离子交换-工艺部分.ppt

第二章 锅炉补给水的化学除盐,第一节 离子交换基本理论,离子交换原理 交换反应的可逆性；酸、碱性和中性盐分解能力；中和与水解 2. 离子交换过程(阳阴离子在树脂层中按一定顺序分布) 3. 工作层及影响因素(一是影响离子交换速度的因素;二是影响水流沿交换柱过水断面均匀分布的因素。) 4. 工作交换容量(交换的离子量除以交换柱中树脂的体积),5. 失效树脂的再生 1)强酸H交换器的再生（HCl或H2SO4） 2)强碱OH交换器的再生（NaOH） 3)弱型树脂的再生（HCl、 H2SO4 ，也可以是H2CO3，当用强酸作再生剂时，比耗一般为1.051.10 ） 4)再生剂比耗（单位体积树脂所用再生剂的量（mol/m3）和该树脂的工作交换容量（mol/m3）的比值） 5)清洗水耗（单位体积树脂再生后用水清洗至交换器可以投入运行所需最少量水的体积，以树脂层体积的倍数表示）,第三节 水的化学除盐,1.化学除盐原理 （各种离子和离子交换树脂进行化学反应） 2.化学除盐系统设备的设置原则 H离子交换器设在强碱OH离子交换器之前 除碳器应设在H离子交换器之后、强碱OH离子交换器之前。 经过一级化学除盐后不再设置除碳器。 为实现水的深度除盐，通常采用一级除盐系统加混床。 当原水水质差，一级除盐系统的交换器运行周期短，酸、碱耗大时，可以采用强、弱型树脂联合应用工艺。,第四节 常用化学除盐水处理设备,顺流再生离子交换器 逆流再生离子交换器 分流再生离子交换器 浮床 双层床/双室床 满室床（罗门哈斯公司 AMBERPACK技术） 混合离子交换器 除碳器,连续电去离子（EDI） EDI（Electrodeionization）是一种不耗酸、碱而制取纯水的新技术，又称“填充床电渗析”。它是将传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来，既克服了电渗析不能深度除盐的缺点，又弥补了离子交换不能连续制水、需要用酸碱再生等不足。EDI适用于处理反渗透出水等低含盐量水，其产水水质满足锅炉用水对电导率、硬度和硅等要求。,EDI除盐机理 一种说法是利用离子交换原理除去水中离子，利用水在直流电能的作用下分解产生H+和OH-去再生混合离子交换树脂，从而实现在通电状态下，连续制水、再生； 一种理论是在电场作用下，纯水里离子在树脂相的迁移速率要比水中高23个数量级，阴、阳离子会与树脂颗粒不断发生交换过程而构成“离子迁移通道”，即阴、阳离子主要通过树脂相迁移至阳膜和阴膜而进入浓水室。,EDI产品的应用 EDI装置通常用于处理反渗透出水，用于制备超纯水。EDI对进水含盐量、弱电解质含量要求比较严格，主要是因为EDI对弱电解质的脱除能力受限于这些物质在水中电离度的大小。EDI要求进水硬度小于1.0mg/L(CaCO3)，当原水硬度不能满足该要求时，可以使用钠离子软化器等工艺去除硬度。 为满足上述条件，EDI前处理通常为二级反渗透 +除碳器 或在二级反渗透 前加碱处理。 （单级反渗透出水硬度、CO2 、SiO2含量高难以满足EDI进水要求。）,目前世界上主要由美国Ionpure、GE、Omexell等大公司占领市场。国内有北京浙江等生产厂家. GE的膜堆在淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂，并在浓水室中设置了浓水循环系统，一方面可通过增加浓水室的电导率以减小浓水室电阻，另一方面浓水室保持较高的流速增强混合效果以减少结垢的可能，浓水中的离子通过从循环回路排出一部分以达到盐量平衡。 Ionpure公司的膜堆与其他公司不同之处在于将浓水室中也填充了离子交换树脂，通过树脂的导电能力维持装置电流，系统较为简化，不需要加入NaCl维持浓水室的电导率，也不需要使用浓水循环泵。,EDI 工艺过程回顾,离子交换从水中除去污染离子。 污染离子以及 H+ 和 OH- 在电场作用下通过树脂和离子交换膜迁移到浓水室。 离子集中到浓水室。 如果超过设计极限，会发生结垢现象。 极水 (E) 含有氢气和氯气，因此需排气。 主要的能量最终转化为热量，所以要注意最小流量。,阴极化学反应,_,Cathode,2H2O +2e- = 2OH- +H2,生成氢气 pH值高 易产生结垢 水从阴极得到电子,阳极化学反应,+,Anode,2H2O = 4H+ +O2 +4e- 2Cl- = Cl2 +2e-,生成氧气 生成氯气 pH值低 阳极从水中得到电子,Oxygen gas formation 3.5 mL (STP)/Amp/minute Trace Chlorine formation 1-2 ppm in Eout (400 uS/cm NaCl) Low pH,浓水电导率,浓水电导率 主要用来控制E-CELL模块的“电阻” 典型范围在 150 - 600 uS/cm 加盐水 在浓水回路中加入高品质的盐水 盐水加入点在浓水排放以后以减少加盐量 盐加入量很小 - 典型加入量为每天0.1 到 10 磅 （0.045 到 4.54 kg/day）,浓水进口,进水口,浓水出口,出水口,极水排放口,流动方向: 1）淡水从模块下方进入 2）浓水从模块下方进入 3）产水从模块上方导出 4）循环浓水从模块上方导出 5）极水从模块上方排出,直流柜,控制原理,运行状态 E-Cell 系统启动: 确认淡水进水5秒钟 启动浓水循环泵和加盐泵 确认浓水循环泵运行 确认进水流量、浓水流量、浓水排放流量和极水排放流量 5 秒钟 启动整流器 确认整流器工作,E-CellTM 操作,影响E-Cell性能的四个参数： 1. 进水水质 2. 电流 3. 压力 4. 流量,E-CellTM Operation,1) 进水水质 CO2 会造成进水水质差 TEA 25 ppm 以 CaCO3 计 (16 for Pharm) 硬度超过 1.0 ppm 会导致结垢 超出允许的最大回收率会造成结垢 硅含量超过 500 ppb 也会引起结垢,E-CellTM Operation,2) 电流 每个模块的平均电流必须足够负担进水中的离子含量 1.5-2.0 Amp/stack 的电流对绝大多数进水已经足够,E-CellTM 操作,3) 操作压力 淡水压力通常比浓水压力大 5-10 psi (0.3-0.7 bar) 新的 MK-2E 模块的压差 15 gpm 下 30-35 psi 3.4 m3/h 下 2.0-2.4 bar,E-CellTM Operation,4) 流量 低于允许的最小流量 由于冷却水不足，部分成分可能会融化 浓水室更容易结垢 确保不超过回收率要求,关于进水的注意事项,进水必须符合反渗透直接透过水的水质 需要避免物理、化学和生物污染 物理污染: PVC 碎片; 金属碎屑; 污垢; 尘土; 花粉; 焊渣; 树脂颗粒等 化学污染: 氧化剂，如氯气; 多价阳离子，如铁、锰等; 环氧树脂及玻璃钢容器制作过程中所用的硬化剂 污染物的来源: