第六章离子交换
第六章二、土壤阳离子交换作用
阴离子被子土壤胶体吸附的顺序：
F-＞C2O42（-草酸根）＞H2PO4-＞ HCO3-＞H2BO3-＞AC-＞SO42-＞Cl＞NO3-
影响阴离子吸附的因素：
溶液浓度 阴离子1. 土壤离子交换对土壤养分状况的影响 2. 影响土壤的酸碱性 3. 影响土壤的缓冲性 4. 影响土壤的物理性质
二、土壤阳离子交换作用
影响CEC的因素 (1) 胶体的类型
不同类型土壤胶体的CEC
土壤胶体
腐殖质 蛭石
蒙脱石 伊利石 高岭石
CEC cmol(+)/kg
200 100-150 70-95 10-40
3-15
二、土壤阳离子交换作用
影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地 (4) 土壤PH
三、土壤的盐基饱和度
盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量 的百分数。
交换性盐基[cmol(+)/kg]
盐基饱和度＝_________________________ ×100℅
CEC [cmol(+)/kg]
例：CEC=50 cmol(+)/kg 交换性Ca2+, Mg2+, K+, Na+的含量分别为10，5, 10，5，cmol （+）/kg，则
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K + > Na +
二、土壤阳离子交换作用
4、土壤阳离子交换量：
CEC(cation exchange capacity) 指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千
新版1111第六章层析设备和离子交换设备
本章重点
1、层析原理及设备。 2、离子交换原理及设备。
本章习题：
简述层析分离原理及其种类。 简述凝胶层析系统设备或仪器组成。 简述离子交换设备的种类及其结构。 例题6-2 空隙率为0.25，粘度为3cP。 例题6-3 流量放大2倍。
离子交换法：以合成的离子交换剂来吸附 溶液中需要分离的离子。 在提取过程中，生物制品首先被从发酵液 中转移吸附到离子交换树脂上，然后在适宜 的条件下用洗脱剂将其从树脂上洗脱下来， 从而达到分离、浓缩、提纯生物制品的目的。
一、离子交换树脂及其分离原理
1、离子交换树脂的分类 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚 丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等； 按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂； 按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树 脂)、大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂； 按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换 树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。
5-三通阀
1．柱层析装置
一般的柱层析装置就可以用于凝胶层析，如图所示。
静水压参考点 (b) 操作 压参 考点
死空气 (a) (c) 图10-34 凝胶柱
主要由进样系统（一般为恒压泵）、层析柱、 收集器、检测系统组成。 选定的凝胶作为固定相装入层析柱，样品溶 液由进样系统进入层析柱，根据分子大小的不同 由大到小依次流出凝胶柱。然后依次分布收集洗 脱液，即得到样品混合物中每单一组份的化合物。 凝胶柱可用于生物大分子的纯化、分子量的测定 等。
第一节
层析设备
凝胶是一种具有多孔、网状结构的分子筛。利 用这种凝胶分子筛对大小、形状不同的分子进行层 析分离，称凝胶层析（gel chromatography）。 层析技术，亦称色谱技术，是一种物理的分离 方法。它是利用混合物中各组分的物理化学性质的 差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中 一个相为固定的(称为固定相)，另一个相则流过此 固定相(称为流动相)并使各组分以不同速度移动， 从而达到分离。
生化技术第六章 离子交换层析
3.不同离子型交换剂的选择 原则：选择结合力较小的反离子，有利于提高交 换容量。 强阳性——选H型；强阴性——选OH型； 弱酸性——选Na型；弱碱性——选Cl型。 4.不同基质离子交换剂的选择 疏水性的树脂交联度大，空隙小，大分子很难进 入，且骨架的疏水性不利于蛋白质的稳定。分离 大分子物质时一般用亲水性的基质。
疏水性离子交换剂
疏水性离子交换剂中的基质是人工合成的、与水结合
力较小的树脂。常用的树脂是由苯乙烯和二乙烯苯合成的
