH含量95%以上),则先将其溶解成30%~40%的碱液后再用。
    2、盐液再生系统  盐液再生系统用于Na型阳离子交换器的再生,以盐(NaCI)作为再生剂。饱和盐液浓度约为23%~26%,树脂再生液中NaCI的浓度控制5%~8%。
    3、酸液再生系统  阳离子交换树脂要作酸再生,可以用盐酸或硫酸。盐酸应稀释为3%~4%送入离子交换柱中。
    用硫酸作再生剂时,因硫酸的浓度高(96%左右),用量少,并且由于碳钢耐浓硫酸,可以直接用碳钢容器存放,防腐问题小。但对再生液的配置浓度必须严格控制,否则会在树脂中产生CaSO4沉淀析出物。在实际生产中,多采用分步再生法,即先用低浓度高流速的硫酸再生液再生,然后逐步提高硫酸浓度,降低流速。再生液的浓度视原水中Ca2+ 的含量和所占水中阳离子的比例,计算或调试确定。
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