1、1實驗目的(1) 熟悉順流再生固定床運行操作過程；(2) 加深對鈉離于交換基本理論的理解。2實驗原理當含有鈣離于或鎂離于是造成水硬度的主為成分。當含有鈣離于或鎂離于的 水通過裝有陽離于交換樹脂的交換器時，水中的C芒及便與樹脂中的可交換 離于(鈉型樹脂中的N/,氫型樹脂中的HJ交換，使水中的C產和含量降 低或基本上全部去除，這個過程叫做離于交換樹脂對水的軟化。鈉離于交換用食 鹽(NX1)再生，氫離于交換用鹽酸或硫酸再生?；痉磻饺缦拢?1)鈉離于交換軟化2RNa +Ca（HCO3）2CaCCaSO4TR?Ca +2NaHC0?） 2NaCI Na2SO42RNa +Mg（HCO3）2MgCI2

2、MgSO4-»R2Mg +r2NaIIC0 2NaCl Na2SOzJ再生R2Ca + 2NaClT2RNa + CaCI2R2Mg + 2NaCl->2RNa + MgCl2(2)氫離于交換交換2RH +Ca（HCO3）2 Cad? CaSO44TR?Ca +2H2CO32HC1h2so4 J2RH +Mg（HCO3）zMgqMgSO4->R2Mg +r2H2CO2HC1 h2so4再生R?Ca +2HC1 H2SO4j-2RH +CaCI2jCaSO4rR2mS +r 2HC1H2SO4t2RH +（MgCl2|MgSO4鈉離于交換的最大優點是不出酸性水，但不能脫堿；

3、氫離于交換能去除破度, 但出酸性水。本實驗采用鈉離于交換。3實驗內容3.1實驗設備與試劑喪3-1實驗中所用試劑及說明儀器（試劑）數畳或說明軟化裝置1真100 mL量筒1個秒表1塊2（X）0 mm鋼卷尺1個測硬度所需用品若干食鹽1000 g3.2實驗裝置實驗裝置如圖3J所示。1 一軟化柱；2陽離亍交按樹脂；3轉于流量計；4-軟化水箱；5定量投再生液瓶;6反洗進水管；7反洗排水管；潔洗排水管；9一排氣管33實驗步驟(1) 熟悉實驗裝置，搞清楚每條管路、每個閥門的作用；(2) 測原水硬度，測量交換柱內徑及樹脂層高度；用100 mL吸管移取三份水樣，分別加5mL NH5-NH4C1緩沖溶液，23滴餡黑

4、T指示劑，用EDTA標準溶液滴定，溶液由酒紅色變為純藍色即為終點。 將交換柱內樹脂反洗數分鐘，反洗流速采用15m/h,以去除樹脂層的氣泡;(4) 軟化：運行流速采用15m/h,每隔10 min測一次水硬度，測兩次并進行比較;(5) 改變運行流速：流速分別取20、25、30m/h,每個流速下運行5 min,測出水 硬度；(6) 反洗：沖洗水用自來水，反洗結束將水放到水面高于樹脂表面1()cm左右。(7) 根據軟化裝置再生鈉離于工作交換容量(mol/L),樹脂體積(L),順流再生 鈉離于交換NaCl耗量(100-120g/mol)以及食鹽NaCl含量(海鹽NaCl含 量38()93%),計算再生一

5、次所需食鹽量。配制濃度10%的食鹽再生液；再生：再生流速采用35m/h。調節定量投再生液瓶出水閥門開啟度大小以 控制再生流速。再生液用畢時，將樹脂在鹽液中浸泡數分鐘；(9) 清洗：清洗流速采用15m/h,每5 min測一次出水硬度，有條件時還可測氧 根，直至出水水質合乎要求為止。清洗時間約需50 min;(10) 清洗完畢結束實驗，交換柱內樹脂應浸泡在水中。4數據記錄與整理*4-1原水硬度及實驗裝覽有關數據原水硬度(以CaCO3交換柱內徑樹脂層高度樹脂名稱及型計)/(m0L)/cm/cm號103.83560鈉型樹脂表4-2交換實驗記錄運行流速運行流:運行時間滴定體積出水硬度(以CaCO3/(m

6、/h)(L/h)/minV/mLit)/(mg/L)1514.4100.454.51514.4100.4142019.250.353.52524.1L30.212.13028.9L30.181.8« 4-3反洗記錄反洗流速/(m/h)反洗流量/(L/h)反洗時間/min1514.410« 4-4再生記錄再生一次所需食鹽再生一次所需濃度10%的食鹽再生流速再生流量/kg再生液/L/ (m/h)/ (mL/s)1101514.43表4-5清洗記錄清洗流速清洗流量清洗歷時滴定體積出水硬度(以CaCO3/(m/h)(L/h)/minV/mLit)/(mg/L)51.0710.715

