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1、全自动软水器设计指导手册（附设计公式）目录一、总述11.锅炉水处理监督管理规则12.离子交换树脂内部结构13.钠离子交换软化原理及特性:24.水质分析测试内容2PH值(Potential of Hydrogen)2总溶解固体(TDS -TOTAL DISSOLVED SOLIDS)2铁含量(IRON)2锰3硬度值(HARDNESS)3碱度3克分子(mol)3当量4克当量4硬度单位4我国江河湖泊水质组成6二、全自动软水器6三、影响软水器交换容量的因素81.流速(gpm/ft，m/h)82.水与树脂的接触时间：（gpm/ft3）83.树脂层的高度94.进水含盐量105.温度126.再生剂质量(Na
2、Cl)127.再生液流量138.再生液浓度149.再生剂用量1510.树脂15四、自动软水器设计151.软水器设备应遵循的标准152.全自动软水器主要参数计算161)反洗流速的计算:162)系统压降计算163.软水器设计计算步骤16计算示例18教育专业b一、 总述1. 锅炉水处理监督管理规则第三条 锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规则。第九条 锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。第十条 生产锅炉水处理设备、药剂和
3、树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。第十一条 未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。第十四条 锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料: 1.水处理设备图样(总图、管道系统图等);2.设计计算书;3.产品质量证明书;4.设备安装、使用说明书;5.注册登记证书复印件。第三十六条 对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位和个人)的处理。2. 离子交换树脂内部结构离子交换树脂的内部结构可以分为三个部分：1) 高分子骨架 由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、
4、聚丙烯酸等；2) 离子交换基团 它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子官能团如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl等，或带有极性的非离子型官能团如-N(CH3)2、-N(CH3)H等；3) 孔 它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。离子交换树脂的内部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速1215m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）3. 钠离子交换软化原理及特性:钠离子交换软化处理的原理是：原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度
5、成份Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换从而吸附水中的Ca2+、Mg2+使水得到软化。如以Raa代表钠型树脂，其交换、再生过程如下：2RNa+Ca2+ =R2Ca+2Na+ R 2Ca+2NaCl =2RNa+CaCl2除去水中的硬度，碱度不变，TDS变化不大，氯根有所增加4. 水质分析测试内容主要包括: PH，TDS，总硬度和铁含量及类型PH值(Potential of Hydrogen)PH是氢离子浓度的负对数，表示溶液是酸性还是碱性。PH以0到14的尺标度量，以7.0为中点或中和点。PH值尺标0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14酸性 中性 碱性观察上面
6、坐标，我们可得出结论:6.0比中性仅“酸性略强”，但考虑到上面的科学定义，PH每下降一个整数，溶液的酸度增加10倍。因此PH4.0的酸性是PH7.0的1000倍;反之，PH10.0的碱性是PH7.0的1000倍。 总溶解固体(TDS -TOTAL DISSOLVED SOLIDS)溶解于水中的所有矿物质总体称作总溶解固体(TDS)。TDS可通过加各种阳离子或各种阴离子求得(阳离子和阴离子配对数)。例如:钙=21GPG(359.1mg/l)氯=16GPG(237.6mg/l)镁=9GPG(153.9mg/l)硫酸根=4GPG(68.4mg/l)钠=13GPG(222.3mg/l)碳酸根=23GP
7、G(393.3mg/l)总阳离子=43GPG(735.3mg/l)总阴离子=43GPG(735.3mg/l)总溶解固体(TDS)=43GPG(735.3mg/l)注意：TDS，总阳离子数和总阴离子数必须相等。溶解固体总量的90%以上是以下六种矿物质：阳离子：Ca2+，Mg2+，Na+阴离子：Cl-，SO42-，CO3-注：Ca2+和Mg2+是两种硬性矿物质的主要离子。 GPG-格令/ 加仑 铁含量(IRON) 铁约占地壳的5%，也是最常见的水问题之一。当铁暴露于空气、氯气中或受热时，从相对无害的二价状态转变到令人讨厌的三价状态：FeO+2H2CO3Fe(HCO3)2+H2O4Fe(HCO3)2
