离子交换原理及设备 杜世新
离子交换设备的工原理
离子交换设备的工原理离子交换设备是一种常见的水处理设备，其主要作用是去除水中的离子，使水质得到改善。
离子交换设备的工作原理是利用离子交换树脂对水中的离子进行吸附和释放，从而达到去除离子的目的。
离子交换树脂是一种高分子化合物，具有特殊的化学结构和物理性质。
它可以吸附水中的离子，如钠离子、钙离子、镁离子等，同时释放出等量的其他离子，如氢离子、氢氧根离子等。
这种吸附和释放的过程是可逆的，因此离子交换树脂可以反复使用。
离子交换设备通常由一个或多个离子交换柱组成，每个柱内装有离子交换树脂。
水经过离子交换柱时，离子交换树脂会吸附水中的离子，同时释放出等量的其他离子。
这样，水中的离子就被去除了。
离子交换设备的工作过程可以分为两个阶段：吸附和再生。
在吸附阶段，水通过离子交换柱时，离子交换树脂吸附水中的离子。
当离子交换树脂吸附的离子达到一定量时，离子交换柱就需要进行再生。
在再生阶段，离子交换柱内的离子交换树脂需要被清洗和再生。
这个过程通常是通过向离子交换柱内注入一种特殊的再生液来实现的。
再生液中含有高浓度的盐酸或氢氧化钠等化学物质，可以将离子交换树脂上吸附的离子释放出来，同时将离子交换树脂上的污染物清洗掉。
再生液中的离子也会被离子交换树脂吸附，从而实现离子交换柱的再生。
离子交换设备的工作原理简单易懂，但是在实际应用中需要注意一些问题。
首先，离子交换树脂的选择要根据水质的不同而定。
不同的离子交换树脂对不同的离子有不同的选择性，因此需要根据水质分析结果来选择合适的离子交换树脂。
其次，离子交换设备的再生液需要进行处理和回收，以避免对环境造成污染。
最后，离子交换设备的维护和保养也非常重要，定期清洗和更换离子交换树脂可以保证设备的正常运行和长期使用。
总之，离子交换设备是一种常见的水处理设备，其工作原理是利用离子交换树脂对水中的离子进行吸附和释放，从而达到去除离子的目的。
在实际应用中需要注意离子交换树脂的选择、再生液的处理和回收以及设备的维护和保养。
离子交换器的工作原理
离子交换器的工作原理离子交换器是一种广泛应用于水处理、化工、制药、食品等领域的重要设备，其工作原理主要是通过固定在固体载体上的功能基团与溶液中的离子进行置换，从而实现离子的分离、富集或纯化。
离子交换器在工业生产和日常生活中发挥着重要的作用，下面将详细介绍离子交换器的工作原理。
首先，离子交换器的基本结构是由一个固定相和一个流动相组成。
固定相通常是一种多孔的树脂或其他材料，其表面带有功能基团，如氨基、羧基、磺酸基等。
这些功能基团能够与溶液中的离子发生化学反应，形成化学键，从而使离子被固定在固定相上。
流动相则是指需要处理的溶液，其中含有需要进行离子交换的离子物质。
其次，离子交换器的工作过程可以分为吸附、交换和再生三个阶段。
在吸附阶段，溶液中的离子物质通过扩散或对流进入离子交换器的固定相中，与功能基团发生化学反应，被固定在固定相上。
在交换阶段，固定相上的离子与溶液中的其他离子发生置换反应，使得溶液中原有的离子被固定在固定相上，而固定相上原有的离子则进入溶液中。
最后，在再生阶段，当固定相上的功能基团逐渐饱和或失活时，可以通过酸、碱或盐溶液进行再生，使固定相重新具有吸附和交换离子的能力。
另外，离子交换器的工作原理还受到溶液pH值、离子浓度、温度等因素的影响。
在不同的条件下，离子交换器对离子的选择性、交换速率等性能表现也会有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体的工艺要求和溶液性质选择合适的离子交换器类型和操作条件。
总之，离子交换器通过固定相上的功能基团与溶液中的离子进行置换反应，实现离子的分离、富集或纯化。
其工作原理包括吸附、交换和再生三个阶段，受到溶液性质、操作条件等因素的影响。
通过合理选择离子交换器类型和操作条件，可以实现对不同离子物质的有效处理和利用，从而满足工业生产和日常生活中的需求。
离子交换设备
1．树脂用量和罐体积
交换罐中树脂的吸附量为：
Q1=Vq×106
式中 Q1——交换罐中树脂对生物产品的总吸 附量，单位； V——树脂装填量，m3；
q——单位体积树脂对生物产品的吸附量， 单位/mL。
溶液中的生物产品被树脂的吸附量为：
Q2=V1(c1—c2)· 106=Fτ(c1—c2)· 106
固定床有单床、多床、复床及混合床。
（1）单床 （2）复床 （3）混合床
离子交换设备
单柱 联
双柱串
根据溶液进入交换柱（罐）的方向又
有正吸附和反吸附两种。
连续流动床是指溶液及树脂以相反方
向连续不断流入和离开交换设备，一 般也有单床、多床之分。
（一）离子交换 设备的结构
1．常用离子交换罐
二、离子交换树脂的理化性能
1．颗粒度
大多数商品树脂多制成球形，以提高机械
强度和减少流体阻力，其直径在0.2～ 1.2mm（70～16目）之间。