7、14.4100.404.0150.454.5注：®EPTA 二鈉的濃度為 C=10mmol/L 實驗中，每改變一次流速，都是等待水流穩定后才開始計時。 出水硬度二C（EDTA二鈉）* V（滴定體積）*M（CaCOJ /V'（水樣體積）5數據處理與分析5.1繪制不同運行流速與出水硬度關系的變化曲線5丄1計算15m/L時的平均出水硬度平均出水硬度；4.5 + 4.1=4.3 mg/L相對偏差4.5 一 4.3X 100% = 4.65% <5%故運行流速為15m/L時，實驗測量符合測量要求，測量結果可運用于理論分析。5.1.2繪制變化曲線以離于交換的運行流速為橫坐標、出水硬

8、度為縱坐標，繪制兩者二間的關系曲線如圖5所示。縫隙流出，從而導致出水硬度偏高；隨著軟化的進行、運行流速的增大，樹脂層 逐漸被壓實，樹脂顆粒間縫隙減小，原水與樹脂充分接觸，離于交換的迸行比之 前更加充分，故而出水硬度逐漸降低。(2) 過小的流速會造成原水只與樹脂表面離于迸行交換，水不能迸入樹脂內 部。樹脂表面通常僅提供20%的交換容量，樹脂里面能提供8()%交換容量。在實 驗條件下，可能由于15m/L的初始流速偏小，軟化最開始時原水只樹脂表面離子 進行交換，從而導致初始時出水硬度偏高。5.2繪制不同清洗歷時與出水硬度關系的變化曲線以樹脂清洗歷時為橫坐標、出水硬度為縱坐標，繪制兩者之間的關系曲線如

9、 圖5-2所示。8 6 46810121416清洗流速/(m/L)圖5-2清洗歷時與出水硬度關系曲線由上圖可以看出，清洗歷時為5 min時，出水硬度大于10mg/L,此時的出水硬度是偏大的，故仍需繼續清洗；當清洗歷時延長到10 min時，對應的出水硬度 已降至4.0mg/L,基本滿足出水要求；清洗歷時達到15 min時，岀水硬度為4.5 mg/L,與10 min時的數值相近，說明此時出水硬度已基本達到穩、定，可結束清洗 工作，無需再進一步清洗。6誤差分析(1) 本次實驗滴定所用的體積都極小，對操作技術和儀器質量都要求板高，滴定 時讀數有微小偏差、滴定管有微量漏液都會對實驗結果造成較大影響。(2

10、) 實驗所用的離于交換樹脂是上午組使用過的，如果上午組對樹脂的再生過程 控制得不好，將對本次實驗樹脂的軟化性能造成一定影響。(3) 由于溶液由紫紅色變為天藍色極為迅速，且在終點前即使再滴加半滴，也會 使終點顏色過于深色，因此，滴定過程色差的判斷誤差會對硬度的測定結果 產生影響。7思考與討論7.1影響離于交換容量的因素流速(gpm/ft, m/h)通常流速越大離于交換所需要的工作層越大，樹脂有效利用率會下降，但產 水能力會提高。反二流速越小所需的工作層越少，樹脂利用率増加，但產水能力 下降。過小的流速會造成原水只與樹脂表面離于進行交換，水不能進入樹脂內部。 樹脂表面通常僅提供20%的交換容量。樹

11、脂里面能提供8()%交換容量。合理的交 換流速對提高設備產水能力及交換能力是非常重要的，一般建議運行流速控制在 仲國20-30m/h,美國4-10pm/ft2)小型全自動鈉離于交換器裝置可適當提高。(2) 水與樹脂的接觸時間：(gpm/ft3)水與樹脂的接觸時間越長，交換越充分，但相對單位樹脂的產水能力下降， 接觸的時間越短，交換越充分，單位樹脂的交換能力下降，而單位樹脂的產水能 力提高。因此合理的接觸時間對于軟化器的經濟運行非常重要。一般建議 1.0-5.0gpm/ft3樹脂或8-4bv/ho (每小時流量為樹脂裝載量的八至四十倍)(3) 樹脂層的高度離于交換柱樹脂層越低，流速對其交換能力的

