第3章水的离子交换处理后.ppt

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1、1.离子交换树脂的结构及合成离子交换树脂的结构及合成 离子交换树脂是由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高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团（简称功能（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了化合物，高分子链上有各种可交换为单体）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子链上有各种可交换功能基团。根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。功能基团。根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨论

2、。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。苯乙烯系树脂的制备：苯乙烯系树脂的制备：树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入可交换的基团的两个反应阶段。苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为引入可交换的基团的两个反应阶段。苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用，使聚合物形成网状交联，聚合物，使聚合

3、物形成网状交联，聚合物中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。我们通常把聚合物中二我们通常把聚合物中二乙烯苯的质量百分数叫做交联度。乙烯苯的质量百分数叫做交联度。如交联度为如交联度为7 7，就是指白球中二乙烯苯的，就是指白球中二乙烯苯的质量占质量占7%7%。白球制备出来以后，再将白球通过。白球制备出来以后，再将白球通过磺化反应、氯甲基反应和胺磺化反应、氯甲基反应和胺化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂。下面就分别介绍。下面就分别介绍。二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHCHC

4、HCH2 2CHCHCHCH2 2 CH CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2mm苯乙烯树脂的制备苯乙烯树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备磺化反应：磺化反应：CHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2SOSO3 3HHSOSO3 3HHCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂苯乙烯系磺酸型阳树脂100100，AgAg2 2SOSO4 4聚苯乙

5、烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架的制备：的制备：苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应氯甲基化反应：氨化反应：氨化反应：CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+(CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂苯乙烯季胺盐阴树脂 CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）氯甲基聚苯乙烯（氯球）2 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 离子交换树脂产品型号是根据国家标准离子交换树脂产品型号是根据国家标准GBl63179离子交换树脂产离子交

6、换树脂产品分类、命名及型号品分类、命名及型号而制定的。而制定的。离子交换树脂的全名称由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“大孔大孔”两字。分类属酸性的，在基本名称前加两字。分类属酸性的，在基本名称前加“阳阳”字；分类属碱字；分类属碱性的，在基本名称前加性的，在基本名称前加“阴阴”字。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，

7、第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号，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，用以用以区别功能基或交联剂的差异区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表。代号数字的意义见表3.5.1和和3.5.2。代号代号0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原表表3.5.1 3.5.1 分类代号分类代号表表3.5.1 3.5.1 骨架代号骨架代号代号代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系 乙烯吡啶系乙烯吡啶

8、系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7(凝胶型凝胶型)苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 7。1101104 4(凝胶型凝胶型)丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4 4。D201D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。3.3.离子交换树脂的特性离子交换树脂的特性 物理性能物理性能：(1)外观。外观。(2)颗粒度。颗粒度。(3)含水量。含水量。(4)密度。密度。1)湿真密度。湿真密度。2)湿视密度。湿视密度。（3)机械强度。机械强度。（5)耐热性。耐热性

9、。化学性能：化学性能：(1)交换反应的可逆性交换反应的可逆性(2)酸、碱性酸、碱性(3)选择性。选择性。(4)交换容量。交换容量。1)全交换容量。全交换容量。2)工作交换容量。工作交换容量。树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：树脂的离子交换是一种可逆反应，反应式可表示为：RA+BRA+B RB+A 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 A型树脂的型树脂的再生。平衡常数表达式：再生。平衡常数表达式：K KB BA A=RB=RBA/A/（RARABB）K KB BA A11树脂对树脂对B B的

10、亲和力大于对的亲和力大于对A A的亲和力，的亲和力，图中曲线图中曲线c c；K KB BA A1A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+排水装置排水装置压脂层压脂层200mm进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用进水装置的作用是均匀分布进水于是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水是均匀收集反洗排水。排水装置的作用排水装置的作用是均匀收集处理好是均匀收集处理好的水；另一个作用是均匀分配反洗的水；另一个作用是均匀分配反洗进水。进水。中

11、间排液装置的作用中间排液装置的作用：中间排液装：中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果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，安装时应保证在应有足够的强度，安装时应保证在交换器内呈水平状态，交换器内呈水平状态，2.阳离子交换器（阳床）阳离子交换器（阳床）压脂层的作用压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物过滤掉水中的悬浮物及机械杂质；使进水通过压脂层均及机械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面；防止树脂在匀作用于树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱层。逆流再生中乱层。图图3

12、.7.2 3.7.2 交换器中离子分布情况交换器中离子分布情况 (a)(a)开始进水时开始进水时 (b)(b)交换器失效时交换器失效时当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的水中的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+与树脂的亲合力更大，更与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的易被树脂吸收，所以水中的CaCa2+2+离子可和已吸收了离子可和已吸收了MgMg2+2+的树脂进行交换反应，使的树脂进行交换反应，使CaCa型树脂层向下扩展，型树脂层向下扩展，而被置换下来的而被置换下来的MgMg2+2+一起与一起与NaNa+型

13、树脂发生交换，型树脂发生交换，使使MgMg2+2+型树脂层下移而型树脂层下移而NaNa+的交换区域也逐渐下移。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，如图不断地向下扩展，如图3.7.23.7.2所示。所示。阳床整个制水周期阳床整个制水周期(运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交换器失效这段时间)中中电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图3.7.33.7.3表示。表示。开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因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

14、子快速下降（而电导率、酸度、钠离子快速下降（a a点前）。在点前）。在abab为为稳定制水过程，稳定制水过程，b b点后树脂开始失效。此时水中钠增加点后树脂开始失效。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，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。降。图图3.7.3 3.7.3 强酸强酸H H型阳离子交型阳离子交 换换 器典型出水曲线器典型出水曲线ab运行时的交换情况运行时的交换情况无顶压逆流再生的操作步骤：无顶压逆流再生的操作步骤：1 1）小反洗。小反洗。只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。用水为该级交换器

15、的进口水，流速树脂不乱层为宜，一染物。用水为该级交换器的进口水，流速树脂不乱层为宜，一直反洗至出水清澈为为止。直反洗至出水清澈为为止。2 2）放水放水。待树脂颗粒下沉后，放掉中间排液装置以上的水。待树脂颗粒下沉后，放掉中间排液装置以上的水。3 3）进再生液进再生液。将再生液放入交换器内，严格控制其流速和浓度。将再生液放入交换器内，严格控制其流速和浓度4 4）逆流再生逆流再生。进完再生液，关闭再生液计量箱出口阀，按再生。进完再生液，关闭再生液计量箱出口阀，按再生液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗，直至出液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗，直至出水指标合格为止。关闭进水阀。

16、水指标合格为止。关闭进水阀。5 5）小正洗小正洗。水从上部进入，控制适当的流速，洗去再生后压脂。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。小正洗用水为运行时的进口水。层中残留的再生废液和杂质。小正洗用水为运行时的进口水。6 6）正洗正洗。用水自上而下进行正洗，直到出水水质合格，即可投。用水自上而下进行正洗，直到出水水质合格，即可投入运行。入运行。树脂的再生树脂的再生压脂层压脂层进进水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流固定床制水和再 生流向图生流向图再生废液再生废液进进水水再再生生液液出出水水 交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐步增大。从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出步增大。从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出。离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的离子交换器的运行中技术经