粒度过小，堆积密度大，容易产生阻塞。
粒度过大，强度下降，装填量少，内扩散
时间延长，不利于有机大分子的交换。
2．交换容量
交换容量是表征树脂交换能力的重要参数，其表 示方法有质量交换容量（mmol/g 干树脂）和体积 交换容量（mmol/ml树脂）。 工作交换容量：在一定的应用条件下树脂表现出 来的交换量 再生交换容量：树脂在指定的再生剂用量条件下 再生后的交换容量。 再生交换容量=（0.5~1.0）交换容量； 工作交换容量=（0.3~0.9）再生交换容量。 工作交换容量与再生交换容量之比称为离子交换 树脂利用率。
解吸液浓度比较高，故一般采用前一种方法 较好，
但由于溶液的线速度相应增加，则流体阻力
离子交换器2设备工艺原理
离子交换器2设备工艺原理离子交换器2设备是一种常见的纯水制备设备，它通过离子交换技术将水中的离子去除，进而达到提高水质的目的。
本文将介绍离子交换器2设备的工艺原理，包括设备结构、工作原理、操作流程等。
设备结构离子交换器2设备包括五大部分：1.进水系统：将待处理的水通过管道输送至设备，通常包括进水泵、进水电磁阀、压力表等。
2.预处理系统：对水进行预处理，以确保进入交换柱的水质符合要求。
预处理系统主要包括过滤器和软化器。
3.交换柱：离子交换器的关键组件，用于去除水中的离子。
交换柱内部填充有具备特定离子识别功能的树脂，可以选择性地将水中的阳离子或阴离子去除。
交换柱通常是多级联式排列，以确保出水质量。
4.再生系统：随着交换柱的使用，交换树脂会逐渐饱和，此时需要对其进行再生。
再生系统通常包括再生液箱、再生泵和再生回收柜等。
5.出水系统：处理完毕的水通过出水管道输出，同时也包括出水压力表、出水电磁阀和水质检测仪等。
离子交换器2设备的工作原理基于离子交换技术，即将一种离子与其它离子交换并去除。
离子交换柱内填充的离子交换树脂具备选择性地吸附或释放特定类型的离子的能力。
当水通过交换柱时，水中的离子会与树脂发生离子交换，从而被去除。
离子交换器设备主要分为阳离子交换器和阴离子交换器两种。
阳离子交换器通常使用带有酸性功能团的树脂（如强酸树脂），可去除水中的阳离子；阴离子交换器通常使用带有碱性功能团的树脂（如强碱树脂），可去除水中的阴离子。
随着交换树脂吸附离子的增多，树脂会饱和，此时需要进行再生。
再生时，再生液通常包括强酸、强碱等化学品，用于将树脂上吸附的离子重新释放，并将树脂清洗干净以便再次使用。
操作流程离子交换器2设备的操作流程主要分为前处理、交换、回收、再生和排放五个步骤，具体操作如下：1. 前处理将需要处理的水通过进水泵加压后进入预处理系统，经过过滤器和软化器等预处理设备，去除水中的悬浮物和碳酸盐等杂质。
2. 交换经过预处理的水通过进水阀进入交换柱，在树脂的作用下，水中的离子与树脂发生离子交换，去除水中的离子。
离子交换原理
离子交换原理离子交换设备在水站里的种类有:阴床，阳床，混床等，.每种设备内的树脂种类也不同，故每种设备的工作原理也有区别。
离子交换的特点水处理系统引入离子交换设备的原因就在于离子交换树脂的优点表现在稳定性好，交换容量高，其最大的特点是失效后可以再生，使树脂能够较长时期的反复使用，利用效率高，成本低，出水水质好等方面。
离子交换的基本原理离子交换是一种特殊的固体吸附过程，它是由离子交换剂在电解质溶液中进行的。
一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，既离子交换树脂.它能够从电解质溶液中吸取阳离子或阴离子，而把自身所含的另一种带相同电荷符号的离子等量的交换出来，并释放到溶液中去，这就是离子交换的基本原理。
离子交换树脂的交换过程：离子交换的过程与一般的扩散过程不同，这是因为离子交换剂在溶液中与溶液建立起离子交换平衡的过程需要的时间很长，只有少数的离子交换可以在瞬间完成，一般的交换都需要长时间的.这是因为离子交换不只是在离子交换剂的表面进行的，而且在整个离子交换树脂的内部进行，离子交换的过程可分为7个连续的步骤：①再生剂离子从溶液中扩散到离子交换树脂颗粒的表面，②再生剂离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，③再生剂离子在离子交换树脂颗粒的内部孔隙中扩散，并扩散到交换点，④离子交换反应进行，⑤交换后的离子在离子交换树脂颗粒的内部空隙中扩散，并扩散到离子交换树脂的表面，⑥交换后的离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，⑦向外扩散到溶液中去，完成整个离子交换的过程。
在这7个连续的步骤中，① ~ ③是再生剂的离子向离子交换树脂颗粒内部扩散的，⑤ ~ ⑦是再生剂再生后置换出来的离子交换树脂的离子，并且是等价的离子，离子的运动方向相反；①和⑦是离子在溶液中扩散，②和⑥是离子透过交换树脂的边界膜扩散，③和⑤是离子在交换树脂的内部扩散，那么离子交换过程的快慢就决定离子扩散的速度。
