《离子交换除盐》PPT课件.ppt

聚 苯 乙 烯 高 分 子 骨 架 的 制 备 ：二 乙 烯 苯苯 乙 烯CH=CH2n CH CH2CHCH2 CH聚 苯 乙 烯CHCH 2 CH+ 过 氧 化 苯 甲 酰CH=CH2CH=CH2m CHCH2 CHCHCH2CH CH2SO 3H SO3HCHCH2 CHCHCH2CH CH2+H2SO4 聚 苯 乙 烯 苯 乙 烯 系 磺 酸 型 阳 树 脂100 ， Ag2SO4苯 乙 烯 阳 树 脂 的 制 备磺 化 反 应 n 苯 乙 烯 阴 树 脂 的 制 备n 氯 甲 基 化 反 应 ： CH2CICH CH2聚 苯 乙 烯 +CH2OCH2CI氯 甲 醚 CH CH2+CH3OH氯 甲 基 聚 苯 乙 烯 （ 氯 球 ） CH CH2氯 球 CH2CI 三 甲 基 胺+ (CH3)3 N CH CH2CI CH2N (CH3)3 苯 乙 烯 季 胺 盐 阴 树 脂氨 化 反 应 ： 表 3.5.1 分 类 代表 3.5.1 骨 架 代 号例 如 ： 001 7(凝 胶 型 )苯 乙 烯 系 强 酸 阳 离 子 交 换 树 脂 ， 交 联 度 为 7 。 110 4(凝 胶 型 )丙 烯 酸 系 弱 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 ， 交 联 度 为 4。 D201大 孔 型 苯 乙 稀 系 强 碱 性 阴 离 子 交 换 树 脂 。 Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ n 强 碱 阴 树 脂 的 选 择 性 顺 序 为 ：n SO4 2 NO3 Cl OH F HCO3 HSiO3H+有 特 别 强 的 亲 和 力 ，n H+Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+n 弱 碱 性 阴 树 脂 对 HCO3 交 换 能 力 很 差 ， 对 HSiO3 甚 至 不 交 换 ， 弱 碱阴 树 脂 的 选 择 性 顺 序 为 ： n OH SO4 2 NO3 Cl HCO3n 根 据 以 上 顺 序 可 以 看 出 ， 对 于 强 酸 性 阳 树 脂 ， 最 先 漏 出 的 离 子 是 Na+，对 于 强 酸 性 阴 树 脂 ， 最 先 漏 出 的 是 HSiO3 ， 故 一 般 通 过 监 测 钠 离 子和 硅 酸 根 的 量 来 判 断 交 换 器 失 效 终 点 。n 在 浓 溶 液 中 由 于 离 子 间 的 干 扰 较 大 ， 且 水 和 半 径 的 大 小 顺 序 与 在 稀 溶液 中 有 些 差 别 ， 其 结 果 使 得 在 溶 液 中 各 离 子 间 的 选 择 性 差 别 较 小 ， 有时 甚 至 出 现 相 反 的 顺 序 。 n 树 脂 的 离 子 交 换 是 一 种 可 逆 反 应 ， 反 应 式 可 表 示 为 ：n RA+B = RB+An 与 任 何 化 学 平 衡 一 样 ， 上 述 反 应 遵 循 质 量 作 用 定 律 ， 它 的 逆 反 应 就 是A型 树 脂 的 再 生 。 平 衡 常 数 表 达 式 ：n KBA=RBA/（ RAB）n 在 实 际 运 行 时 ， 交 换 树 脂 分 为 几 个 区 域 ，上 层 全 部 转 为 B型 树 脂 ， 是 失 效 层 。 