12、影響就越大，當樹脂層達到一 定高度時，樹脂層高度造成的流速對其交換能力的影響可降到比較低的程度。(4) 溫度水溫増加能同時加快內擴散，提髙交換能力，無論是運行或再生，適當地提 高水溫對于離于交換是有益的。(5) 再生劑質*(NaCl)再生劑純度度越高，樹脂的再生度越高，出水的離于泄露量越少，因此提高 再生劑純度及運用軟化水溶鹽可提髙再生度。(6) 再生液流畳通常再生液流量越小獲得的再生效果越好。但過低的再生液流量會使再生時 間過長，易使再生劑繞過樹脂表面再生。因此一般要求再生液流量在 0.25-0.9gpm/斤3(或順洗流量4-6m/h,逆流再生2-3m/h)。(7) 再生液濃度根據離于平衡原

13、理，再生液濃度提高，可以使樹脂的交換能力提高，但再生 劑用量一定的條件下，再生液濃度過高，會縮短再生液與樹脂的接觸時間，從而 降低了再生效果。一般鹽液濃度控制在1()%左右為宜。(9)再生劑用量樹脂的交換在再生理論上是按等當量進行即lnwl的再生劑可恢復一個lmd 的交換容量，(即使用5&43的NaCl)。但實際上再生劑的耗量要比理論值大得多。 實驗證明再生劑用量越多，獲得的樹脂工作交換容量越大。出水質量越好。但隨 著再生劑用量的不斷增加，工作交換容量的提高會越來越少。經濟性會不斷下降。 因此再生耗鹽，應根據不同的原水水質，再保證一定的交換能力及水質條件下， 盡可能選用比較經濟合理的耗

14、鹽量。(9)樹脂不同的樹脂所提供的交換能力是不一樣的。通常鍋爐用全自動鈉離于交換器 要求使用的樹脂其交聯度不應低于7。7.2影響離于交換樹脂再生的因素離于交換樹脂再生長度的好壞，和許多因素有關，再生劑用量、濃度、溫度 和流速等都是影響再生過程的主要因素。(1)再生劑的用量從理論分析，再生劑用量應與樹脂工作交換容量相當，但實際上由于交換反 應是可逆的，再生劑用量需遠遠超過理論用量才能滿足足夠的再生度要求，再生 劑的比耗増加，可以提髙交換樹脂的再生程度，但當比耗增加到一定程度后，再 繼續増加比例，再生程度提髙很少，所以用過髙的比耗是不經濟的，因此，實際 操作過程中通常再生劑用量為理論用量的3-4倍

15、，樹脂的工作交換容量可以恢復 到原來的70%-80%o(2) 再生劑濃度一般而言，再生劑的濃度越大，再生程度越高，但當再生劑的用量一定時， 再生劑濃度増高，會使再生液的體積流量減少，與樹脂的接觸時間縮短而且可能 產生不均勻的再生反應，再生效果下降，導致制水周期縮短，再生次數増加，酸 堿用量増大，所以生產上需要合理的控制再生劑的濃度。(3) 再生劑的流速再生劑的流速應控制適宜以保證再生反應充分，再生反應流速主要取決于離 于的擴散速度，但同時與離于的價態有關，一般價態越髙所需反應時間越長，再 生劑流速過快，有利于離于的擴散，但卻減少再生劑與樹脂的接觸時間，再生效 果反而可能降低，流速太小則不利于離

16、于擴散，再生效果也會受到影響，(4) 再生液溫度提高再生液的溫度，能同時加快內擴散和外擴散，雖然對提髙樹脂再生效果 有利，同時提高溫度能大大改善對樹脂中的鐵、銅以尺其氧化物和硅雜質的清除 程度，但由于樹脂熱穩定性的限制，再生劑的溫度不宜過高，一般控制在25-40 度為宜。7.3離于交換樹脂再生過程為何要進行反洗(1)除去離于交換樹脂床中夾雜的污垢。(2)除去碎的樹脂顆粒。(3) 放松樹脂床中壓實的區域和結塊。(4) 分離樹脂(好的顆粒在上層，消耗完的樹脂在下層)。(5) 去除樹脂床在運行過程中產生的“液流通道”，即：“偏流”，把樹脂床恢 復到均勻分布的狀態，并且表面均勻平坦。7.4離于交換柱為何要冒有一定的反洗膨脹高度在樹脂反洗時，都有一定的膨脹率，其大小為反洗樹脂時的膨脹高度與反洗前 樹脂層的高度之比。膨脹率與樹脂的顆粒大小、真密度等物理