聚合物，其中二乙烯苯是交联剂，能把聚乙烯苯直链化合
物连接成类似海绵状的结构，在此结构中以共价键引入不
同的电荷基团。离子交换树脂以电荷基团的性质分则有：
阳离子交换树脂、阴离子交换树脂(分别包括强、中、弱
三、分离原理 离子交换剂与水溶液中离子或离子化合物的反应主
要以离子交换方式进行。
假设以R-A+代表阳离子交换剂，其中A+为反离子，A+
能够与溶液中的阳离子B+发生可逆的交换反应，反应式
为：R-A++B+
R-B++A+
离子交换剂对溶液中不同离子具有不同的结合力， 这种结合力的大小是由离子交换剂的选择性决定的。
+
+
+
+
+
+
+
第六章混床离子交换系统
第六章混床离子交换系统一、处理原理混合床离子交换法，就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，并且在运行前将它们混合均匀。
所以，混合床可以看作是许多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床，如以阴、阳混匀的情况推算，其级数约可达1000～2000级。
在混合床中，由于阴、阳树脂是相互混匀的，所以其阴、阳离子交换反应几乎是同时进行的。
或者说，水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的。
所以经Ｈ型交换所产生的H＋和经OH型交换所产生的OH－都不能累积起来，基本上消除了反离子的影响，交换反应进行得十分彻底，出水水质很高。
混合床中树脂失效后，应先将两种树脂分离，然后分别进行再生和清洗。
分离的方法一般是用水力筛分法，即用水反洗，利用阳树脂的湿真密度比阴树脂大的特点，使阳树脂处于下层，阴树脂处于上层。
再生清洗后，再将两种树脂混合均匀，又可投入运行。
对水质要求高时，混合床中所用的树脂必须是强酸性阳树脂和强碱性阴树脂。
如用强酸性、弱碱性树脂或弱酸性、强碱性树脂的混合床，则出水水质就会降低，但是由于弱碱性或弱酸性树脂容易再生，故可降低再生剂的用量。
一般来说，混合床做成固定式的。
混床的离交换反应可以用下面的一个式子来表示出来：2RH 2Na+(HsiO3-)22Na+2+Ca2+(HCO3-)2=R2Ca2+ +H2O2ROH Mg2+Cl Mg2+(HsiO3-)2R2 (HCO3-)2Cl-2二、混床设备结构及特点固定床式混合床离子交换设备的壳体和压力式过滤器的相同，是圆柱形密闭容器。
壳体中常装置有上部进水装置；为了将其中阴、阳树脂分开再生，在其中部还设有配水装置。
其设备外观图具体见下图：进碱阀门进水阀门反洗阀门反洗阀门气混阀门为了便于阴、阳树脂分层，混合床用的阳树脂和阴树脂的湿真密度差大于15％～20％。
关于在混合床中阴、阳树脂的配比，应从影响出水水质和一个周期中交换器的出水量两方面来考虑决定。
由于各种阴、阳树脂交换容量的不同和各系统中混合床进水的成分有差别，所以此配比值应根据具体情况选取。
第六章、离子交换
1、混床装置及再生方式
（1）装置 设有上部进水、中间排水、底部配水、进
酸管、进碱管等。
（2）再生 ❖ 再生之前利用阴树脂、阳树脂的湿真密度不同
进行反洗分层。 ❖ 再生方式有：
❖ 体内再生：体内同时再生、体内分别再生 ❖ 体外再生
2、混床交换器设计计算 物料平衡关系式为：
Fh阳EOP阳 QTC Fh阴EOP阴＝QTC
2、操作过程 （1）交换 （2）反洗 作用：
松动树脂，使再生液分布均匀 去除树脂中的杂质、碎粒、气泡
反洗强度：3L/m2·s 反洗时间15-20min （3）再生 （4）正洗 作用：将残留在树脂中的再生液冲洗干净 正洗时间：40-60min
3、评价 优点：设备简单、操作容易 缺点：
强酸阳离子交换树脂采用001×7 再生剂为盐酸，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F1h1EOP1 QT C C Na＋ ＋2 Ca2＋ ＋2 Mg2＋
（2）弱碱阴离子交换器
F2h2EOP2 QT (Cl－ ＋2 SO42 )
3、强酸－脱气－弱碱－强碱系统 该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离
（2）强碱阴离子交换器
强碱阴离子交换树脂采用201×7 再生剂为NaOH，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F2h2 EOP2
QT2 (
A
HCO3
CO2
)
44
A Cl－＋2 SO42 ＋HCO3 SiO2
2、强酸－弱碱－脱气系统 强酸－弱碱－脱气系统适用于无除硅要求的场合。 （1）强酸阳离子交换器
≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。 适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。
2、H－Na离子交换脱碱软化系统