失效 层 的 下 一 个 区 域 为 工 作 层 ， 水 经 过 工作 层 时 ， 离 子 交 换 反 应 就 在 这 一 层 进 行 ，在 这 一 层 中 的 树 脂 是 A型 和 B型 的 混 合 物 ，随 着 交 换 的 进 行 ， 工 作 层 树 脂 被 B离 子 饱和 ， 也 就 是 说 工 作 层 变 成 了 失 效 层 ， 工 作层 又 下 移 到 下 一 区 域 ， 可 见 交 换 柱 中 的 工 作 层 是 自 上 而 下 不断 移 动 的 。 图 3.6.2 树 脂 层 交 换 层 工 作 状 况 1失 效 层 ； 2工 作 层 ； 3尚 未 工 作 的 树 脂 层 n 工 作 层 的 下 一 个 区 域 是 尚 未 工 作 的 A型 树 脂 层 ， 在 离 子 交 换 进 行 过 程中 ， 这 三 层 实 际 上 无 时 不 在 变 化 ， 所 以 不 可 能 找 出 明 显 的 分 界 线 ， 图中 的 分 界 线 是 为 说 明 问 题 而 大 致 划 分 的 。n 在 交 换 过 程 中 ， 工 作 层 不 断 下 移 ， 当 下 移 到 交 换 柱 底 部 最 后 一 层 时 ，此 时 出 水 中 就 有 B离 子 ， 也 就 说 B离 子 开 始 穿 透 ， 交 换 柱 开 始 失 效 了 。所 以 最 后 一 层 离 子 交 换 容 量 未 能 充 分 发 挥 ， 只 起 保 证 出 水 质 量 的 作 用 ，为 保 护 层 。n 如 果 保 护 层 厚 度 大 ， 则 交 换 柱 的 工 作 交 换 容 量 就 小 ； 反 之 ， 交 换 柱 的工 作 交 换 容 量 就 大 。 n 进 入 一 级 除 盐 系 统 的 水 是 经 预 处 理 、 预 脱 盐 的 水 ， 水 中 只 含 有 少量 的 溶 解 性 杂 质 。 溶 解 性 杂 质 包 括 阳 离 子 、 阴 离 子 、 少 量 胶 体 硅 等 。其 中 水 中 的 阳 离 子 主 要 由 Ca2+、 Mg2+、 K+、 Na+和 极 少 量 的 Al3+、 Fe3+离子 组 成 ， 阴 离 子 主 要 由 HCO3 、 SO42-、 Cl 和 少 量 的 NO3-、 HSiO3-离 子组 成 。n 当 水 通 过 强 酸 性 H型 阳 交 换 器 时 ， 水 中 所 有 的 阳 离 子 都 被 强 酸 性 H型 树 脂 吸 收 ， 活 性 基 团 上 的 H+被 置 换 到 水 中 ， 与 水 中 的 阴 离 子 组 合 生 成 酸 。 其 反 应 式 ：1/2Ca 2+ 1/2 SO42- 1/2 Ca 1/2 H2SO4 1/2Mg2+ + NO3- + RH R 1/2 Mg HNO3 CI HCINa+ HCO3 - Na 1/2 H2CO3 n 阳 离 子 交 换 器 的 出 水 是 酸 性 水 。 但 当 交 换 器 运 行 失 效 时 ， 其 出 水 中 就 会 有 其它 阳 离 子 的 泄 漏 ， 而 在 诸 多 的 阳 离 子 中 ， 首 先 漏 出 的 阳 离 子 是 Na+， 故 习 惯 上称 之 为 漏 钠 。 当 出 水 中 的 Na+超 过 一 个 给 定 的 极 限 值 时 ， 阳 离 子 交 换 器 被 判 失效 ， 需 停 运 再 生 后 才 能 投 入 运 行 。n 为 什 么 阳 交 换 器 失 效 时 ， 首 先 发 生 漏 钠 ， 而 不 是 漏 Ca2+或 Mg2+离 子 ？ 这 是 因 为水 中 各 种 阳 离 子 与 树 脂 中 H+发 生 交 换 反 应 时 ， 因 树 脂 对 各 种 阳 离 子 的 吸 收 有选 择 性 ， 故 被 树 脂 吸 收 的 离 子 在 交 换 器 内 有 分 层 现 象 ， 根 据 树 脂 对 被 吸 收 离子 的 选 择 性 顺 序 ， 最 上 层 是 最 易 被 吸 收 的 Ca2+， 次 层 以 Mg2+为 主 ， 下 层 就 是 Na+。 