设备和操作
离子交换处理可以通过批处理方法或一列的方法。在第一种方法中,树脂和解决方案是一批柜混在一起的,允许交换来平衡,那么树脂分离的解决方案。在交易发生的程度是有限的在溶液中离子的树脂展品的偏好。因此,使用树脂交换容量是有限的,除非在溶液中离子的选择性远远大于可交换离子附着在树脂。因为批再生树脂的化学效率低下,批处理通过离子交换应用潜力有限。
解决方案通过一个列包含交换树脂床的类似于治疗解决方案在一个无穷级数的批坦克。考虑每个包含一系列的坦克1当量(eq)树脂的X离子形式。卷的解决方案包含1情商的Y离子是冲进第一个柜。假设树脂有一个平等的偏爱X和Y离子,当达到平衡时的解决方案阶段将包含0.5 X和Y的情商同样,树脂阶段将包含0.5 X和Y的情商这分离相当于在一个批处理过程。
如果解决方案从水箱1和添加到坦克2,也包含1情商X树脂的离子形式,解决方案和树脂阶段都包含0.25 eq Y离子和0.75 X离子的情商。重复这个过程在第三和第四柜会减少解决方案的内容分别为0.125和0.0625 eq. Y离子。尽管不利树脂偏好。使用一个足够数量的阶段可以降低Y离子的浓度在任何级别所需的解决方案。这种分析技术简化了列,但它确实提供了洞察过程动力学。分离是可能的,尽管可怜的离子选择性删除。大多数工业应用离子交换使用固定床列系统,即离子交换柱的基本组件(图5)。列设计必须:
•控制和支持离子交换树脂
•统一分发服务和再生流过树脂床
•提供空间,使流体化树脂在回流
•包括管道、阀门和仪器需要调节流量的饲料,再生剂。和回流的解决方案
图5。离子交换单元。
饲料的解决方案处理后树脂的程度变得精疲力尽,无法完成任何进一步的离子交换,必须再生树脂。阳离子系统在正常操作列,先转换到氢钠形式,再生采用以下基本步骤:
•收集的列是浪涛移除水中的悬浮固体床在服务周期和消除渠道,可能形成在这个周期。——洗流使流体化床,释放被困的粒子,和调整根据树脂粒子的大小。
图5。离子交换单元。
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反响较大的期间,密集的穗将积累底部和粒子的大小会减少的列。这个分布产生一个良好的水力流态和抗污垢
•树脂床带来的反面——机智与再生剂的解决方案。在的情况下阳离子树脂、酸洗提收集的离子,将床上的氢的形式。一个缓慢的水冲洗然后去除任何残留的酸。
•床带接触氢氧化钠溶液将树脂钠形式。缓慢的水冲洗是用来去除残余的碱。缓慢冲洗将最后的再生剂通过
•树脂床受到快速冲洗,去除最后的痕迹再生剂的解决方案,并确保良好的流动特性。
经验重要的膨胀或收缩的树脂在再生期间,应该执行第二次回流后再生,消除或树脂压缩。再生的固定床列通常需要1 - 2小时。频率取决于树脂在交换柱的体积和数量废水中的重金属和其他电离的化合物。树脂能力通常是用等价物来表示每升(eq / L)的树脂。一个等价的是克分子量的化合物除以它的电荷,或者价。例如,树脂的交换容量1情商/ L可以删除37.5 g的二价锌(锌+ 2,分子量65)的解决方案。的大部分领域的经验与离子交换水软化:因此,能力会经常表达的千克每立方英尺的树脂的碳酸钙。这个单位可以通过乘以等效转换为每升0.0458。典型的能力为商用阳离子和阴离子树脂如图4所示。的能力深受酸或碱的量用于再生树脂。 Weak acid and weak base systems are more efficiently regenerated; their capacity increases almost linearly with regenerant dose. Columns are designed to use either cocurrent or逆流再生。在平行单位,饲料和再生剂的解决方案与树脂接触向下流模式。这些单位是便宜的两个初始设备成本。另一方面,平行流使用比逆流再生剂的化学物质少有效:它有更高的泄漏浓度(饲料的浓度溶液离子被删除的列废水),并不能实现高产品再生剂的浓度。有效的利用再生剂的化学物质主要是关注强酸或强碱树脂。弱电离树脂要求仅略大于化学计量化学剂量完全再生无论使用平行或反流。用强酸或强碱树脂系统,提高化学效率可以通过重用了再生剂的一部分。在强电离树脂系统中,当是列再生的主要因素是确定的化学再生过程的效率。实现42%的树脂的交换容量理论要求化学计量量的1.4倍试剂盐酸[2磅/发生(HCI 32 g / L)]。增加可用的交换容量60%的理论增加了消费的2.45倍化学计量剂量盐酸[5磅/发生(HCI 80克/升)]。 The need for acid doses considerably higher than stoichiometric means that there is a significant concentration of acid in the spent regenerant. Further, as the acid dose is increased incrementally, the concentration of acid in the spent regenerant increases. By discarding only the first part of the spent regenerant and saving and reusing the rest, greater exchange capacity can be realized with equal levels of regenerant consumption. For example, if a regenerant dose of 5 lb HCl/ft3 (80 g HCI/Liter) were used in the resin system, the first 50 percent of spent regenerant would contain only 29 percent of the original acid concentration. The rest of the acid regenerant would contain 78 percent of the original acid concentration. If this second part of the regenerant is reused in the next regeneration cycle before the resin bed makes contact with 5 Ib/ft3 (80 g/Liter) of fresh HCl, the exchange capacity would increase to 67 percent of theoretical capacity. The available capacity would then increase from 60 to 67 percent at equal chemical doses. Figure 5 shows the improved reagent utilization achieved by this manner of reuse over a range of regenerant doses. Regenerant reuse has disadvantages in that it is higher in initial cost for chemical storage and feed systems and regeneration procedure is more complicated. Still, where the chemical savings have provided justification, systems have been designed to reuse parts of the spent regenerant as many as five times before discarding them.
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