离子交换树脂 ppt课件
将经干燥的树脂置于2 L浓度为 l mol/L 的氢氧化钠乙醇溶液中，加热回流约10 h， 然后冷却过滤，用水和稀盐酸洗涤，再用水 洗涤数次，最后在100℃下干燥，即得成品。
44
（3）强碱型阴离子交换树脂的制备
强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子 交换基团，以聚苯乙烯作骨架。
制备方法是：将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化， 然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与 各种胺进行胺基化反应。
37
强酸型阳离子交换树脂的制备实例： 将1 g BPO（过氧化二苯甲酰）溶于80 g苯乙
烯与20 g二乙烯基苯（纯度50％）的混合单体中。 搅拌下加入含有5 g明胶的500 mL去离子水中， 分散至所预计的粒度。从70℃逐步升温至95℃， 反应8～10 h，得球状共聚物。过滤、水洗后于 100～120℃下烘干。即成“白球”。
CH2 CH
NH2(C2H4NH)nH 二乙苯
CH2 CH CH2 CH CONH(C2H4NH)nH
CH2 CH
CH2O
CH2
CH CH2
CH CONH(C2H4N)n
CH3
CH2 CH
CH3
50
2、大孔型离子交换树脂
大孔型树脂的制备方法与凝胶型离子交换树脂基本相同。 重要的大孔型树脂仍以苯乙烯类为主。与离子交换树脂相比， 制备中有两个最大的不同之处：一是二乙烯基苯含量大大增 加，一般达85％以上；二是在制备中加入致孔剂。
1
一、发展概述
1935年英国的Adams和Holmes发表了关于酚 醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告， 开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分 子领域。
离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。
第六章 二、土壤阳离子交换作用
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K + > Na
+
二、土壤阳离子交换作用
4、土壤阳离子交换量：
CEC(cation exchange capacity)
指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千 克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg， CEC与土壤胶体的比表面（S） 和表面电荷密度（δ）有关
（+）/kg，则
10+5+10+5[cmol(+)/kg]
盐基饱和度＝ _________________________ ×100℅ 50 [cmol(+)/kg] ＝ 60％
致酸离子：H+ 、Al3+
盐基离子：K+、Na 等
+
、Ca
2+
、Mg2+、NH4+
当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子 时,土壤成盐基饱和状态,,称之为盐基饱和 的土壤。
ESP—exchangeable sodium percentage 指交换 性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。 ESR—exchangeable sodium ratio 指溶液中交
换性钠与交换性Ca2+、Mg2+离子浓度之 和的比值。
SAR—sodium adsorption ratio 指溶液中Na+
浓度与Ca2+、Mg2+浓度之和的平方根的 比值。
四、 土壤胶体对阴离子的吸附
离子交换原理
离子交换原理离子交换是一种重要的化学反应过程，它在许多领域都有着广泛的应用，比如水处理、土壤改良、化工生产等。
离子交换原理是指在特定条件下，固体材料中的离子与溶液中的离子发生置换反应，从而实现离子的分离和富集。
离子交换原理的研究和应用对于提高材料的性能、改善环境质量、提高生产效率等方面都具有重要意义。
离子交换原理的基本过程包括吸附、解吸和再生。
在吸附过程中，固体材料表面的功能基团吸附溶液中的离子，形成离子交换物。
而在解吸过程中，固体材料释放出之前吸附的离子，并重新吸附溶液中的其他离子。
再生过程则是指通过改变条件，如改变pH值、温度等，使固体材料恢复原来的吸附能力，从而实现循环使用。
离子交换原理的机理主要包括离子的吸附、解吸、扩散和反应。
其中，离子的吸附是指溶液中的离子与固体材料表面的功能基团发生化学吸附或物理吸附作用，形成离子交换物。
离子的解吸是指离子交换物释放出之前吸附的离子，使固体材料重新具有吸附能力。
离子的扩散是指溶液中的离子在固体材料中的扩散过程，它受到溶液浓度、温度、固体材料孔隙结构等因素的影响。
