《离子交换工艺部分》PPT课件.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 1. 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1.05 1.10 ）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1) H离 子 交 换 器 设 在 强 碱 OH离 子 交 换 器 之 前2) 除 碳 器 应 设 在 H离 子 交 换 器 之 后 、 强 碱 OH离 子 交 换 器 之前 。3) 经 过 一 级 化 学 除 盐 后 不 再 设 置 除 碳 器 。4) 为 实 现 水 的 深 度 除 盐 ， 通 常 采 用 一 级 除 盐 系 统 加 混 床 。5) 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 1. 顺 流 再 生 离 子 交 换 器 2. 逆 流 再 生 离 子 交 换 器 3. 分 流 再 生 离 子 交 换 器4. 浮 床 5. 双 层 床 /双 室 床 6. 满 室 床 （ 罗 门 哈 斯 公 司 AMBERPACK技 术 ） 7. 混 合 离 子 交 换 器 8. 除 碳 器 9. 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 2 3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n 离 子 交 换 从 水 中 除 去 污 染 离 子 。n 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 。n 离 子 集 中 到 浓 水 室 。n 如 果 超 过 设 计 极 限 ， 会 发 生 结 垢 现 象 。n 极 水 (E) 含 有 氢 气 和 氯 气 ， 因 此 需 排 气 。n 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_Cathode2H 2O +2e- = 2O H - +H 2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 +Anode2H 2O = 4H + +O 2 +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n 主 要 用 来 控 制 E-CELL模 块 的 “ 电 阻 ”n 典 型 范 围 在 150 - 600 uS/cm 加 盐 水n 在 浓 水 回 路 中 加 入 高 品 质 的 盐 水n 盐 水 加 入 点 在 浓 水 排 放 以 后 以 减 少 加 盐 量n 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n 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 :n 确 认 淡 水 进 水 5秒 钟n 启 动 浓 水 循 环 泵 和 加 盐 泵n 确 认 浓 水 循 环 泵 运 行n 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n 启 动 整 流 器n 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 Operation1) 进 水 水 质n CO2 会 造 成 进 水 水 质 差n TEA 25 ppm 以 CaCO3 计 (16 for Pharm)n 硬 度 超 过 1.0 ppm 会 导 致 结 垢n 超 出 允 许 的 最 大 回 收 率 会 造 成 结 垢n 硅 含 量 超 过 500 ppb 也 会 引 起 结 垢 E-CellTM Operation2) 电 流n 每 个 模 块 的 平 均 电 流 必 须 足 够 负 担 进 水 中 的 离子 含 量 n 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n 淡 水 压 力 通 常 比 浓 水 压 力 大 5-10 psi (0.3-0.7 bar)n 新 的 MK-2E 模 块 的 压 差n 15 gpm 下 30-35 psi n 3.4 m3/h 下 2.0-2.4 bar E-CellTM Operation4) 流 量n 低 于 允 许 的 最 小 流 量n 由 于 冷 却 水 不 足 ， 部 分 成 分 可 能 会 融 化n 浓 水 室 更 容 易 结 垢n 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n 需 要 避 免 物 理 、 化 学 和 生 物 污 染n 物 理 污 染 : PVC 碎 片 ; 金 属 碎 屑 ; 污 垢 ; 尘 土 ; 花粉 ; 焊 渣 ; 树 脂 颗 粒 等n 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n 污 染 物 的 来 源 : 敞 开 式 储 罐 , 脱 气 塔 , 没 有 在 EDI前配 过 滤 器 的 软 化 器 等 n 能 够 连 续 运 行 ， 不 需 要 因 为 再 生 而 备 用 一 套设 备 ；n 模 块 化 组 合 方 便 ， 运 行 操 作 简 单 ；n 水 回 收 率 高 ， EDI的 浓 水 可 以 回 收 至 反 渗 透进 水 ；n 占 地 面 积 小 ， 不 需 要 再 生 和 中 和 处 理 系 统 ；n 运 行 费 用 低 ， 不 使 用 酸 碱 。EDI与 传 统 混 合 离 子 交 换 技 术 相 比 ， 具有 以 下 特 点