n 当 交 换 器 不 断 进 水 ， 随 离 子 交 换 的 不 断 进 行 ， 由 于 水 中 的 Ca2+比 Mg2+、Na+与 树 脂 的 亲 合 力 更 大 ， 更 易 被 树 脂 吸 收 ， 所 以 水 中 的 Ca2+离 子 可 和 已 吸收 了 Mg2+的 树 脂 进 行 交 换 反 应 ， 使 Ca型 树 脂 层 向 下 扩 展 ， 而 被 置 换 下 来 的Mg2+一 起 与 Na+型 树 脂 发 生 交 换 ， 使 Mg2+型 树 脂 层 下 移 而 Na+的 交 换 区 域 也 逐渐 下 移 。 在 运 行 过 程 中 ， 这 三 层 不 同 型 态 的 交 换 剂 的 高 度 在 不 断 地 向 下 扩 展 ，如 图 3.7.2所 示 。n 阳 床 整 个 制 水 周 期 (运 行 开 始 到 交 换 器 失 效 这 段 时 间 )中 电 导 率 、 钠 离 子 浓 度 、酸 度 变 化 可 用 图 3.7.3表 示 。n 开 始 通 水 正 洗 时 随 水 的 不 断 通 入 ， 水 质 越 来 越 好 。 因 而 电 导 率 、 酸 度 、 钠 离子 快 速 下 降 （ a点 前 ） 。 在 ab为 稳 定 制 水 过 程 ， b点 后 树 脂 开 始 失 效 。 此 时 水中 钠 增 加 ， 氢 离 子 减 少 而 氢 氧 根 增 加 ， 使 酸 度 下 降 ， 电 导 率 下 降 。 a b图 3.7.2 交 换 器 中 离 子 分 布 情 况 (a)开 始 进 水 时 (b)交 换 器 失 效 时 图 3.7.3 强 酸 H型 阳 离 子 交 换 器 典 型 出 水 曲 线 阴 离 子 交 换 实 质 上 是 阴 树 脂 中 的 OH与 酸 性 水 (经 过 阳 离 子 交 换及 除 碳 )中 的 负 离 子 进 行 交 换 。 所 以 在 强 碱 性 阴 离 子 交 换 器 内 发 生 的反 应 为 ： 1/2H2SO4 1/2SO4 HNO3 NO31/2H2CO3 +ROH R 1/2CO3 +2H2OHCl CI1/2H2SiO3 HSiO3根 据 强 碱 阴 树 脂 的 交 换 规 律 ， HSiO 3-集 中 在 交 换 器 中 树脂 的 底 部 。 所 以 当 强 碱 性 OH型 阴 离 子 交 换 器 失 效 时 ，HSiO3-先 漏 出 来 ， 致 使 出 水 的 硅 含 量 升 高 。为 了 减 轻 阴 离 子 交 换 器 的 负 担 ， 往 往 在 进 入 阴 床 前 设 置脱 碳 器 ， 减 少 水 中 的 CO32- 图 3.7.4 强 碱 性 OH型 离 子 交 换 器 出 水 水 质 变 化 混 合 床 是 圆 柱 型 密 闭 容 器 。 其 内 部有 进 水 装 置 、 排 水 装 置 、 中 部 有 再 生 时排 再 生 废 液 的 中 间 排 水 装 置 等 。 为 了 便于 阳 、 阴 树 脂 分 层 ， 混 合 床 中 阳 树 脂 与阴 树 脂 的 湿 真 密 度 差 应 大 于 0.150.20g cm3。 国 内 混 合 床 采 用 的 阳 、阴 树 脂 的 体 积 比 为 1： 2。 进 水 装 置中 间 排 液 装 置 排 水 装 置进 碱 装 置反 洗 空 间树 脂 层混 合 床 结 构 示 意 图 HSiO3 HSiO3 ， 故 混 床 中 一般 不 用 Na+作 为 混 床 失 效 的 指 标 。