离子的反应是指溶液中的离子与固体材料表面的功能基团发生置换反应，从而实现离子的分离和富集。
离子交换原理在水处理中有着重要的应用。
比如，离子交换树脂可以去除水中的硬度离子，使水变软；离子交换膜可以实现电渗析、电解浓缩等过程。
在土壤改良中，离子交换原理可以调节土壤的pH值，提高土壤的肥力。
在化工生产中，离子交换原理可以实现离子的分离和富集，从而提高产品的纯度和质量。
总之，离子交换原理是一种重要的化学反应过程，它在许多领域都有着广泛的应用。
通过对离子交换原理的研究，可以提高材料的性能、改善环境质量、提高生产效率，从而为人类社会的可持续发展做出贡献。
希望本文对离子交换原理有所帮助，谢谢阅读！。
第六章离子交换分离技术
第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。
阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
第六章离子交换分离技术
第六章离子交换分离技术1.离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂通过静电引力吸附在离子交换器上，然后用洗脱剂洗脱下来从而达到分离、浓缩、纯化的目的。
现已广泛应用于生物分离过程在原料液脱色、除臭、目标产物的提取，浓缩和粗分离等方面发挥着重要作用。
2.离子交换法要使用离子交换剂，常用的离子交换剂有两种：使用人工高聚物作载体的离子交换树脂是使用多糖做载体的多糖基离子交换剂3.离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子聚合物。
4.离子交换树脂的构成：载体或骨架：功能基团；平衡离子或可交换离子5.离子交换反应是可逆的，符合质量作用定律6.离子交换树脂按照活性离子的分类树脂活性离子带正电荷，可与溶液中的阳离子发生交换，称为阳离子交换树脂树脂活性离子带负电荷，可以溶液中的阴离子发生交换，称为阴离子离子交换树脂7.离子交换树脂分离纯化物质主要通过选择性吸附（进行吸附时具有较强的结合力）和分步洗脱这两个过程来实现8.强酸性阳离子交换树脂洗脱顺序：酸性<中性<碱性9.离子交换树脂的分类方法有4种按树脂骨架的主要成分分：聚苯乙烯型树脂；聚苯烯酸型树脂；多乙烯多氨-环氧氯苯烷树脂；酚-醛型树脂；按骨架的物理结构来分：凝胶型树脂（微孔树脂，呈透明状态，高分子骨架）；大网格树脂（大树树脂，填充剂）；均孔树脂（等孔树脂）；按活性基团分类：阳离子交换树脂，对阳离子具有交换能力强酸性阳离子交换树脂：活性基团为硫酸基团（-SO3H）和次甲酸磺酸基团（-CH2SO3H）。
都是强酸性基团能在溶液中解离出H+。
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团由羧基（-COOH）和酚羟基（-OH），交换能力差。
阴离子交换树脂：活性基团为碱性，对阴离子具有交换能力强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团（-NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性弱碱性阴离子交换树脂：伯氨基（-NH2）仲氨基（-NHR）或叔氨基（-NR2），能在水中解离出OH-，但解离能力较弱，交换能力差以上4种树脂是树脂的基本类型，各种树脂的强弱最好用其活性基团的pK来表示11.大孔型离子交换树脂的特点载体骨架交联度高，有较好的化学和物理稳定性和机械强度孔径大表面积大，表面吸附强孔隙率大，密度小12.离子交换树脂的命名由3位阿拉伯数字组成：第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架，第三位数字微顺序号13.离子交换树脂的理化性能：交联度；交换容量；粒度和形状（色谱用50到100目树脂，一般提取纯化用20到60目树脂）；滴定曲线（是检验和测定离子交换树脂性能的重要数据）；稳定性；膨胀性（膨胀度）14.交换容量（名解）：是每克干燥的离子交换树脂或每毫升完全溶胀的离子交换树脂所能吸附的一价离子的毫摩尔数。
第六章离子交换分离法
