混床的结构及工艺原理.ppt

混床的结构及工艺原理 汽机分场 王振海 混床的定义 混床是混合离子交换柱的简称 是针对离子交换技术所设计的设备 壹 混床的结构 贰 混床的优点 叁 混床的工艺原理 肆 混床的运行操作 目 录 现在做离子水的工艺大致可分为三种 第一种 采用阳阴离子交换树脂取得的去离子水 一般通过之后 出水电导率可降到10us cm以下 再经过混床就可以达到1us cm以下了 但是这种方法做出来的水成本极高 而且颗粒杂质太多 达不到理想的要求 目前已较少采用了 第二种 预处理 即砂碳过滤器 精密过滤器 反渗透 混床工艺 这种方法是目前采用最多的 因为反渗透投资成本也不算高 可以去除90 已上的水中离子 剩下的离子再通过混床交换除去 这样可使出水电导率 0 06左右 这样是目前最流行的方法 第三种 前处理与第二种方法一样使用反渗透 只是后面使用的混床采用EDI连续除盐膜块代替 这样就不用酸碱再生树脂 而是用电再生 这就彻底使整个过程无污染了 经过处理后的水质可达到 15M以上 但这这种方法的前期投资比较多 运行成本低 根据各公司的情况做适当的投资 最好不过了 预除盐与精除盐 1在第一种工艺中 阴阳床是一级除盐 也叫预除盐 混床是二级除盐 也叫精除盐2在第二种工艺中 反渗透是一级除盐 也叫预除盐 混床是二级除盐 也叫精除盐预除盐 水经过过滤等预处理后 进入预除盐工序 除去水中的大部分盐类 出水电导率可降到10us cm以下精除盐 水经过预除盐工序后 再进入精除盐工序 可使出水电导率 0 06左右 混床的定义 混床是混合离子交换柱的简称 是针对离子交换技术所设计的下面先了解离子交换的相关知识 借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换 以达到提取或去除溶液中某些离子的目的 是一种属于传质分离过程的单元操作 离子交换是可逆的等当量交换反应 以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法 广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂 它是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质 离子交换反应是可逆的 而且等当量地进行离子交换树脂可以再生 将交换耗竭的离子交换树脂和适当的酸 碱或盐溶液发生交换 使树脂转化为所需要的型式 叫做再生 这类酸 碱或盐就叫再生剂 设备离子交换过程常在离子交换器中进行 离子交换器类似压力滤池 外壳为一钢罐 离子交换通常采用过滤方式 滤床由交换剂构成 底部为附有滤头的管系 离子交换 离子交换器 离子交换树脂 离子交换树脂是带有官能团 有交换离子的活性基团 具有网状结构 不溶性的高分子化合物 通常是球形颗粒物 1基本介绍离子交换树脂的全名称由分类名称 骨架 或基因 名称 基本名称组成 孔隙结构分凝胶型和大孔型两种 凡具有物理孔结构的称大孔型树脂 在全名称前加 大孔 分类属酸性的应在名称前加 阳 分类属碱性的 在名称前加 阴 如 大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 相关分类离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂 树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别 首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类 它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换 阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类 阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类 或再分出中强酸和中强碱性类 树脂 树脂 树脂 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 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 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pH5 14 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 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 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pH1 9 下工作 它可用Na2CO3 NH4OH进行再生 离子树脂的转型 以上是树脂的四种基本类型 在实际使用上 常将这些树脂转变为其他离子型式运行 以适应各种需要 例如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用 转变为钠型树脂再使用 工作时钠型树脂放出Na 与溶液中的Ca2 Mg2 等阳离子交换吸附 除去这些离子 反应时没有放出H 可避免溶液pH下降和由此产生的副作用 如蔗糖转化和设备腐蚀等 这种树脂以钠型运行使用后 可用盐水再生 不用强酸 又如阴离子树脂可转变为氯型再使用 工作时放出Cl 而吸附交换其他阴离子 它的再生只需用食盐水溶液 氯型树脂也可转变为碳酸氢型 HCO3 运行 强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后 就不再具有强酸性及强碱性 但它们仍然有这些树脂的其他典型性能 如离解性强和工作的pH范围宽广等 吸附选择 对阳离子的吸附高价离子通常被优先吸附 而低价离子的吸附较弱 在同价的同类离子中 直径较大的离子的被吸附较强 一些阳离子被吸附的顺序如下 Fe3 Al3 Pb2 Ca2 Mg2 K Na H 对阴离子的吸附强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为 SO42 NO3 Cl HCO3 OH 弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下 OH 柠檬酸根3 SO42 酒石酸根2 草酸根2 PO43 NO2 Cl 醋酸根 HCO3 离子交换设备 离子交换设备 1 是指离子交换过程常在离子交换器中进行 离子交换器类似压力滤池 外壳为一钢罐 离子交换通常采用过滤方式 滤床由交换剂构成 底部为附有滤头的管系 以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法 广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂 它是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质 根据树脂骨架上的活性基团的不同 可分为阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 两性离子交换树脂 螯合树脂和氧化还原树脂等 用于离子交换分离的树脂要求具有不溶性 一定的交联度和溶胀作用 而且交换容量和稳定性要高 2 离子交换设备特性 离子交换 3 反应是可逆的 而且等当量地进行 由实验得知 常温下稀溶液中阳离子交换势随离子电荷的增高 半径的增大而增大 高分子量的有机离子及金属络合阴离子具有很高的交换势 高极化度的离子如Ag Tl 等也有高的交换势 离子交换速度随树脂交联度的增大而降低 随颗粒的减小而增大 温度增高 浓度增大 交换反应速率也增快 离子交换树脂可以再生 将交换耗竭的离子交换树脂和适当的酸 碱或盐溶液发生交换 使树脂转化为所需要的型式 叫做再生 这类酸 碱或盐就叫再生剂 4 离子交换设备应用 离子交换分离广泛用于 水的软化 高纯水的制备 环境废水的净化 溶液和物质的纯化 如铀的提取和纯化 金属离子的分离 痕量离子的富集及干扰离子的除去 抗菌素的提取和纯化等 5 混床的定义 混床是混合离子交换柱的简称 是针对离子交换技术所设计的设备 所谓混床 就是把一定比例的阳 阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中 对流体中的离子进行交换 脱除 由于阳树脂的比重比阴树脂大 所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下 一般阳 阴树脂装填的比例为1 2 也有装填比例为1 1 5的 可按不同树脂酌情考虑 混床结构 混床就是里面装满了阴阳树脂的圆柱形容器 柱身有玻璃钢 不锈钢 碳钢等材质 混床是混合离子交换柱的简称 装填方式都是上阴下阳 最底层是排水帽 混床内部结构 1进水装置2排水装置 底部进水装置 3碱液分配器4中间排水装置 混床结构图 混床结构图2 混床结构图3 碱液分配器 中间排水装置 排水装置 底部进水装置 塑料水帽 塑料水帽 塑料水帽 塑料水帽 不锈钢水帽 混床设备优点 1 出水水质优良 出水pH值接近中性 2 出水水质稳定 短时间运行条件变化 如进水水质或组分 运行流速等 对混床出水水质影响不大 3 间断运行对出水水质的影响小 恢复到停运前水质所需的时间比较短 4 回收率达到100 混床应用范围 混床一般放置在电渗析器或反渗透装置之后 或直接应用于含盐量较低的水 对水进一步脱盐可制取较高纯水 广泛使用在电子 化工 医药 原子能 电力等行业 混床的工作原理 混床离子交换法 就是把阳 阴离子交换树脂放在同一个交换床中 并在运行前混合均匀 混床可以看作是由许多阳 阴树脂交错排列而组成的多级式复床 在混床中 由于阳 阴树脂是相互混合均匀的 所以阳 阴离子交换反应几乎是同时进行的 或者说水的阳离子交换和阴离子交换是多次交换进行的 即经H型阳离子交换所产生的H 和经OH型离子交换所产生的OH一不能积累起来 会立即生成离解度很低的水 这样就基本上消除了反离子的影响 其离子交换反应可以进行得很彻底 所以混床的出水质量很高 混床如何分类 按混床再生方式的不同 混床可分为体内式再生混床和体外式再生混床两种体内式再生混床是指运行及整个再生过程均在混床内进行 树脂不移出床体以外 混床的运行原理 混床是指水依次通过装有氢型阳离子交换树脂的阳床和装有氢氧型阴子交换树脂的阴床的系统 氢型阳交换床用于除去水中的阳离子 氢氧型阴交换床用于除去水中的阴离子 通过复床可将水中的种矿物盐基本除去 为了获取较好的除盐效果 阳床内装载强酸阳离子交换树脂 阴床一般内装载强碱阴离子交换树脂 混床失效 导电度 0 2us cm时含硅量 20微克 L时 混床再生 1反洗分层 开混床再生泵进口门 启动再生泵 再开混床再生泵出口门 混床反洗排水门和排空气门 反洗进水门 待排空门有水流出后 关闭排空气门 开始反洗流速宜小 待树脂松动后 逐渐加大流速 直至全部床层都能松动 此时流速大致达到10m h 阴树脂膨胀率为70 以上 阳树脂的膨胀率约为30 以上 这样经10 15分钟就可使阴 阳树脂分层 可以使用混床出水母管中的水经出水门来加大反洗分层流量 混床再生 2关闭混床反洗进水门 停止以后 若树脂分层不完全 应按1的操作重新进行反洗分层 3放水 待阴阳树脂完全分层后 开正洗排水门 将混床内的水放出 水放至离树脂表面层表面约10cm处 4进再生液 开混床再生泵进口门 启动混床再生泵运行 开再生泵出口门 酸碱喷射器进水门 中间排水门 维持交换器内水位在树脂表面10cm处 稳定2分钟 再开酸碱计量箱出口门 调整酸浓度在4 5 碱浓度在3 4 内 混床再生 5置换 当酸碱进完后 关酸碱计量箱出口门 继续用酸碱喷射器保持原来水量进行置换 直至中间排水呈中性为止 关混床进酸碱门 中间排水门 喷射器出口门 再生泵出口门 停运再生泵 关再生泵进口门 6阴阳树脂的混合 混合前开中间排水门 将混床内的水放到树脂层表面上100 150mm处 关闭中间排水门 开混床底部进气门 母管出口门 从底部通入压缩空气 使树脂搅匀 所用压缩空气压力0 1 0 15MPa 时间约为5分钟 通完压缩空气要快速排水以迫使树脂迅速降落 避免树脂在降落时重新分层 排水时开混床正洗排水门 混床再生 7正洗 开中间水泵进口门 启动中间水泵运行 开中间水泵出口门 阴床进水门及出水门 再开混床进水门及正洗排水门以10 20m h的流速正洗 洗至出水合格方可作备用或投入运行 再生时一定要阴 阳树脂完全分开才能再生 其余与阴阳床注意事项相同 混床再生注意事项 反洗分层开始时流速