水温对离子交换树脂的影响.doc

水温对离子交换树脂的影响塔西南化肥厂水气车间 孙金旺1. 装置简介水处理装置是化肥扩建工程配套装置，主要负责供应石化厂和电力工程部用脱盐水、化肥厂尿素装置开车使用脱盐水以及化肥厂合成氨装置使用的精制水。水处理的主要任务是：供应合成氨装置精制水：210t/h。供应尿素开车用脱盐水一次最大用量150t。最大供应泽普石化厂装置用脱盐水180t/h。正常时回收合成、尿素装置及循环水装置工艺冷凝液、蒸汽冷凝液、透平冷凝液共140t/h。水处理装置的正常出力为：一级脱盐水 245t/h。精制水 210t/h。2. 工艺原理脱盐水采用二级离子交换法，将水中盐类出去。先由H型阳交换器和OH型阴交换器串联组成一级脱盐系统，称为一级复床脱盐系统。进入脱盐系统的原水中，常含有Ca2+、Mg2+、Na+、等阳离子和SO42-、CL-、HCLO3-等阴离子以及弱酸H2CO3和H2SiO3,当此水通过弱酸H型树脂是，水中各阴离子均被树脂吸着，树脂上的H+被置换到水中，此H型交换器的出水呈酸性，然后通过强碱性OH型树脂时，水中各种阴离子均被树脂吸着，树脂上的OH呗置换到水中与水中的H结合成水。通过一级复床脱盐的水质还不能满足高压锅炉对水质的要求，还必须通过二级脱盐处理方能达到要求。我厂在复床后再加混合床离子交换器，混床所装树脂是由D001TR强酸阳树脂、D201TR强碱阴树脂、S-TR惰性树脂三种树脂组成。2.1离子交换树脂的作用原理阴阳离子交换技术是用H型阳离子交换剂与水中各种阳离子进行交换而放出H+，其余水中的阴离子生成相应的无机酸。当含有无机酸的水通过OH型阴离子交换剂时，与水中的各种阴离子交换而放出OH-，并和水中的H+结合成H2O。这样，当水经过这些阴、阳离子交换剂的交换处理后，就会把水中的各种盐类基本除尽。离子交换过程，是在水中离子与离子交换树脂的可交换基团间进行的。树脂的可交换基团不仅处于树脂颗粒的表面，而且大量的是处在树脂颗粒的内部，当树脂与水接触时，在树脂颗粒表面形成一层不流动的水膜。因此，离子交换过程是比较复杂的，不单是离子间交换位置，还有离子在水中和树脂颗粒内部的扩散过程。在实际运行中离子交换的速度控制步骤，常常有膜扩散和颗粒扩散。虽然离子交换速度受许多工艺条件的影响（如溶液浓度、树脂的交联度、树脂颗粒大小、流速、水温等），但提高水温可以同时加快膜扩散速度和颗粒扩散，全面促进离子交换速度，因此提高水温为实现系统经济运行发挥着重要作用。树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。2.2离子交换树脂的分类2.2.1强酸性阳离子树脂这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。 2.2.2弱酸性阳离子树脂这类树脂含弱酸性基团，如羧基COOH，能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO（R为碳氢基团），能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中（如pH514）起作用。这类树脂亦是用酸进行再生（比强酸性树脂较易再生）。2.2.3强碱性阴离子树脂这类树脂含有强碱性基团，如季胺基（亦称四级胺基）NR3OH(R为碳氢基团），能在水中离解出OH而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱（如NaOH）进行再生。2.2.4弱碱性阴离子树脂这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基（亦称一级胺基）-NH2、仲胺基（二级胺基）-NHR、或叔胺基（三级胺基）-NR2，它们在水中能离解出OH而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件（如pH19）下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。2.3水温对离子交换树脂的影响 原水温度对离子交换影响较大。提高水温可以加快离子交换过程，提高离子交换效果，同时由于温度的提高，离子的热运动加快，单位时间内离子接触树脂颗粒表面的次数增多，离子交换几率也相应增大，提高水温能使离子的动能增加，水德粘度减小，液膜变薄，这些都有利于离子扩散，故可以促进离子交换树脂对水中离子的吸附速度。温度对外扩散和内扩散大体相同，每升高一度，扩散速度将增加4-8%。提高再生液温度，有利于提高树脂的再生度。这是因为提高再生液温度能同时加快再生过程中离子在内扩散和膜扩散的速度，有利于再生交换，实验证明：高温再生比常温再生的平均再生度提高5%以上，并能提高HsiO3-的洗脱率。当再生液温度16、再生时间为100分钟时，其HsiO3-的洗脱率为50%；当再生液温度提高到35时，其对HsiO3-的洗脱率可达90%以上。3. 现状本装置在检修结束后，脱盐系列和精制系列的运行较检修前反差都比较大，最后将检修前后脱盐系列和精制系列的周期制水量、运行时间、运行温度、再生温度的数据进行统计如下表（7月检修，不统计数据）：脱盐系列（平均值）周期制水量（m）运行时间（h）运行水温（）再生水温（）检修前4月391625202332355月387124.5202434376月36912319223136检修后8月413625192425289月3815231822222610月36242216181720 通过比对数据可以发现，检修前运行状况基本平稳，随着6月份运行水温的降低，周期制水量和运行时间均有所降低。检修后的第一个月运行状况良好，随着运行水温和再生水温的降低，运行状况再次出现下降趋势。通过对半年数据的观察发现，运行水温2024左右。再生温度在2835之间时，是脱盐系列运行状况最好的时候。精制系列（平均值）周期制水量（m）运行时间（天）运行水温（）再生水温（）检修前4月438167303430345月461869313431346月47214927322732检修后8月5697511253025309月58912102025202510月579451016191720通过对精制系列运行观察发现。随着运行水温和再生水温的降低，周期制水量和运行时间呈上升趋势。4. 结论通过对半年数据的观察发现，当运行水温2024左右，再生温度在2835之间时，是脱盐系列运行状况最好的时候；当运行水温2025，再生温度在2028之间时，是精制系列运行状况最好的时候。（脱盐系列阳床上室为强酸阳树脂、下室为弱酸阳树脂，阴床上室为强碱阴树脂、下室为弱碱阴树脂，混床为强酸阳树脂和强碱阴树脂的混合床，所以各树脂运行和再生都存在一定的差异。）在除盐水处理系统中，离子交换树脂交换容量利用率的高低，直接关系到系统整体的经济效益。在运行中，要重视提高运行水温，加强完善系统结构，使运行方式尽量达到最佳状态，从根本上保证系统经济、稳定运行。为了是装置更高效平稳的运行，建议以下几点措施：1. 目前合成夹套水冷凝液由于温度高没有回收至脱盐水箱，处于排放状态，可以回收至清水池，充