第六章离子交换分离法一、本章的教学目的与要求了解离子交换分离法的原理及应用二、授课主要内容§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类1.离子交换树脂的性能和作用2.离子交换树脂的分类§6—2 离子交换的基本理论§6-3 离子交换分离操作方法1．离子交换树脂选择2．树脂的处理市售的树脂，其粒度往往不均匀或粒度太小或不符合要求，或含有杂质，使3．仪器装置§6—4 柱上离子交换分离法§6—5 离子交换分离实例1、去离子水的制备2、试样中总盐量的测定3、干扰组分的分离4、痕量组分的富集§6—6 离子交换层析法一．原理：二．分离条件的选择三．应用示例三、重点、难点及对学生的要求掌握离子交换分离法的原理及分离条件的选择四、主要外语词汇ion change resin; cation resin; anion resin五、辅助教学情况（多媒体课件）六、复习思考题习题：1、离子交换树脂的作用、性能和分类2、子交换树脂的分类3、离子交换树脂选择如何利用离子交换树脂进行去离子水的制备、试样中总盐量的测定、干扰组分的分离、痕量组分的富集4、什么是树脂的交联度？如何表示？七、参考教材references《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版第六章离子交换分离法沸泡石软化水，Ca2++2Na+Z═2Na++Ca2+Z2 (1905年)，用亚硫酸钠处理过的纸浆纤维上结合了磺酸基团而具有交换能力。
§6－1 离子交换树脂的作用、性能和分类一、离子交换树脂的性能和作用离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有网状结构的骨架部分，树脂骨架十分稳定，对酸碱有机溶剂及一般弱的氧化剂不起作用，对热稳定，骨架上结合着许多可以交换的基团，如－SO3H、－COOH、季胺基、≡NOH等。
如聚苯乙烯酸基阳离子交换树脂，用苯乙烯和二乙烯基苯所得的聚合物经硫酸磺化制得。
第六章离子交换法分离稀土元素-PPT课件
金属离子与树脂的作用是静电引力作用 ，作用力的大小与 金属离子在溶液中的有效半径成反比。所以有效半径小、 电荷多的金属离子，相对来说，树脂对其作用力要大，吸 附能力要强。 金属离子对树脂相对亲合力的大小有如下几条经验规律： （1）在常温、稀溶液中，阳树脂对金属离子的亲合力：离 子电荷高的。亲合力大，如 Th4+>RE3+>Ca2+>H+ 离子的有效半径小的，则亲合力也大，如三价稀土离子的半径随 La3+ Lu3+减小，但它们的水合离子半径则从La3+ Lu3+而 增大，树脂对它们的亲合力则随La3+ Lu3+而减小。
C、扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子（功 能基的可理解的离子）发生交换反应。
D、被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。 E、被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。
上述五个步骤中的A、B、D和E均为扩散过程，C是离子交换 过程。一般来说，无机离子交换反应是较快的，因此总的离 子交换过程受扩散过程控制。
RSO3H +1/n Mn+
1/n(RSO3)nM +H+
1n
S O M H R 3 n K Mn H n 1n M S OH R 3
选择系数可表示树脂的选择性，选择系数越大，树脂对金属离 子的选择性越强。树脂对各种金属离子选择性强弱的原因还不 十分清楚。强酸阳树脂对金属离子的差异可用树脂和金属的相 互作用以及金属离子和水的相互作用来解释。
（2）离子交换平衡 当离子交换反应中离子的吸附速度和解吸速度相等时，交换 反应达到平衡： 3RSO3H(阳离子交换树脂) + RE3+ 其平衡常数为：
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图6－2 H－Na并联离子交换脱碱软化系统
在H－Na并联离子交换脱碱软化系统中， H交 换器和Na交换器的流量分配为：
Q Q H Q Na
Q H S Q Na A Q A '
QH
A A' AS
Q
Q Na
Q
QH
S A' AS
Q
（2）H－Na串联离子交换脱碱软化系统
H－Na串联离子交换脱碱软化系统见图6－3。 H－Na串联离子交换脱碱软化系统的流量分
配与并联情况一样。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且 该系统运行安全可靠，能减轻Na交换器的负 荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度 水。
图6－3 H－Na串联离子交换脱碱软化系统
二、顺流再生固定床
1、交换器及辅助设备 （1）交换器 交换器为钢罐，内部构造由三部分组成： 上部配水系统：喇叭口、穿孔管 树脂层，厚1.5-2.0m。 下部配水系统：排水帽、多孔板＋石英砂垫层 （2）辅助设备 再生设备 脱炭器 水泵、水箱等
再生剂的用量比较大 再生后树脂的工作交换容量较低
适用：原水硬度较低的小型软化站
பைடு நூலகம்
三、逆流再生固定床
1、装置 逆流再生固定床有以下特点：
设有中间排水装置，作用：排除再生废液、 冲洗废液。
用压缩空气顶压，防止再生时树脂乱层 在中上部设有压脂层
作用：使压缩空气分布均匀；起过滤作用，截 留水中杂质。
图6－4 强酸－脱气－强碱系统
