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鍋爐水(shui)處理常用離子交換(huan)(huan)法(fa)。在離子交換(huan)(huan)過(guo)程中，交換(huan)(huan)與被交換(huan)(huan)的離子均為(wei)陽離子,這種只(zhi)進行陽離子(zi)交換(huan)的(de)方法稱為(wei)陽離子(zi)交換(huan)。樹脂參加(jia)交換(huan)反應中的(de)陽離子(zi)是(shi)鈉(na)離子(zi)(Na+)時,則此(ci)樹脂(zhi)(zhi)為鈉型(xing)陽離(li)子(zi)交換(huan)樹脂(zhi)(zhi)。當此(ci)樹脂(zhi)(zhi)與水中(zhong)鈣(gai)、鎂(mei)離(li)子(zi)進行交換(huan)時(shi) , 樹脂上的(de)鈉離子(Na+)全部(bu)進入軟化水中,這種(zhong)用鈉離子取代水中鈣(gai)、鎂的過程(cheng)我們(men)稱之為鈉離子軟化(hua)交換法。
 
一(yi)、鈉(na)離子(zi)交換(huan)的原理
當含有鈣(gai)、鎂離子(zi)的生水(shui),流經離子交(jiao)換器中的鈉離子交(jiao)換劑(ji)層時,水(shui)中的鈣(gai)、鎂離子(zi)被(bei)交換劑中的鈉離子(zi)所(suo)置換,從而(er)將在鍋爐(lu)中可能形成(cheng)水垢的鈣、鎂(mei)鹽(yan)類,轉變為易溶性鈉(na)鹽,而使水得以軟化。用反應方程式表示如下:
ca2++2NaR=CaR2+2Na+
Mg2++2NaR=MgR2+2Na+.
式(shi)中: NaR一(yi)一(yi)代表(biao)鍋離(li)子(zi)交換劑;
Na+一(yi)一(yi)代表交換劑中的交換離子;
R一(yi)(yi)一(yi)(yi)表示交(jiao)換離子以外的母體部分,它并不參加(jia)反應。
二、鈉(na)離子交換的特(te)點
1.生(sheng)水硬度大大降低或(huo)基本消除。
2.堿度保持不變(bian)。
經鈉型離子交(jiao)換樹脂軟化后的水質,由于碳(tan)酸(suan)鹽硬度等量地(di)轉(zhuan)變成了碳(tan)酸(suan)氫(qing)鈉,所以軟(ruan)化(hua)水中堿(jian)度(du)與進水中的堿(jian)度(du)相(xiang)等(deng)。
3.軟化水中含(han)鹽(yan)量略有(you)增(zeng)加經鈉(na)型(xing)離(li)子交換樹脂(zhi)軟化后(hou)的(de)水,由于原水中的陰離子(zi),即水中的氯離子(Cl-),硫酸(suan)根(S042- 一 )、碳酸氫根(HCO3-)和硅酸根(Si032-)等并不(bu)改變(bian),如果水中的(de)其他重金(jin)屬陽離子(zi)忽略不(bu)計時,只是鈣、鎂鹽類等量地轉變成了不生(sheng)成水垢的(de)鍋鹽。鈉離(li)子的(de)摩爾質(zhi)量為23g/mo1,以1/2Ca2+為基(ji)本(ben)單元(yuan)的摩爾質量為20.04g/mol、以1/2Mg2+為基(ji)本單元的摩爾質量為12.16g/mo1,因此,使軟化(hua)后(hou)的水質,其含鹽量(liang)(liang)要比其原水含鹽量(liang)(liang)為高。
三(san)、再(zai)生過程
在鈉離子交(jiao)換過程中,當軟水中出現了硬度,而(er)且超過了標準時,則證(zheng)明(ming)鈉型離子交(jiao)換樹脂已經(jing)失效。為了(le)恢復其再交(jiao)換的(de)能力,就需要對此樹脂進行再生。在再生過程中(zhong),就是使含有(you)大量鍋離子的氯化(hua)鈉(NaCl)溶液,通過(guo)失效的樹脂層,從(cong)而將離子交換樹脂中的鈣(gai)、鎂離子排到溶液中去,鈉(na)離子則被樹脂所吸附,使樹脂重新(xin)又恢復了交換(huan)能力。
