第二讲离子交换除盐

1电厂化学授课教师：白健美离子交换除盐1.离子交换树脂的结构及合成

离子交换树脂是由高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团（简称功能团）组成的。骨架具有庞大的空间网络结构，它是有许多低分子化合物（称为单体）聚合而形成的不溶于水的高分子化合物，高分子链上有各种可交换功能基团。2离子交换树脂的命名

离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前加“大孔”两字。分类属酸性的，在基本名称前加“阳”字；分类属碱性的，在基本名称前加“阴”字。离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品分类，第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号，用以区别功能基或交联剂的差异。4离子交换动力学5离子交换动力学67离子交换动力学代号0123456功能基强酸性弱酸性强碱性弱碱性螯合性两性氧化还原表1分类代号表2骨架代号代号0123456骨架类型苯乙烯系丙烯酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系例如：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。9树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：

RA+B=RB+A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：

KBA=[RB]·[A]/（[RA]·[B]）2.1离子交换原理1011图1离子交换等温曲线12KBA>1树脂对B的亲和力大于对A的亲和力，图中曲线c；KBA<1树脂对B的亲和力小于对A的亲和力图中曲线a；KBA=1树脂对A的亲和力等于对B的亲和力图中曲线b；称KBA为树脂的选择性系数，在浓度很稀时只与温度有关，温度一定时即为常数。13图

树脂层交换层工作状况

1—失效层；

2—工作层；

3—尚未工作的树脂层交换柱中的工作层是自上而下不断移动的。142.2一级复床除盐系统一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。OHHCOHHCHHHCCOHOHOH单元制母管制图3一级复床除盐系统1—阳床水泵；2—强酸性H型阳离子交换器；3—除碳器；4—中间水箱；5—中间水泵；6—强碱性OH型阴离子交换器15

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。

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.阳离子交换器161/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINa

HCO3

Na1/2H2CO3

强酸性阳离子交换树脂交换反应：17

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。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？

思考1在离子交换除盐系统中，阴、阳离子交换器有无先后顺序？2如何安排？3为什么？1819排水装置压脂层200mm进水装置反洗空间中间排液装置树脂层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水。排水装置的作用是均匀收集处理好的水；另一个作用是均匀分配反洗进水。中间排液装置的作用：中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影响，其作用是均匀排出再生液，防止树脂乱层、流失外，还应有足够的强度，安装时应保证在交换器内呈水平状态，2.阳离子交换器（阳床）压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物及机械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱层。20运行时的交换情况211）小反洗。只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。2）放水。3）进再生液4）逆流再生5）小正洗。水从上部进入，控制适当的流速，洗去再生后压脂层中残留的再生废液和杂质。6）正洗。用水自上而下进行正洗，直到出水水质合格，即可投入运行。树脂的再生压脂层进水再生液出水逆流固定床制水和再生流向图再生废液进水再生液出水222.除碳器

除碳原理水通过阳离子交换器，水中的HCO3-与从树脂上交换下来的H+结合，形成H2CO3极不稳定，随即分解生成的CO2：H2CO3=H2O+CO2水中的CO2，可以看作是溶解在水中的气体，它的溶解度与气体分压的关系符合亨利定律，即在一定的温度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压成正比。只要降低水面上CO2的分压力，溶于水中的游离CO2就能解吸出来。降低液面CO2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种。

23除碳器结构除碳器工作时水中上部布水扳扳淋下，通过填料层后，从下部排入水箱。空气从下部由风机引入，通过填料层后由顶部排出。真空除碳真空除碳通过真空泵或喷射器，从除碳器的不同部位抽真空而达到除碳的目的。排水口进气口进水口oooooooo

排气口填料支撑扳填料层布水扳鼓风除碳器的结构243.阴离子交换器(阴床)1/2H2SO41/2SO4HNO3NO31/2H2CO3+ROH→R1/2CO3+2H2OHClCI1/2H2SiO3HSiO3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：

图3.7.4强碱性OH型离子交换器出水水质变化根据强碱阴树脂的交换规律，HSiO3-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。因强碱阴树脂的选择性顺序为：SO42－>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HSiO3－25压脂层进水装置反洗空间中间排液装置树脂层2500mm排水装置逆流再生阴离子交换器示意图阴离子交换器与阳离子交换器一样是逆流再生工艺，其操作步骤与阳离子