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1、第六章、离子交换第六章、离子交换第一节、水的软化第一节、水的软化 一、离子交换软化系统与装置一、离子交换软化系统与装置 根据使用的目的，离子交换软化法有：根据使用的目的，离子交换软化法有：v钠离子交换软化法钠离子交换软化法v弱酸性氢离子交换除碱度软化法弱酸性氢离子交换除碱度软化法v氢氢-钠并联离子交换除碱度软化法钠并联离子交换除碱度软化法v氢氢-钠串联离子交换除碱度软化法钠串联离子交换除碱度软化法v铵铵-钠混合固定床离子交换软化法钠混合固定床离子交换软化法1、钠离子交换软化系统、钠离子交换软化系统（1）单级）单级单级钠离子交换软化系统的流程见图单级钠离子交换软化系统的流程见图61。 去除效果：
2、去除效果：能去硬度，残余硬度为能去硬度，残余硬度为0.030.05meq/L；不能脱碱；不能脱碱；出水总固体稍有增加。出水总固体稍有增加。适用：适用：原水硬度不太大的情况，原水硬度小于原水硬度不太大的情况，原水硬度小于68meq/L；原水碱度小于出水允许碱度；原水碱度小于出水允许碱度；用于低压锅炉。用于低压锅炉。 图61 单级钠离子交换软化系统 （2）双级）双级双双级级钠钠离离子子交交换换软软化化系系统统的的出出水水残残余余硬硬度度0.01meq/L，再生剂耗量较少。，再生剂耗量较少。适用：适用：进水总硬度进水总硬度10meq/L，且碱度较低。，且碱度较低。2、HNa离子交换脱碱软化系统离子交
3、换脱碱软化系统（1）HNa并联离子交换脱碱软化系统并联离子交换脱碱软化系统HNa并联离子交换脱碱软化系统的流程见图并联离子交换脱碱软化系统的流程见图62。特点：特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且适用于原水硬度高、碱度大的情况，且系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性稍差。稍差。 图62 HNa并联离子交换脱碱软化系统 在在HNa并联离子交换脱碱软化系统中，并联离子交换脱碱软化系统中， H交交换器和换器和Na交换器的交换器的流量分配为：流量分配为： （2）HNa串联离子交换脱碱软化系统串联离子交换脱碱软化系统HNa串联离子交换脱碱软化系统见图串联离
4、子交换脱碱软化系统见图63。 HNa串联离子交换脱碱软化系统的流量分串联离子交换脱碱软化系统的流量分配与并联情况一样。配与并联情况一样。特点：特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且适用于原水硬度高、碱度大的情况，且该系统运行安全可靠，能减轻该系统运行安全可靠，能减轻Na交换器的负交换器的负荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度水。水。 图63 HNa串联离子交换脱碱软化系统 二、顺流再生固定床二、顺流再生固定床1、交换器及辅助设备、交换器及辅助设备（1）交换器）交换器交换器为钢罐，内部构造由三部分组成：交换器为钢罐，内部构造由三部分组成：上部配水系统
5、：喇叭口、穿孔管上部配水系统：喇叭口、穿孔管树脂层，厚。树脂层，厚。下部配水系统：排水帽、多孔板石英砂垫层下部配水系统：排水帽、多孔板石英砂垫层（2）辅助设备）辅助设备再生设备再生设备脱炭器脱炭器水泵、水箱等水泵、水箱等2、操作过程、操作过程（1）交换）交换（2）反洗）反洗作用：作用：松动树脂，使再生液分布均匀松动树脂，使再生液分布均匀去除树脂中的杂质、碎粒、气泡去除树脂中的杂质、碎粒、气泡反洗强度：反洗强度：3L/m2s反洗时间反洗时间15-20min（3）再生）再生（4）正洗）正洗作用：作用：将残留在树脂中的再生液冲洗干净将残留在树脂中的再生液冲洗干净正洗时间：正洗时间：40-60min3
6、、评价、评价优点：优点：设备简单、操作容易设备简单、操作容易缺点：缺点：再生剂的用量比较大再生剂的用量比较大再生后树脂的工作交换容量较低再生后树脂的工作交换容量较低适用：适用：原水硬度较低的小型软化站原水硬度较低的小型软化站三、逆流再生固定床三、逆流再生固定床1、装置、装置 逆流再生固定床有以下特点：逆流再生固定床有以下特点：设有中间排水装置，作用：排除再生废液、设有中间排水装置，作用：排除再生废液、冲洗废液。冲洗废液。用压缩空气顶压，防止再生时树脂乱层用压缩空气顶压，防止再生时树脂乱层在中上部设有压脂层在中上部设有压脂层作用：使压缩空气分布均匀；起过滤作用，截作用：使压缩空气分布均匀；起过滤