鈉(na)型(xing)離(li)子(zi)交換樹脂的再生過程,可以下列(lie)反應式表(biao)示:
CaR2十2NaC1=2NaR+CaCl2MgR2+2NaCl=2NaR+MgCl2
四、鈉離子交換(huan)器的運行(xing)
鈉離子交換器(qi)的運行一般分(fen)為四個(ge)步驟(從交換器(qi)失效算起〉:反洗、再生、正洗和(he)交換(即運行)這四步(bu)組成一個運行循環,通常稱為一(yi)個(ge)周(zhou)期,現分述如下(xia):
1.反洗
當(dang)交換(huan)器出(chu)水硬度超過規定水質標準,即為失效。失效后停止軟(ruan)化(hua),先用一(yi)定(ding)壓(ya)力的(de)水自下而上(shang)對樹脂(zhi)層進行短時間的(de)強(qiang)烈反洗(xi)。反洗(xi)的(de)目(mu)的(de)是:
(1)松動交換劑(ji)層,為再生打下良好基礎。在交換(huan)過(guo)程(cheng)中,由于水(shui)自上而(er)下地通過交換劑層,使(shi)交換劑層被壓實,再(zai)生(sheng)時就會造成交換(huan)劑與再(zai)生(sheng)液接觸不(bu)充分。所以再(zai)生(sheng)前(qian)要反洗,使(shi)交換(huan)劑(ji)層(ceng)得到充分松動,為再生打下良好基礎。
(2)沖(chong)掉交換(huan)劑表(biao)層中截留的懸(xuan)浮物(wu)、碎粒和氣泡。在交換(huan)過程中,交換劑表層也起著過(guo)濾作(zuo)用,水(shui)中的懸浮(fu)物被截留在表(biao)層(ceng)上(shang),致使(shi)壓力增(zeng)大,還會(hui)使(shi)交換劑污染結塊(kuai),從(cong)而使交換容量下降(jiang);另(ling)外(wai),交換(huan)劑碎粒也(ye)影響(xiang)水流通過。反(fan)洗時可以(yi)沖掉(diao)這些懸(xuan)浮(fu)物(wu)和碎粒,還可以排除交換劑層中的氣(qi)泡(pao)。
***佳反洗強度,通過試驗(yan)求(qiu)得。一般反洗(xi)流(liu)速可控制在11~18m/h。反(fan)洗須至出水澄清為止。反(fan)洗時間約為10~15min 。在正常情況下,每立方(fang)米交(jiao)換劑反洗水量約2.5~3m3。
2.再(zai)生
再(zai)(zai)生的(de)(de)目的(de)(de)是使失效的(de)(de)交換劑重新(xin)恢復交換能力。它(ta)是交換器運行操作(zuo)中很重要的(de)(de)一環。再(zai)(zai)生時采用動態再(zai)(zai)生,而不用靜(jing)態再生。即再生時(shi)不要放掉交換器內的水,然后在(zai)開始(shi)進再生液(鹽液(ye)濃度以6~10×10-2為宜)的同(tong)時打開排水閥(fa)門,邊進再生液邊排(pai)水。應(ying)嚴格控制排(pai)水閥門開度,使(shi)再生液流速(su)控(kong)制在3~5m/h,并(bing)確(que)保全部交換劑層都浸泡在(zai)再(zai)生(sheng)液里面(mian)。再(zai)生(sheng)時(shi)間應(ying)不(bu)少于40min。
3.正(zheng)洗
正洗(xi)的(de)目的(de)就是清除(chu)交(jiao)換(huan)器中殘留的(de)再生劑和(he)再生產物(CaCL、MgCl2)。正洗初期實際上(shang)是再生的(de)繼續,流(liu)速不要太大,可掌握在3~5m/hp。當正洗出水基本不咸時(shi),可將(jiang)流速加大(da)到10~15m/h;正洗后期應經常取樣(yang)化驗出(chu)水硬度(du), 當出水硬度達到(dao)標準時,且氯(lv)化物不超過原水氯(lv)根50~100mg/L時(shi),即可投(tou)入交換運(yun)行。