F、离子交换树脂的再生方法：脂尽可能的恢复或接近原来树脂的工作状态。
软化水设备工作原理
软化水设备工作原理软化水设备是一种常见的水处理设备，它可以有效地去除水中的硬度离子，使水变得更加适合工业和家庭使用。
软化水设备的工作原理主要是通过离子交换的方式实现的。
本文将详细介绍软化水设备的工作原理。
一、离子交换原理1.1 离子交换树脂软化水设备中常用的离子交换树脂是一种高分子聚合物材料，具有大量的功能基团，如硫酸树脂、氯化树脂等。
这些功能基团能够与水中的钙离子和镁离子发生离子交换反应，将硬度离子去除，同时释放出等量的钠离子。
1.2 离子交换过程当水通过软化水设备中的离子交换树脂层时，水中的钙离子和镁离子会与树脂上的功能基团发生离子交换反应，被树脂吸附下来。
同时，树脂上的钠离子会被释放出来，取代水中的钙离子和镁离子，实现软化水的目的。
1.3 再生过程随着使用时间的增长，离子交换树脂上吸附的硬度离子会逐渐增多，影响软化水设备的效果。
因此，需要定期进行再生过程，通过用盐水冲洗离子交换树脂，将吸附的硬度离子冲走，同时重新将树脂上的功能基团恢复活性，保持软化水设备的正常运行。
二、工作原理优势2.1 高效去除硬度离子软化水设备采用离子交换原理，能够高效去除水中的钙离子和镁离子，有效软化水质，避免水垢和管道堵塞问题。
2.2 增加水质稳定性软化水设备可以稳定水质，减少水中硬度离子对设备和管道的腐蚀，延长设备使用寿命，保护设备安全。
2.3 节约能源和成本软化水设备可以减少热交换器和锅炉等设备的水垢堵塞，提高热传导效率，节约能源和维护成本。
三、适用范围3.1 工业用水软化水设备广泛应用于工业生产中，如锅炉供水、冷却水循环等，保证生产设备的正常运行。
3.2 家庭生活软化水设备也适用于家庭生活中，可以改善饮用水质量，减少水垢对家电设备的影响，提高生活质量。
3.3 农业灌溉软化水设备可以用于农业灌溉水源的处理，减少土壤中的盐碱含量，改善土壤质量，提高作物产量。
四、注意事项4.1 适当维护软化水设备需要定期维护，包括清洗离子交换树脂、定期更换滤芯等，以保证设备的正常运行。
离子交换水处理设备工艺原理及应用
离子交换水处理设备工艺原理及应用
一、沉淀法：沉淀法利用药剂处理，使悬浮物及微粒颗粒沉淀下来，
通常搭配沉淀池、回流池、接触式沉淀池、收集沉淀池等，使水中杂质经
过三次循环，从而达到净水的效果。
二、吸附法：吸附法是将不溶性有机物和有毒有害物质分离、去除的
一种技术，利用有机沟槽吸附剂对原水中的有机物和重金属进行吸附，从
而达到净化水质的目的。
三、离子交换法：离子交换法是利用离子交换在水中实现离子的交换，使原水中的重金属离子及其它有害物质净化掉，满足用户使用要求。
四、膜分离法：膜分离法是通过膜对水中重金属和有机物的分离，将
有害物质过滤掉，满足用户的要求，而膜分离法有RO浓缩法、UF膜滤法、NF超滤法等多种。
五、湿式反渗透法：湿式反渗透法是利用抗碱性材料的有序排列，结
合膨胀膜滤芯的压力强度作用，使水中的有害物质滤除掉，从而达到净化
水源的目的。
离子交换器的工作原理
离子交换器的工作原理
离子交换器是一种用于水处理的设备，它通过离子的吸附和释放，来实现去除水中有害离子的目的。
该设备通常由一个管道系统和填充了具有特定吸附性能的树脂颗粒的压力容器组成。
离子交换器的工作原理主要分为两个阶段：吸附和再生。
在吸附阶段，水流经过填充了离子交换树脂的压力容器。
树脂是由具有功能基团的高分子材料制成，这些功能基团可以吸附和释放离子。
当水中带有有害离子的溶质通过树脂床时，树脂的功能基团会吸附这些离子，使其从水中移除。
同样，有益离子也会被树脂吸附。
在再生阶段，一旦树脂吸附剂中的可交换离子几乎用尽，需要对树脂进行再生。
再生通常通过将含有更多可交换离子的盐溶液（如盐酸或盐）通过树脂床进行处理来实现。
这使得树脂释放先前吸附的有害离子，并重新吸收盐溶液中的可交换离子。
树脂床洗涤后，再生的树脂就可以继续吸附和去除水中的有害离子。
离子交换器可用于去除水中的多种有害离子，如钙、镁、铁、铅、氯等。
它广泛应用于水处理、锅炉给水、饮用水和工业过程中，以提高水质和防止设备的腐蚀和堵塞。
总之，离子交换器通过吸附和释放离子来去除水中的有害离子。
它的工作原理基于树脂床的功能基团吸附和释放离子的特性，以达到净化水质的目的。
连续离子交换设备工作原理
连续离子交换设备工作原理
内容仅供参考
连续离子交换设备的工作原理：
进水和预处理：首先，原水（需要处理的水源）被引入系统。
在进入连续离子交换设备之前，通常会进行一些预处理步骤，例如过滤，以去除大颗粒的杂质和悬浮物。
树脂床：接下来，水进入一个装有离子交换树脂的列管。
这个树脂是一种特殊的材料，能够吸附水中的离子，如钠、钙、镁、铁等。
离子交换：当水通过树脂床时，树脂中的交换位点会吸附水中的离子，同时释放出其上原先吸附的离子。
