离子交换树脂法对水的处理正交实验方案.doc

摘要 本实验以离子交换树脂法对水的处理 对其在硬水中去除离 子态物质 制取软水 纯净水和超纯水进行了研究 对离子树脂的 投加量 再生 转换量等 设计了正交实验的方案 找到最佳工艺 就能节约酸碱 节约经费 保护环境 生产更合适的锅炉用水 关键词 离子交换法 工业用水 硬水处理 活动位级 一 工业锅炉是中国重要的热能动力设备 中国是当今世界燃煤 工业锅炉生产和使用得最多的国家 近10 年每年生产工业锅炉3 4 万台 8 10 万蒸吨 全国工业锅炉装机总量2001 年为53 万台 120 万蒸吨 1992 2001 年的10 年间 平均每年新增工业锅炉7258 台 21690 蒸吨 现在我国在用锅炉持续增长 锅炉用水量也在逐年增长 水是锅炉工作的重要工质 它在锅炉中温度发生剧烈的变化 经常发生相变 变化过程中 水中的杂质也将随之发生各种变化 自然界的水是不纯净的 它含有多种杂质 颗粒最大的 称为悬浮物 其次是胶体 最小的是离子和分子 即溶解物质 水中的溶解物质主要是钙 镁 钾 钠等盐类和一些溶解性气体 CO2 O2 等 水中的溶解物质对锅炉的运行会带来 危害 二 锅炉水处理的现状 锅炉采用的天然水中含有钙 镁 氯等离子以及溶解氧 进入锅炉后会导致锅炉结垢 腐蚀 汽水共腾等现象 严重时造成锅炉使用不安全 寿命缩短 浪费大量人力 财力等 据有关 数据表明 锅炉每结生水垢1mm 浪费燃料5 8 我国现有在用工业锅炉54万多台 每 年全国工业锅炉大约耗煤6亿吨 但由于锅炉水处理不当 蒸汽冷凝水回用率低 燃烧不完 全等原因造成相当巨大的燃料损失 由于用户对水处理不够重视 锅炉水质合格率偏低 锅 炉内受热面结生水垢的现象较为普遍 造成的能源浪费十分惊人 我国每年因水处理不良造 成严重结垢直到设备破裂的事故数占锅炉设备事故数的比例高达35 实验部分 实验原理 RH M RM H 1 1 ROH N RN OH 1 2 式中 式中RH ROH为离子交换树脂 R为离子交换树脂的有机基因是非常稳定 的 M 指水中阳离子 N 指水中阴离子 在水处理中 原水 一般是用自来水或地下水 首先经过阳离子交换 进行 1 1 式反应 反应后的H 会与水中的CO32 和HCO3 产生CO2 HCO3 H CO2 CO32 2 H CO2 经过分离后进入空气中 然后进入阴离子交换 进行 1 2 式反应 从而除去水中阳离 子和阴离子 两部所生成的 H 和 OH 结合成水 这样即可把水中的阳离子和阴离子几乎都 除去 得到符合标准的工业锅炉用水 但是在 1 1 式反应和 1 2 式反应中 根据化学平衡原理 当有机 R 已被水中阳离 子和阴离子饱和后 就不能进行反应 必须用酸和碱对离子树脂进行再生 即进行 1 1 和 1 2 的逆反应 RM H CO2 CO32 2H CO2 在反应过程中 需要进行加酸 加碱等过程 使离子交换树脂还原 恢复正常的处理水功 能 从以上可以看出 用离子交换树脂处理硬水 其关键在于离子交换树脂的再生 所以就要 把握酸碱的用量 过多就会浪费 提高生产成本而且造成污染不利于小型企业发展 过少 离子交换树脂再生不好 处理的水质量不高 轻则重新处理 重则影响锅炉 造成安全隐 患 因此找到最佳用量 就能节约成本 保护环境 处理出高质锅炉用水 避免发生危险 综合以上因素 列出下面的因素位级表 表 2 3 并对其做出试验方案 表 2 因素 位级 再生水平 kg m3 再生液浓 度 再生液流 速 m h 运行量 t h 1351 5340 2402 0450 3452 5560 此表为阳离子正交水平因素 表中再生水平即为每立方米树脂的盐酸用量 序 号 再生水平 KG M3 再生 液浓 度 再生液 流速 M H 运行量 T H 制水 量 t 耗酸量 g mol 交换容量 mol m3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表 3 因素 位级 再生水平 kg m3 再生液浓 度 再生液流 速 m h 运行量 t h 1100 8340 2131 2450 3161 6560 参考文献 1 古国榜 李朴编 无机化学 北京 化学工业出版社 2005 7 180 188 2 杨子胥 正交表的构造 M 济南 山东人民出