8、+O2+2H2O 4Fe(OH)3+8CO2当铁与某些嗜铁细菌一起存在时，问题变得更为严重，细菌消耗铁以维持生命，最终死亡，留下淤渣可堵塞水管和阀门。三种主要嗜铁细菌：Gallionella (盖氏铁柄杆菌属)Crenothrix (铁细菌属)Leptothrix (汗毛菌属) 锰锰是一种稀有的金属，它的化学、物理性能均与铁非常相似。锰通过与铁类似的反应进入水中，并以类似的方式被氧化：MnO + 2H2CO3Mn(HCO3)2 + H2OMn2+O2 + 2H2O2MnO2 + 4H+二氧化锰(MnO2)在低达0.05 PPM(0.05mg/L)的水平上就会引起黑色污污。情况既然如此，可以想象
9、2PPM(2mg/L)的浓度将会怎样。 硬度值(HARDNESS)1) 水在大气中凝聚， 溶解空气中的二氧化碳， 形成弱酸H2O+CO2H2CO32)该酸随雨落地，流过土壤到达岩床，溶解石灰、中和，同时变硬H2CO3+CaCO3Ca(HCO3)2H2+MgCO3Mg(HCO3)23) 钙，镁形成硬性水垢CaCl2氯化钙MgCl2氯化镁CaSO4硫酸钙MgSO4硫酸镁4) 硬性物质引起的问题是多重的， 最常见的是硬垢，反应水“硬化”现象的方程式如下：Ca(HCO3)2加热CaCO3+H2O+CO2 碱度水的碱度是指水中能够接受H+离子与强酸进行中和反应的物质含量。碱度是表示水中CO32-，HCO
10、3-，OH-及其它一些弱酸盐类的总和。在水中碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在：HCO3-+OH-=CO32-+H2O因此，水中的碱度以五种形式存在:1)HCO3-2)CO32-3)OH-4)HCO3-+CO32-5)CO32-+OH-碱度对锅炉运行影响碱度对锅炉的腐蚀，主要是苛性脆化腐蚀，是由水中NaOH造成。苛性脆化腐蚀会使金属晶粒间发生裂纹。其后果轻者使锅炉不能使用，重者发生锅炉爆炸，造成严重后果。NaHCO3 NaOH + CO2Na2CO3 + H2O 2NaOH + CO2 克分子(mol)定义：一定重量的物质，在数值上等于他的分子量，单位用克表示.这个量就称为一个克分子。如水的分子量
11、为18，而18克水就是1克分子水。克分子的水含有的分子数为：6.02X1023国际上规定：物质体系所包含的结构粒子(如原子、分子、离子、电子、光子等)数目与12克碳(C12)中的原子数目相等，则这体系的量为摩尔，符号mol。 当量定义：当量表示元素相互化合时它们之间的重量关系。各种元素相互化合时，其重量比等于他们的当量比。元素的当量原子量/化合价化合物的当量化合物的分子量/正(或负)价总数如: 钙的当量=原子量/化合价=40.078/2=20.039 克当量定义：一定量的物质在数值上等于它的当量，单位以克表示， 这个量就称为该物质的1 个克当 量。如：钙的当量为20.039， 而20.039克
12、的钙就等于1克当量 硬度单位1升水中含有的钙、镁离子的总毫克分子数(mmol/L)。1升水中含有的钙、镁离子的总毫克当量数(meq/L)。1升水中含有的1/2钙、1/2镁离子的总毫克分子数。即：以氢离子为基本单位的物质的量浓度(氢摩尔浓度)(在数值上钙、镁离子的总毫克分子数等于钙、镁离子的总毫克当量数)以CaCO3摩尔质量来表示的1升水中含有钙、镁离子的摩尔总数。表示方法为ppm(以CaCO3计)如: CaCO3的分子量为100其可接受或提供1molH+的摩尔质量为50。硬度为2H+mmol/L浓度，可表示为250=100ppm(以CaCO3计)例：水质分析结果为Ca2+=42.4mg/L，M
13、g2+=25.5mg/L用上面种方试表示其硬度(1)42.4/40.07+25.5/24.3=1.058+1.049=2.107mmol/L(2)42.4/20.03+25.5/12.15=4.22meq/L(3)4.22mmol/L(Ca2+ Mg2+)(4)4.2250=211ppm(以CaCO3计)1升水中含有的钙、镁离子总量等于17.1ppm(以CaCO3计）定义为一个格令/加仑(gr/gallon)。Cv 和 Kv是什么? Cv 是温度为60华氏度时, 流体通过一阀门时压力损失1 psi状态下的流量(单位为gpm ). Kv 是温度为20摄氏度时, 流体通过一阀门时压力损失1 Bar
14、状态下的流量(单位为 m3/hr ). 以上系数所涵盖的系统不受气蚀的影响. 数据来源为: 在实验室状态下, 在不同的流量情况下进行多次实验获得,同时记录下不同流量下的压力损失. Cv和Kv的相互转换: Cv = 1.16 KvKv = 0.853 Cv 主要用作计算阀门在不同流量状态下的压力损失.DP = (单位psi)DP = (单位为Bar) Cv = Kv = 事例 1: 一阀门 Cv = 6.5 ,压力损失为1 psi 时的流量为 6.5 gpm. 当流量为25 gpm 时,压力损失为: DP = (25/6.5) = 14.8 psi 事例2: 两软水器在流量为15 gpm 时,将产生的压力损失为 3 psi. 计算流量为25 gpm时的压差DP 为多少? Syst. Cv = (gpm/