这个过程使得水中的离子被逐渐去除，而树脂上积累了越来越多的被去除的离子。
再生：随着时间的推移，树脂会逐渐饱和，无法再继续吸附更多的离子。
为了恢复树脂的吸附能力，需要进行再生步骤。
这通常涉及将一种浓度较高的盐溶液（称为再生液）通过树脂床，从而用新的离子取代树脂上的旧离子。
废液排放：再生液中带有被取代的旧离子，被称为废液。
废液需要妥善处理，以免对环境造成污染。
产水：经过再生后，树脂床重新获得了吸附能力。
水再次通过树脂床时，它会释放新的离子，并且这些离子会被树脂吸附。
这样，出水就变得更纯净。
连续操作：整个过程是连续进行的，即同时有一部分水进入树脂床进行离子交换，同时另一部分树脂床正在进行再生。
这确保了设备在不间断地处理水的同时，保持高效的性能。
《离子交换技术》课件
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
离子交换设备工作原理
离子交换设备工作原理
离子交换设备是一种通过固体吸附剂与溶液中的离子进行物质交换的装置。
离子交换设备通常由含有离子交换树脂的柱子或床体组成。
离子交换设备的工作原理基于离子交换树脂的特性。
离子交换树脂是一种具有固定的功能基团的高分子材料。
这些功能基团可以选择性地吸附或释放溶液中的特定离子。
离子交换设备的操作包括两个步骤：吸附和再生。
在吸附步骤中，离子交换树脂中的功能基团吸附来自溶液中的离子。
树脂的选择性吸附性质使其只选择性地吸附目标离子，而不吸附其他离子。
这样，在经过吸附过程后，溶液中的目标离子将被去除，而其他离子则被留在溶液中。
在再生步骤中，离子交换树脂通过与浓缩溶液进行接触，使之释放吸附的目标离子。
再生溶液通常是一种具有很高浓度的盐水溶液，使目标离子从离子交换树脂上解吸下来。
通过再生，离子交换树脂重新获得了吸附能力，可以用于下一轮的吸附过程。
离子交换设备可应用于各种领域，如水处理、化学制品制造、药物制造等。
它可以去除溶液中的杂质离子，提高产品纯度，调整溶液中离子的浓度，以及回收和再利用溶液中的有用离子。
离子交换器工作原理
离子交换器工作原理
离子交换器是一种用于分离和净化溶液的装置，它基于离子交换原理。
离子交换是指固体颗粒表面的功能基团能够与溶液中的离子发生交换的化学反应。
离子交换器通常由一个固体基质构成，这个基质有许多小孔和孔道，可以容纳离子。
在这些小孔和孔道上负载着具有特定功能基团的离子交换树脂。
当溶液通过离子交换器时，其中的离子会与交换树脂上的功能基团发生反应，从而使溶液中的离子与固体基质上的离子发生交换。
离子交换器的工作过程可以分为两个步骤：吸附和解吸。
在吸附阶段，带有溶液的离子通过与交换树脂上的功能基团反应，被固定在交换树脂上。
在解吸阶段，可通过改变溶液的pH值
或使用含有高浓度离子的溶液来打破离子交换树脂与离子的结合，使其与固体基质上的离子交换。
这样，离子就可以从交换树脂上解吸下来，溶液中的其他离子则与固体基质上的离子重新交换。
离子交换器可用于各种应用，例如水处理、药物制备、食品加工等。
通过选择不同类型的交换树脂和调整操作条件，可以选择性地去除特定的离子或分离不同的离子。
同时，离子交换器还可以实现离子的浓缩和纯化，提高溶液中离子的浓度或纯度。
需要注意的是，在使用离子交换器时，由于交换树脂表面上的功能基团有限，会发生功能基团的饱和和枯竭。
因此，离子交
换器需要定期再生，即用一定的溶液对交换树脂进行清洗和重建功能基团。
这样才能保证离子交换器的长期稳定性和有效性。
离子交换树脂离子交换原理ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
3．密度
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
(f) H型树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时水质变化 离子交换柱工作过程
进水初期，进水中所用阳离子均交换出H+，生成相当量的无机酸，出水 酸度保持定值。运行至a点时，Na+首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低， 当Na+泄漏量增大到与进水中强酸阴离子含量总和相当时,出水开始呈现碱性； 当Na+增加到与进水阳离子含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度 相等。至此，H离子交换结束，交换器开始进行Na+交换，稳定运行至b点之 后，硬度离子开始穿透，出水Na+含量开始下降，最后出水硬度接近进水硬 度，出水Na+接近进水Na+，树脂层全部饱和。