（1）强酸阳离子交换器 强酸阳离子交换树脂采用001×7 再生剂为盐酸，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F1h1EOP1QT1C CNa＋ ＋ 2Ca2＋ ＋ 2M g2＋
（2）强碱阴离子交换器 强碱阴离子交换树脂采用201×7 再生剂为NaOH，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
第六章、离子交换
第一节、水的软化
一、离子交换软化系统与装置
根据使用的目的，离子交换软化法有： ❖ 钠离子交换软化法 ❖ 弱酸性氢离子交换除碱度软化法 ❖ 氢-钠并联离子交换除碱度软化法 ❖ 氢-钠串联离子交换除碱度软化法 ❖ 铵-钠混合固定床离子交换软化法
1、钠离子交换软化系统
（1）单级 ➢ 单级钠离子交换软化系统的流程见图6－1。 ➢ 去除效果：
（2）弱碱阴离子交换器
F 2 h 2 E O P 2 Q T ( C l－ ＋ 2 S O 4 2 )
3、强酸－脱气－弱碱－强碱系统 该系统适用于原水有机物含量较高、强酸阴离
子含量较大的情况。
图6－5 强酸－脱气－弱碱－强碱系统
（1）强酸阳离子交换器 强酸阳离子交换树脂采用001×7 再生剂为盐酸，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
d 4F
3、树脂装量 湿树脂重量为：
W Vf F (hh 0)f
五、再生剂及其设备设计计算
1、再生剂用量 （1）表示方法 再生剂用量G：单位体积树脂所耗的纯再生剂量。 再生剂比耗n：单位体积树脂所耗的纯再生剂物
质的量与树脂工作交换容量的比值。 再生剂耗量R：单位工作交换容量所需的纯再生
剂量。 （2）再生剂总量 每台离子交换器再生一次需要的再生剂总量为：
2、操作过程 （1）交换 （2）反洗 作用：
松动树脂，使再生液分布均匀 去除树脂中的杂质、碎粒、气泡
反洗强度：3L/m2·s 反洗时间15-20min （3）再生 （4）正洗 作用：将残留在树脂中的再生液冲洗干净 正洗时间：40-60min
3、评价 优点：设备简单、操作容易 缺点：
F2h2EOP2QT2(AHCO3C 4O 42) ACl－ ＋ 2SO42＋ HCO3SiO2
2、强酸－弱碱－脱气系统 强酸－弱碱－脱气系统适用于无除硅要求的场合。 （1）强酸阳离子交换器 强酸阳离子交换树脂采用001×7 再生剂为盐酸，浓度4%-10% 物料平衡关系式为：
F1h1EOP1QTC CNa＋ ＋ 2Ca2＋ ＋ 2M g2＋
材料：比重轻于树脂而略重于水的惰性树脂， 高度为15cm。
2、操作过程
（1）交换
（2）再生
小反洗：把压脂层中杂质洗去 放水：将中间排水装置上部的水放掉 顶压：进压缩空气 再生：进再生液 逆向清洗：用软化水逆流清洗 正洗：顺向清洗 大反洗：10-20个周期进行一次
3、评价
（1）优点 使再生剂得到充分利用，降低再生剂用量。 底层再生度高，使出水水质好。 工作交换容量大，交换周期长，产水量高。 再生废液浓度低，清洗时间短，节约冲洗水，减少
对环境的污染 （2）缺点 设备复杂，造价高 操作麻烦 （3）适用 原水硬度较高的大型软化站
四、固定床离子交换器设计计算
1、树脂层高度 由物料平衡关系式：
Fh OE P Q(H TtH t')
可计算得到树脂层高度为：
hQ(T Ht Ht')vT (Ht Ht')
FO EP
EOP
2、交换器的截面积及直径 F=Q/v
➢ ①能去硬度，残余硬度为0.03～0.05meq/L； ➢ ②不能脱碱； ➢ ③出水总固体稍有增加。 ➢ 适用： ➢ ①原水硬度不太大的情况，原水硬度小于6～
8meq/L； ➢ ②原水碱度小于出水允许碱度； ➢ ③用于低压锅炉。
图6－1 单级钠离子交换软化系统
（2）双级 双级钠离子交换软化系统的出水残余硬度
F1h1EOP1QTC CNa＋ ＋ 2Ca2＋ ＋ 2M g2＋
≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。 适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。
2、H－Na离子交换脱碱软化系统
（1）H－Na并联离子交换脱碱软化系统 H－Na并联离子交换脱碱软化系统的流程见图
6－2。 特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且
系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性 稍差。
GQHtMBnT(kg)
1000
第二节、水的除盐
离子交换法除盐工艺的设计计算内容有： ➢ 选择除盐系统的 工艺流程 ➢ 确定处理装置中各主要设备的尺寸大小和数量 ➢ 计算离子交换树脂用量及交换器的工作周期 ➢ 估算再生剂的消耗及再生设备的计算 ➢ 管路系统及其他附属设备计算
一、复床除盐
复床指阳离子、阴离子交换器串联使用 的除盐系统。 1、强酸－脱气－强碱系统