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固定床钠离子交换再生过程(软化水的再生过程)
固定床钠离子交换再生过程
在钠离子交换过程中,当软水中出现了硬度,而且超过了标准时,则证明钠离子交换树脂已经失效。为了恢复其交换容量,就需要对树脂进行再生。
1、钠离子交换再生原理
再生过程,主要是使含有大量的钠离子的氯化钠(NaCl)溶液,通过失效的树脂层,从而将离子交换树脂中的钙、镁离子交换到溶液中去,钠离子则被树脂所吸附,使树脂重新恢复交换容量。
钠型离子交换树脂的再生过程,可以用下列反应式表示:
CaR2 + Na+ à NaR + Ca2+
MgR2 + Na+ à NaR + Mg2+
生产中多采用食盐溶液(NaCl)作为再生剂,主要是由于它比较容易得到,而且在再生过程中,所形成的再生后产物(CaCl2、MgCl2)都是可溶性的盐类,很容易随再生废液排出。钠型离子交换树脂再生用的食盐,原则上其纯度越高越好,然而考虑到工业生产的经济性,大都采用工业用盐,但无论如何,用于再生树脂的食盐,其杂质含量不宜过多。有的资料认为:10%的食盐溶液总硬度不应超过40mmol/L,悬浮物不应大于2%。
再生是钠离子交换器使用过程中十分重要的环节。掌握和了解再生的有关知识,对钠离子交换器的正确应用和经济运行有很大意义。
2、顺流再生和逆流再生
固定床钠离子交换器按其再生运行方式不同,可分为顺流再生和逆流再生两种。
、顺流再生
顺流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向一致,通常都是由上向下流动。顺流再生时,由于再生液首先接触的是交
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换器上部已完全失效的交换剂,当再生液从上至下流至交换器底部保护层时,再生液中不但Na+含量很低,而且还含有大量已被交换下来的Ca2+、Mg2+,影响出水质量。为了提高交换剂的再生质量,就需要增加再生剂的用量,因此顺流再生时盐耗往往比较大。
、逆流再生
逆流再生是指交换器运行时水流的方向和再生时再生液流动的方向相反,所以也称对流再生。固定床逆流再生有两种:一种是运行时原水从上往下流动,再生时再生液从下往上流动,习惯上称为固定床逆流再生;另一种是运行时原水从下往上流动,利用水流的动能,使树脂以密实的状态浮动在交换器上部,而再生时,树脂回落,再生液从上往下流动,习惯上称为浮动床。
逆流再生时,再生液首先接触的是失效程度较低的保护层,当流至失效程度最高的交换剂层时,虽然交换下来的Ca2+、Mg2+浓度较高,但由于随即被排出,因此十分有利于平衡向再生方向移动。由于逆流再生可使交换剂保护层(出水处)再生十分彻底,所以即使交换剂表层(进水处)的再生程度差些,也不会影响其出水质量。
逆流再生与顺流再生相比,具有出水质量好,盐耗低,工作交换容量大等优点。所以一般钠离子交换器大多采用逆流再生,但顺流再生也有设备结构简单,再生操作方便,有利于自动控制等优点,因此,FLECK 富莱克全动自动软水器一般采用固定床顺流再生,只有部分型号为固定床逆流再生。
3、影响再生效果的因素
、再生方式
如前所述,一般逆流再生比顺流再生效果好,不过对于固定床逆流再生来说,再生操作的方法必须要正确,特别是交换剂不能乱层(交换剂层由于反洗松动而使得上下层次打乱的现象),否则逆流再生的效果也会受很大影响。
②、再生剂用量
一般来说再生剂的用量是影响再生程度的重要因素,它对交换树脂的交换容量的恢复和经济性有直接关系。
离子交换树脂的再生在理论上是按等当量进行,即1mol的再生剂可恢复1mol的交换容量,也就是使用58.4g的NaCl,但实际上再生剂的耗量要比理论值大得多,通常是理论值的2-3倍左右,即120-180g/mol左右
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我们把恢复离子交换树脂1mol的交换容量所消耗的再生剂质量称为再生剂的耗量,如果使用食盐再生时,则称为盐耗。
钠离子交换器的再生盐耗可按下式计算:
式中:K------钠离子交换器的再生盐耗,g/mol;
m------再生一次所用纯食盐的质量,g;
Q------钠离子交换器的周期产水量,m3
YD------产水周期中原水的硬度,mol/ m3
YDc-----软化水的残余硬度,mol/ m3,当原水硬度比它大很多时,可以忽略不计;
当再生剂用量不足时,交换树脂的再生程度低,工作交换容量受影响,制水周期缩短,交换器自耗水量增大,有时甚至会影响出水质量;适当增加再生的盐耗,可提高交换树脂的再生程度,但再生盐耗增加到一定量后,再生程度不会再有明显提高,这时如继续增加再生盐耗就会造成浪费,所以采用过高的再生盐耗也是不经济的。
再生盐耗是经常和工作交换容量一起作为衡量钠离子交换器运行时经济性好坏的指标。
、再生液浓度
当再生剂用量一定时,在一定范围内,其浓度越大,再生程度越高,当浓度达到某一数值时,再生程度呈现一个较高值。如用食盐为再生剂时,其浓度为5-10%较为合适。如再生液浓度太低,则再生不完全,而且再生所需时间长,设备自耗水量大。但再生液浓度也不能过高,因为再生剂用量一定时,浓度越高,再生液体积越小,与交换树脂的反应就不易均匀地进行,而且过高的浓度还会使交换基团受到压缩,使再生效果反而下降。
为了合理地利用再生液,实际操作时也可采用再生液先稀后浓的再生方法,如用食盐再生时,可先将一次再生用盐量的1/3配成浓度约4%的溶液送入到交换器内,以驱走失效度较高的树脂所交换下来的Ca2+和Mg2+
而后再将其余2/3的食盐配成浓度较高6-7%的溶液,继续进行再生。
④、再生液流速
再生液流速是指再生液通过交换树脂层时的速度,它也是影响再生程度的一个重要因素。维持适当的流速,实质上就是使再生液与交换树脂之
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间有适当的接触时间,以保证再生时交换反应充分进行,并使再生剂得到最大限度的利用。再生时,控制一定的再生液流速非常重要。如果流速过快,再生液与交换树脂接触的时间过短,交换反应尚未充分进行,再生液就已被排出交换器,这样即使再生剂用量成倍增加,也难得到良好的再生效果,特别是当再生液温度很低时,更不宜提高流速。再生液的流速通常可控制在4-8m/h,对于无顶压逆流再生钠离子交换器来说,为了防止再生时乱层,再生液流速宜控制更低,一般为2-4m/h。为了使再生时交换反应充分进行,一般认为再生液与交换树脂的接触时间不少于30min。
⑤、再生液温度
再生液温度对再生效果的影响也很大,适当提高再生液温度,可加快离子的扩散速度,提高再生效果。实践证明,阳离子交换树脂再生时,将再生液温度提高到50℃左右,可大大提高再生程度,特别是冬季,效果更加显著。但由于离子交换树脂的热稳定性限制,再生液的温度也不可过高,否则易使交换树脂的交换基团分解,促使交换树脂变质并影响其交换容量。
⑥、再生剂的纯度

再生剂的纯度对交换剂的再生程度和出水水质影响较大,如果再生剂质量不好,含有大量杂质离子,尤其是含有要交换的“反离子”,例如食盐中硬度含量高,就会降低再生程度,且出水水质也会受影响。另外,食用的含碘盐中NaCl含量较低,也不宜用作再生剂

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