化学性能 1.再生：离子交换反应的可逆性交换的逆反应。 2.酸碱性：树脂在水中电离出H+和OH-,表现出酸碱性。树 脂的酸碱性受pH值影响，各种树脂在使用时都有适当 的pH值范围。 3.选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为 选择性，选择性大小用选择性系数来表征。 4.交换容量：表示树脂的交换能力。通常用EV（mmol/ml 湿树脂）表示，也可用EW（mmol/g干树脂）表示。 EV＝EW×（1-含水量）×湿视视密度
影响离子交换扩散速度的因素 1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。 2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面
离子交换水处理设备工艺原理及应用
离子交换水处理设备工艺原理及应用自然界中，天然水中通常含有各种种类不同、浓度不同的可溶性无机盐类，在人类日常生活和工、农业生产中，对水中的无机盐的种类和浓度均有不同的要求，所以必须对不符合标准的水进行除盐处理，传统的除盐方法采用的是阴、阳离子交换树脂化学除盐工艺，也叫复床处理工艺。
采用顺流或逆流再生的阴、阳离子交换器，适应于各种给水除盐或水质脱碱的工业给水处理。
阴、阳离子交换器可以除去水中的阳离子和阴离子，以阴、阳离子交换器及除二氧化碳器为单元可以组合成各种各样的复床式脱盐系统。
能除去水中大部分的盐类，是各种离子交换水处理设备工艺中的基本设备。
工艺原理当含有各种离子的原水通过氢(H)型阳离子交换树脂H+)被交换到水中，与水中的阴离子组成相应的无机酸。
将含有无机酸的水再通过氢氧(OH)型阴离子交换树脂时，水中的阴离子被树脂OH-)被交换到水中，并与水中的氢离子(H+)结合成水。
这样，原水在经过离子交换除盐工艺处理后，即可将水中的成盐离子“完全”除去，从而获得除盐水，这种离子交换除盐工艺被称为化学除盐工艺。
原水中含有大量的碳酸盐，它是构成水中碱度的主要成分。
在化学水处理工艺的脱碱软化或除盐过程中，原水经阳床交换后，水中的钙( Ga2+ )、镁( Mg2+ )、钠 ( Na+ )离子被阳离子交换树脂所吸附，水中的碳酸盐在交换后则形成大量的碳酸。
在一定温度下，水中的碳酸化合物的比例与水的氢离子(H+)浓度有关。
当pH<4.5 时，水中的碳酸( H2CO3 )几乎全部以游离二氧化碳( CO2 )的形式存在。
大量的游离二氧化碳(CO2)存在于水中会影响水质。
所以当原水中的碳酸根( CO2)的含量超过50mg/L 时，应设置除碳器以除去水中的游离二氧化碳( CO2 )。
吸附，树脂上的可交换氢氧根离子(时，水中的阳离子被树脂吸附，树脂上的可交换氢离子。
应用范围:离子交换器(柱)主要用于锅炉、电站、化工、轻工、纺织、生物、制药、电子等工业需进行硬水软化，去离子水的制备场合。
环境工程原理 第九章 离子交换(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】佳木斯大学理学院环境科学环境工程原理作业第九章离子交换第一节概述1.离子交换的概述1.1定义：离子交换法是通过离子交换剂与水中的可溶性无机离子发生交换反应。
1.2使用范围：主要用于制备软化水、纯水和去除水中有害离子，也常用于工业废水的贵重离子回收、放射性废水和有机废水处理。
1.3离子交换剂分类1.3.1 按母体材质：（1）无机离子交换剂：包括天然沸石和合成沸石，属于硅质阳离子交换剂。
（2）有机离子交换剂：可分为碘化煤和离子交换树脂。
其中离子交换树脂相比于其他离子交换剂具有较大的交换容量。
1.3.2 离子交换树脂分类（1）按活性基团分为：阳离子交换树脂分为强酸性和弱酸性两类；阴离子交换树脂分为强碱性和弱碱性两类；特殊活性基团的交换树脂如氧化还原树脂、两性树脂、螯合树脂。
（2）按树脂类型和孔结构的不同：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型树脂、高巨孔型树脂等。
1.4离子交换树脂结构离子交换树脂结构分为两子交换反应。
大部分：一是不溶性树脂母体部分，称为骨架，不参与交换反应；二是连接在骨架上的活性基团，带可交换离子参与离2.离子交换树脂性能2.1 物理性质：（1）外观:凝胶型树脂为透明或半透明珠体，大孔型树脂为乳白色后不透明珠体（2）粒度：粒度影响着离子交换速率 （3）密度：)/(mL g 括空隙体积）湿树脂的真体积（不包湿树脂质量湿真密度= )/(mL g 空隙体积）湿树脂堆积体积（包括湿树脂质量湿视密度= （4）含水量：在水中充分溶胀的湿树脂所含溶胀水质量占湿树脂质量比例（5）溶胀性：干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用使交联网孔增大，体积膨胀现象。
（6）机械强度：取决于交联度与溶胀率。
（7）耐热性：每种树脂耐受的温度均有一定范围。
2.2 化学性质：（1）可逆性：使离子交换树脂可以重复使用。