4.交換運行
正洗(xi)結束后,鈉離子交換(huan)器(qi)即可(ke)投入(ru)運行。交換(huan)劑(ji)在交換(huan)器(qi)中的工(gong)作情況具(ju)有(you)層狀的特性。當水進(jin)入(ru)交換(huan)器(qi)時,首先發生的交換過程是在交換劑(ji)的上層,此(ci)時交換劑的(de)下(xia)層實(shi)際上(shang)是沒有(you)什么變化(hua)的(de),因為水通過上(shang)面時(shi)各反(fan)應物質(zhi)已達平(ping)衡。但當開始(shi)運(yun)行后,***上(shang)層很快就失效了,因(yin)此以(yi)后交(jiao)換(huan)作用在此失效層以(yi)下的交(jiao)換(huan)劑中運(yun)行。
在鈉離子交換軟化過(guo)程中交換劑(ji)層(ceng)分為三層(ceng),如(ru)圖7-1所示。*層為失效層,第二層為(wei)工(gong)作(zuo)層,第三層為沒參加工(gong)作的(de)交換劑層,又稱保護層。在交換(huan)軟化中,*層漸漸加大,第二層漸漸向下移動,而第三層逐漸縮小,等(deng)到第二(er)層的下邊緣移到和交換劑層的下邊緣重合(he)時,若再繼續交換(huan),出水的硬度(du)就開始增加了,也就是說交換器已開始失(shi)效(xiao)。
五、鈉離子(zi)交換器的有關計算
1.交換劑的工作交換容量可按下式計算:
E=Q(YD-YDc)/V
式中:E一一交(jiao)換劑(ji)工(gong)作交(jiao)換容量,mol/m3;
Q一一交換器周期出(chu)水量,m3;
YD一一原水的硬度,IIIEnol/L；
YDe--軟(ruan)化(hua)水(shui)平均殘留硬度,mmol/L；
V一(yi)(yi)一(yi)(yi)交換劑體積,m3。
例[7-2]某廠一臺(tai)交換器內001×7樹(shu)脂為1m3,經(jing)化驗YD=2.52mmol/L,YDc=0.02mmol/L,周(zhou)期(qi)出水量為400m3,求此(ci)周期交(jiao)換劑的工作交(jiao)換容量為(wei)多(duo)少?
E=Q(YD-YDc)/v=400(2.52-0.02)/1=1000mol/m3
答(da):此周期001×7樹(shu)脂工作交換(huan)容量為(wei)1000mol/m3。
2.再(zai)生一次(ci)用鹽量可(ke)按下式計算(suan):
m=EVb/1000a
式中:m一(yi)(yi)一(yi)(yi)再生一(yi)(yi)次用鹽量,kg;
b一一交換劑(ji)的(de)鹽(yan)耗,g/mol;
α一一食鹽純度,10-2.
例[7-3]某廠(chang)一臺交換器(qi)內(nei)裝001×7樹脂為0.3m3,其工作交換容量為(wei)100Omol/rd,再生時鹽耗為120g/m01,使(shi)用(yong)食(shi)鹽純(chun)度(du)為95×1OF2,求再生(sheng)一次用鹽量(liang)?
m=EVb/1000a=1000×0.3×120/0.95×1000≈37.6kg
答 : 再生一(yi)次用鹽量為37.6kg。
3.鹽耗的計算。根據上(shang)兩個公式,可導出鹽耗計算公式(shi)為:
b=ma/Q(YD-YDc)×103g/mol
例(li)[7-4] 某廠一臺交換器(qi)內裝 001×7樹脂(zhi)為1m3,周期(qi)出水(shui)量(liang)為(wei)500m3,經化(hua)驗:YD=2.02mmol/L,YDc=0.02mmol/L,食鹽純度(du)為95×10-2,再生一次用鹽量(liang)為140kg,求(qiu)鹽耗為多(duo)少?
b=ma/Q(YD-YDc)×103=140×95/100/500(2.02-0.02)×103
=133g/mol
答:鹽耗為133g/mmol。