7、作用，截留水中杂质。留水中杂质。材料：比重轻于树脂而略重于水的惰性树脂，材料：比重轻于树脂而略重于水的惰性树脂，高度为高度为15cm。2、操作过程、操作过程（1）交换）交换（2）再生）再生小反洗小反洗：把压脂层中杂质洗去：把压脂层中杂质洗去放水放水：将中间排水装置上部的水放掉：将中间排水装置上部的水放掉顶压顶压：进压缩空气：进压缩空气再生再生：进再生液：进再生液逆向清洗逆向清洗：用软化水逆流清洗：用软化水逆流清洗正洗正洗：顺向清洗：顺向清洗大反洗大反洗：10-20个周期进行一次个周期进行一次3、评价、评价（1）优点）优点使再生剂得到充分利用，降低再生剂用量。使再生剂得到充分利用，降低再生剂用量
8、。底层再生度高，使出水水质好。底层再生度高，使出水水质好。工作交换容量大，交换周期长，产水量高。工作交换容量大，交换周期长，产水量高。再生废液浓度低，清洗时间短，节约冲洗水，减少再生废液浓度低，清洗时间短，节约冲洗水，减少对环境的污染对环境的污染（2）缺点）缺点 设备复杂，造价高设备复杂，造价高操作麻烦操作麻烦（3）适用）适用原水硬度较高的大型软化站原水硬度较高的大型软化站四、固定床离子交换器设计计算四、固定床离子交换器设计计算1、树脂层高度、树脂层高度由由物料平衡物料平衡关系式：关系式：可计算得到可计算得到树脂层高度树脂层高度为：为：2、交换器的截面积及直径、交换器的截面积及直径 F=Q/v
9、3、树脂装量、树脂装量湿树脂重量为：湿树脂重量为：五、再生剂及其设备设计计算五、再生剂及其设备设计计算1、再生剂用量、再生剂用量（1）表示方法）表示方法再生剂用量再生剂用量G：单位体积树脂所耗的纯再生剂量。：单位体积树脂所耗的纯再生剂量。再生剂比耗再生剂比耗n：单位体积树脂所耗的纯再生剂物：单位体积树脂所耗的纯再生剂物质的量与树脂工作交换容量的比值。质的量与树脂工作交换容量的比值。再生剂耗量再生剂耗量R：单位工作交换容量所需的纯再生：单位工作交换容量所需的纯再生剂量。剂量。（2）再生剂总量）再生剂总量每台离子交换器再生一次需要的每台离子交换器再生一次需要的再生剂总量再生剂总量为：为：第二节、水
10、的除盐第二节、水的除盐 离子交换法除盐工艺的设计计算内容有：离子交换法除盐工艺的设计计算内容有：选择除盐系统的选择除盐系统的 工艺流程工艺流程确定处理装置中各主要设备的尺寸大小和数量确定处理装置中各主要设备的尺寸大小和数量计算离子交换树脂用量及交换器的工作周期计算离子交换树脂用量及交换器的工作周期估算再生剂的消耗及再生设备的计算估算再生剂的消耗及再生设备的计算管路系统及其他附属设备计算管路系统及其他附属设备计算一、复床除盐一、复床除盐 复复床床指指阳阳离离子子、阴阴离离子子交交换换器器串串联联使使用用的除盐系统。的除盐系统。1、强酸脱气强碱系统、强酸脱气强碱系统图64 强酸脱气强碱系统 （1）
11、强酸阳离子交换器）强酸阳离子交换器强酸阳离子交换树脂采用强酸阳离子交换树脂采用0017再生剂为盐酸，浓度再生剂为盐酸，浓度4%-10%物料平衡关系式为：物料平衡关系式为：（2）强碱阴离子交换器）强碱阴离子交换器强碱阴离子交换树脂采用强碱阴离子交换树脂采用2017再生剂为再生剂为NaOH，浓度，浓度4%-10%物料平衡关系式为：物料平衡关系式为：2、强酸弱碱脱气系统、强酸弱碱脱气系统强酸弱碱脱气系统适用于无除硅要求的场合。强酸弱碱脱气系统适用于无除硅要求的场合。（1）强酸阳离子交换器）强酸阳离子交换器强酸阳离子交换树脂采用强酸阳离子交换树脂采用0017再生剂为盐酸，浓度再生剂为盐酸，浓度4%-1
12、0%物料平衡关系式为：物料平衡关系式为：（2）弱碱阴离子交换器）弱碱阴离子交换器3、强酸脱气弱碱强碱系统、强酸脱气弱碱强碱系统 该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。子含量较大的情况。 图65 强酸脱气弱碱强碱系统 （1）强酸阳离子交换器）强酸阳离子交换器强酸阳离子交换树脂采用强酸阳离子交换树脂采用0017再生剂为盐酸，浓度再生剂为盐酸，浓度4%-10%物料平衡关系式为：物料平衡关系式为：（2）弱碱阴离子交换器）弱碱阴离子交换器（3）强碱阴离子交换器）强碱阴离子交换器四、混合床除盐四、混合床除盐混合床除盐指阳离子、阴离子交换树脂装填在
13、混合床除盐指阳离子、阴离子交换树脂装填在同一交换器内的除盐系统。混合床除盐系统同一交换器内的除盐系统。混合床除盐系统的出水纯度高，电阻率的出水纯度高，电阻率510Mcm。再生时将阳树脂、阴树脂分层再生，再生结束再生时将阳树脂、阴树脂分层再生，再生结束后将其均匀混合再进行离子交换。后将其均匀混合再进行离子交换。1、混床装置及再生方式、混床装置及再生方式（1）装置）装置 设有上部进水、中间排水、底部配水、进设有上部进水、中间排水、底部配水、进酸管、进碱管等。酸管、进碱管等。（2）再生）再生v再生之前利用阴树脂、阳树脂的湿真密度不同再生之前利用阴树脂、阳树脂的湿真密度不同进行反洗分层。进行反洗分层。v再生方式有：再生方式有：v体内再生：体内同时再生、体内分别再生体内再生：体内同时再生、体内分别再生v体外再生体外再生2、混床交换器设计计算、混床交换器设计计算物料平衡关系式为：物料平衡关系式为：式中式中C为水中含盐量。为水中含盐量。