（2）酸碱性：由于活性集团的解离与pH 有关，因此每种树脂都有适当的pH 范围。
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，它在化学工业、水处理、生物化学和环境科学等领域起着重要作用。
离子交换是指在溶液中发生的离子之间的置换反应，常用于去除水中的有害离子或纯化溶液中的目标物质。
离子交换的基本概念
离子交换通常发生在一种固体材料上，这种固体材料被称为离子交换树脂。
离子交换树脂是一种具有特定功能的树脂，能够吸附或释放溶液中的特定离子。
在离子交换树脂中，通常存在一些固定的功能基团，这些功能基团能够与溶液中的离子发生化学反应，从而实现离子的吸附或释放。
离子交换的原理
离子交换的原理可以用如下简单的示意图来说明：
固定正离子树脂A + 溶液中的负离子B → 固定负离子树脂A + 溶液中的正离子B
在上述示意图中，固定正离子树脂A吸附了溶液中的负离子B，同时释放了固定负离子树脂A中的正离子B。
这种离子之间的置换反应导致了固定正离子树脂A 中的负离子浓度增加，同时固定负离子树脂A中的正离子浓度增加。
离子交换的应用
离子交换在许多领域都有重要的应用。
在化学工业中，离子交换常被用于分离和纯化溶液中的有机物或无机物。
在水处理方面，离子交换被广泛应用于去除水中的硬水离子，如钙离子和镁离子。
在生物化学和生物技术领域，离子交换被用于分离和纯化生物大分子，如蛋白质和核酸。
综上所述，离子交换是一种重要的化学反应过程，它在许多领域都发挥着重要的作用。
通过离子交换过程，可以实现溶液中离子的选择性吸附和释放，从而实现目标物质的分离和纯化。
随着科学技术的不断发展，离子交换技术的应用范围将会不断扩大，为人类的生产生活带来更多的便利和效益。
离子交换设备设备工艺原理
离子交换设备设备工艺原理离子交换设备（Ion-exchange equipment）是指通过离子交换过程来清除水中离子物质的一种设备。
在离子交换设备中，常用的交换介质是固体离子交换树脂。
离子交换设备在水处理、制药、石油、化工等行业有广泛的应用。
本文将介绍离子交换设备的设备工艺原理。
离子交换原理离子交换是指通过电离技术来交换溶液中的离子物质。
由于离子的化学性质的不同，它们在受到外在环境的影响下，会发生不同的反应。
在离子交换设备中，离子交换时主要发生以下两个反应：•树脂与阳离子交换：树脂（H+-R）中的H+离子会与阳离子相互作用，使树脂表面负电，从而吸附更多的阳离子。
•树脂与阴离子交换：树脂（OH–R）中的OH-离子会与阴离子相互作用，使得树脂表面带正电，从而吸附更多的阴离子。
以上反应会使得树脂吸附更多的离子物质，从而起到清除水中离子物质的作用。
离子交换设备的种类离子交换设备主要可分为两种：固定床型、可移动床型。
•固定床型：固定床型离子交换设备是一种稳定的设备，主要由树脂层堆叠而成，广泛应用于水处理、制药、食品等行业。
该设备的优点是处理量大，质量稳定；缺点是清洗困难，容易积垢。
•可移动床型：可移动床型离子交换设备是一种移动式设备，由可移动床定位板和膜组成，通常使用于小型试验和实验。
该设备的优点是移动方便，使用灵活；缺点是处理量小、生产能力有限。
离子交换设备的工艺流程离子交换设备的工艺流程主要分为预处理、固定化处理、再生处理三个阶段。
预处理阶段在实际使用中，离子交换设备通常需要通过一定的预处理来保证其使用效果。
预处理的主要目的是保证水的性质稳定，去除影响离子交换效果的杂质，以及延长树脂的使用寿命。
常用的预处理设备有过滤器、混凝剂、从活性炭和草酸等。
固定化处理阶段固定化处理阶段是离子交换设备的核心阶段，通过使用固定化树脂将水中的离子物质清除。
固定床型离子交换设备主要采用固定床工艺流程，其特点是稳定可靠、处理量大、清洗困难；而可移动床型离子交换设备则采用可移动床工艺流程，即通过移动膜将离子物质从水中清除。
离子交换设备
离子交换设备离子交换设备是一种能有效去除水中杂质离子的装置，广泛应用于水处理领域。
通过离子交换作用，可以使水中的离子更换为其他离子，从而达到净化、软化水的目的。
离子交换原理离子交换设备的核心原理是利用固定的功能基团与水中的离子进行置换，使水中的杂质离子与功能基团结合形成固定的离子交换物质。
其中，阳离子交换树脂主要吸附钙、镁等阳离子；阴离子交换树脂则吸附氯离子、硫酸根离子等阴离子。
离子交换设备结构离子交换设备通常由压力容器、离子交换树脂层和管路系统组成。
水通过离子交换树脂层时，与树脂表面的功能基团发生交换反应，完成对水中离子的去除。
经过离子交换处理后的水，可以得到更纯净、更软化的水。
离子交换设备应用离子交换设备广泛应用于工业生产、饮用水处理、污水处理等领域。
在工业生产中，离子交换设备可以去除水中与生产过程有害的杂质离子，保证生产质量。
而在饮用水处理领域，离子交换设备可以有效去除水中的重金属离子、硬度离子等有害物质，提供安全、健康的饮用水。
