第第12章章 离子交换离子交换12.1 离子交换基本原理离子交换基本原理12.2 离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统12.3 离子交换软化设备及其计算离子交换软化设备及其计算12.4 离子交换除盐方法与系统离子交换除盐方法与系统12.1 离子交换基本原理离子交换基本原理12.1.112.1.1离子交换树脂的类型及命名离子交换树脂的类型及命名离子交换树脂的类型及命名离子交换树脂的类型及命名 12.1.1.1 12.1.1.1离子交换树脂的类型离子交换树脂的类型2 离子交换树脂1） 分类2 2） 结构结构3 3 磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂分类名称分类名称 12.1.1.2 12.1.1.2 命名命名 12.1.212.1.2离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能 1 1 外观外观 粒径粒径0.30.31.2mm 1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒不透明或半透明球状颗粒 2 2交联度：以交联度：以710%710%为宜为宜3含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率4溶胀性 干树脂+水湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度5 5密度密度6. 6.有效有效PHPH值范围值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pHpH值势必对其交换容量产生影响。值势必对其交换容量产生影响。表表表表12.1 12.1 各种类型树脂有效各种类型树脂有效各种类型树脂有效各种类型树脂有效pHpH值范围值范围值范围值范围树脂类型树脂类型强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性有效有效pHpH值范围值范围114114514514112112070712.1.312.1.3离子交换平衡离子交换平衡离子交换平衡离子交换平衡选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离子交换反应。 选择系数用离子浓度分率表示：二阶对一阶离子交换反应通式为：二阶对一阶离子交换反应通式为：12.1.412.1.4离子交换速度离子交换速度离子交换速度离子交换速度 膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？ 慢者控制离子交换反应的速度(1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步介于中间则取决于具体情况(2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄膜扩散快但孔隙扩散基本不受影响(3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比孔道扩散，速度与粒径次方成反比(4) 交联度：交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著12.1.5 12.1.5 树脂层离子交换过程树脂层离子交换过程树脂层离子交换过程树脂层离子交换过程12.1.612.1.6树脂的再生树脂的再生树脂的再生树脂的再生再生液与水流方向相同再生液与水流方向相同1 1顺流再生顺流再生特点：特点： 上部再生程度高，下部差，越是下部越差上部再生程度高，下部差，越是下部越差 再生剂耗量大，再生剂耗量大，2 23 3倍理论值时，效果仍不理想倍理论值时，效果仍不理想 出水剩余硬度高出水剩余硬度高 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 适合于硬度较低的场合适合于硬度较低的场合2 2逆流再生逆流再生再生液饱和程度再生液饱和程度 特点：特点： 再生效果好，耗量可降低再生效果好，耗量可降低20%20%以上以上 低低 出水水质明显提高出水水质明显提高 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保能保 证出水水质证出水水质 中中 再生废液中再生剂有效浓度低再生废液中再生剂有效浓度低 工作交换容量提高工作交换容量提高 高高 操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量低等低等3 3移动床：再生液向下流，水流向上流的方式移动床：再生液向下流，水流向上流的方式移动床：再生液向下流，水流向上流的方式移动床：再生液向下流，水流向上流的方式适用：处理水量稳定，且不间断运行适用：处理水量稳定，且不间断运行适用：处理水量稳定，且不间断运行适用：处理水量稳定，且不间断运行12.2 离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统 12.2.112.2.1离子交换软化系统选择离子交换软化系统选择 1 1NaNa离子交换软化法离子交换软化法2 2H H离子交换软化法离子交换软化法3 3H HNaNa串联及并联：串联及并联： 并联：并联：12.2.212.2.2离子交换树脂的交换容量离子交换树脂的交换容量离子交换树脂的交换容量离子交换树脂的交换容量1 1交换容量：交换容量： 1 1）全交换容量）全交换容量（1 1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量代表交换能力的大小代表交换能力的大小 （2 2）测定方法：滴定测定与理论上计算）测定方法：滴定测定与理论上计算12.312.3离子交换软化设备及其计算离子交换软化设备及其计算离子交换软化设备及其计算离子交换软化设备及其计算12.3.112.3.1逆流再生固定床逆流再生固定床逆流再生固定床逆流再生固定床再生液饱和程度再生液饱和程度 特点：特点： 再生效果好，耗量可降低再生效果好，耗量可降低20%20%以上以上 低低 出水水质明显提高出水水质明显提高 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出 水水质水水质 中中 再生废液中再生剂有效浓度低再生废液中再生剂有效浓度低 工作交换容量提高工作交换容量提高 高高 操作较复杂操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量低等从而使底部再生效果好及剂量低等 为何能降低出水硬度为何能降低出水硬度（以（以H H型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏）型树脂与含钠盐进行交换为例，即能降低钠的泄漏） 逆流再生操作步骤：逆流再生操作步骤： 小反洗小反洗 放水放水 顶压顶压 使床不乱使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否需顶压）（为何需顶压，顺流时是否需顶压） 进再生液进再生液 逆向冲洗逆向冲洗 （软化水，流速（软化水，流速5 57m/h7m/h） 正洗正洗为何需软化水逆向冲洗：为何需软化水逆向冲洗：逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的树脂在清洗过程中又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。又被消耗，导致出水质量下降，失去了逆流再生的特点。逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度逆流再生固定床的再生剂耗量与再生液浓度再生剂再生剂 耗量耗量(g/mol) (g/mol) 浓度浓度(%) (%) NaCl NaCl 8080100 100 5 58 8 HCl HCl 505055 55 1.51.53 3 NaOH NaOH 555565 65 1 13 3 钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质钠离子交换器顺流、逆流再生盐耗量和出水水质盐耗量盐耗量(g/mol) (g/mol) 出水硬度出水硬度c c（1/2Ca2+1/2Ca2+）umol/L umol/L 顺流顺流 逆流逆流 节约节约（%） 逆流再生逆流再生盐比耗盐比耗 顺流顺流 逆流逆流 A A厂厂 109.5 109.5 86.7 86.7 20.8 20.8 1.5 1.5 510 510 0 0 B B厂厂 109.6 109.6 88 88 19.7 19.7 1.5 1.5 46 46 2 2 C C厂厂 124 124 74.6 74.6 40 40 1.3 1.3 1016 1016 3 Hc的条件下，经H离子交换（到硬度开始泄漏）的周期出水平均强酸酸度在数值上与原水Hn相当？此时HNa离子交换系统的QH和QNa表达式为何？若原水碱度大于硬度，情况又是如何？4、在离子交换除盐系统中，阳床、阴床、混合床和除二氧化碳器的前后位置的布置应如何考虑？试说明理由。 3、在固定床逆流再生中，用工业盐酸再生强酸阳离子交换树脂。若工业盐酸中HCl含量为31%，而HCl含量为3%，试估算强酸树脂的极限再生度4、试说明离子交换混合床工作原理，其除盐效果好的原因何在？习习 题题:1、如下图所示，当氢离子交换出水强酸酸度为零，与其相应，出水Na+含量应是多少？2、在固定床逆流再生条件下，树脂工作交换容量能否由下式表示，试阐明其理由。