离子交换设计与计算

离子交换
（一）混合床离子交换体系
阴、阳离子交换树脂按一定比例混合装填到同一交换柱内，称为混合床。

它一般用在含盐量较低的场合。

混合床又分为体内再生混合床、阴树脂移外再生混合床、体外再生混合床以及其他形式的混合床。

1、体内再生式混合床
这种形式的混合床是运行、再生同在一个交换柱内。

操作比较方便。

再生方式有三种：一种是碱液由柱顶进，流经阴、阳树脂层后由底部排出，酸液由阳树脂层顶部进，底部排出的两步再生法，再生工艺程序为：运行→ 分层→ 进碱→ 置换→ 进酸→ 清洗→ 混合→ 正洗；另一种是酸液流经阳树脂、碱液流经阴树脂，分别再生的两步法，再生工艺程序为：运行→ 分层→ 进碱→ 进酸→ 清洗→ 混合→ 正洗；第三种是酸液、碱液同步分别流入阳、阴树脂层进行再生的方法。

再生工艺程序为：运行→ 分层→ 碱酸再生→ 清洗→ 混合→ 正洗。

2、阴树脂外移再生式混合床
这种混合床再生时，依靠进水压力将阴树脂移到体外的再生柱内，用碱液再生。

阳树脂留在混合床内用酸再生。

再生工艺程序为：运行→ 分层→ 移出阴树脂→ 再生→ 清洗→ 移回阴树脂→ 混合→ 正洗。

3、体外再生式混合床
混合床的阳、阴树脂均移到再生柱内进行再生，优点是再生效果好，同时又避免再生剂对交换柱的污染。

再生柱可以是一个，再生工序类似于体内再生；再生柱为两个时，一个再生阳树脂，另一个再生阴树脂。

（二）离子交换设备
1、离子交换软化设备
该设备主要是除去水中的钙、镁离子。

交换柱内装填钠离子型阳树脂，称为钠离子交换器。

2、离子交换除盐设备
离子交换除盐设备由阳离子交换柱和阴离子交换柱组成，根据处理水量和处理后出水水质的要求，可由多个阳柱和阴柱进行并联或串联。

3、离子交换精制纯水设备
为了制取高纯水和超纯水，除采用复床预脱盐外，还必须增加混床。

混合离子交换设备的大小与数量，与制取纯水量和出水的比电阻要求有关，根据设计选取产品。

4、离子交换废水处理设备
离子交换废水处理设备主要用于处理电镀废水，如镀铬废水、镀镍废水、含氰废水以及含铜废水等，回收废水中的金属、化工原料和水资源重复利用。

在影片洗印废水中回收银、CD-2、CD-3等贵重化学药品。

离子交换的设计与计算
（一）确定离子交换设计参数
1、确定进水和处理后出水的水质与水量
根据离子交换不同的处理目标，应确定相应的进水和出水水质指标。

如用于软化时，应确定进、出水的硬度指标；用于脱盐时，应确定进出水的阳离子和阴离子浓度指标；对废水而言，出水指标常常为国家或地方的排放标准。

在制水工程中，处理水量应考虑到树脂再生时附加的清洗水量。

2、确定离子交换柱在工况条件下的设计参数
确定工况条件的设计参数是十分复杂的，这些设计参数包括树脂的工作交换容量、液体在柱内的流速、再生剂耗量等有关参数。

在无确切资料的情况下，离子交换脱盐可利用国内现行各种设计规范提供的推荐数据。

详见下页附表。

（二）离子交换计算步骤
1、计算交换柱处理负荷
G = Q(C - Cp)
式中G——处理负荷，mol/h；
Q——处理水量，m3/h；
C——进水浓度，mol/m3；
Cp——出水浓度，mol/m3。

2、计算所需树脂的总体积
▽ = GT/E0
式中▽——树脂总体积，m3；
T——树脂再生周期，h；
E0——工作交换容量，mol/m3。

3、计算离子交换柱的直径
根据Q = ∏D2v/4 可以计算出D值。

式中 D——离子交换柱直径，m；
V——处理液在柱内流速，m/h。

4、计算离子交换柱高度
h = 4▽/∏D2
式中 h ——树脂层高度，m；
H = h(1+δ)
式中 H——离子交换柱高度，m；
δ——树脂清洗时膨胀率，可按40 – 50%考虑。

5、离子交换再生液的计算
再生剂的用量为
M = q
0 E
▽
式中 M——再生剂的用量，g；
q
——再生剂耗量，g/mol；
▽——塔内所装填饱和树脂的体积，m3。

再生液的体积为
▽i = M / Ci
式中▽i——在一定浓度下的再生液体积，L；
Ci——再生溶液中所含再生剂的浓度，g /L。