离子交换设备维护为了保证离子交换设备的正常运行，需要进行定期的维护保养工作。
包括对离子交换树脂的检查、清洗、更换，对管路系统进行检修等。
只有做好设备的维护工作，才能保证设备的稳定运行和净化水质的效果。
结语离子交换设备在水处理领域有着重要的应用价值，通过离子交换原理，可以有效去除水中的杂质离子，得到更纯净、更软化的水质。
有效的维护保养工作是保证离子交换设备正常运行的重要保障，同时也是保证水质净化效果的关键。
随着科学技术的不断进步，离子交换设备将在更多领域发挥重要作用。
以上是关于离子交换设备的介绍，希望对读者有所帮助。
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进水装置
反洗空间 压脂层 200mm 中间排液装置
树脂层 1600mm 排水装置
排水装置的作用是均匀收集处理好的水； 另一个作用是均匀分配反洗进水。
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逆流再生阳离子交换器结构图
阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行 失效时，其出水中就会有其它阳离子的泄漏，而 在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故 习惯上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定 的极限值时，阳离子交换器被判失效，需停运再 生后才能投入运行。 为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏 Ca2+或Mg2+离子？
1
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离子交换装置及再生
离子交换
（一）定义
利用离子交换剂与溶液中的离子发生交换作用，使欲提取的 组分与其它组分进行分离的单元操作
离子交换是一种新型的化学分离过程，是从水溶液中提取
有用组分的基本单元操作。 树脂容量有限，若溶液中离子浓度太高，则树脂用量多， 设备尺寸大，所以离子交换不适宜处理较浓的工艺溶液。
它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。
结构：离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合
物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和
功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。
(一) 组成
母体(骨架）
离子交 换树脂 苯乙烯(单体) + 二乙烯苯(交联剂)
固定离子 活性基团 可交换离子
脱盐工作原理
在离子交换过程中，水中的阳离子（如Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+ 等）与阳离子交换树脂上的H+ 进行交换，水中阳离子被转移到树脂上，而 树脂上的H+交换到水中。 水中的阴离子（如Cl-、HCO3-等）与阴离子交换树脂上的OH-进行交换， 水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH- 交换到水中。而H+ 与OH相结合生成水，从而达到脱盐的目的(见下页图) 。
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3. 阴离子交换器(阴床)
阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水(经过阳离子交换及除碳)中的负 离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为： 1/2H2SO4 1/2SO4 HNO3 NO3 1/2H2CO3 +ROH→R 1/2CO3+2H2O HCl CI 1/2H2SiO3 HSiO3 根据强碱阴树脂的交换规律， HSiO3- 集中在交 换器中树脂的底部。所以当强碱性 OH 型阴离子 交换器失效时， HSiO3- 先漏出来，致使出水的 硅含量升高。 因强碱阴树脂的选择性顺序为： SO42－>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HSiO3－
当水通过强酸性H型阳交换器时，水中所有的阳离 子都被强酸性H型树脂吸收，活性基团上的H+被置换到 水中，与水中的阴离子组合生 ， 阳离子交换器的出水 是酸性水。
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阳离子交换器（阳床）
进水装置的作用是均匀分布进水于交换 器的过水断面上。另一个作用是均匀收 集反洗排水。 压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物及机 械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于 树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱 层。 中间排液装置的作用：中间排液装置对 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， 安装时应保证在交换器内呈水平状态，
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运行时的交换情况
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树脂的再生
逆流固定床制水和再 生流向图 进 水 压脂层 再生废液
1）小反洗。只对压脂层进行反 洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污 染物。
2）放水。
3）进再生液 4）逆流再生 5）小正洗。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。
再 生 液
出 水
6）正洗。用水自上而下进行正 洗，直到出水水质合格，即可投 入运行。
大孔型树脂
针对凝胶型离子交换树脂的缺点，研制了大孔型离子交换树 脂。 大孔型离子交换树脂外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶 结构。内部的孔隙又多又大，表面积很大，活性中心多，孔径 一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达每克树脂几百平方米
因此其吸附功能十分显著。离子交换反应的速度快，约比凝胶型 树脂快约十倍。而且能抗有机物的污染（因为被截留的有机物容 易在再生时通过这些孔道除去）。即使在干燥状态，内部也存在 不同尺寸的毛细孔，因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用。 大孔型树脂的缺点是交换容量较低，再生时酸、碱的用量较大和 售价较贵等。
影响扩散速度的因素
1 树脂颗粒大小——颗粒越小、内扩散距离短、内扩散速度快 2 树脂交联度——交联度愈大，树脂网孔减小，扩散速度愈慢 3 温度——温度升高、有利于提高扩散速度 4交换离子的大小———交联度愈大，树脂网孔减小，扩散速度愈慢 5溶液浓度——稀溶液中决定的是膜扩散速度、加大浓度、扩散速度加快。
浓度过高后，粒扩散速度成为反应速度决定阶段。最后反应趋向于已极限值
离子交换装置
按照操作方式分类
操作方式有静态(与动态交换交换设备两种
静态设备为一带有搅拌器的反应罐，目前已较少使用
动态设备分为间歇操作的固定床和连续操作的流动床两大类
离子交换装置
一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换器所组成，其组合 方式分为单元制和母管制。
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图3.7.4 强碱性OH型离子 交换器出水水质变化
进水装置
阴离子交换器与阳离子交换
器一样是逆流再生工艺，其
操作步骤与阳离子交换器相 同。其交换器结构示意图与 阳离子交换器也相同。
பைடு நூலகம்反洗空间
压脂层
中间排液装置
树脂层 2500mm 排水装置
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逆流再生阴离子交换器示意图
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混床除盐步骤
反洗分层 水力筛分法 借反洗的水力将树脂悬浮起来分层 2 再生 体内再生 体外再生 阴树脂外移 3阴阳树脂的混合 树脂再生和清洗后，重新混合 4正洗 5制水
离子交换原理及设备
杜世新
离子交换器
水经反渗透脱盐后， 除去了绝大部分的溶 解盐类，但还有大约 1%左右的溶解盐类尚 未除尽，用作锅炉补 给水，还需进一步进 行深度除盐处理。深 度除盐采用的是离子 交换法。
主要内容
离子交换的定义及发展
离子交换树脂及其分离原理
离子交换树脂的分类 离子交换树脂的理化性能 离子交换机理及动力学
Fe3+ > Ca2+ > Na+ Ba2+ > Pb2+ > Ca2+ 依价数高优先 同价位时，依半径大优先， 因为水化半径小，与固定离子的静电引力越大
⑤ 热稳定性，最高使用温度，如
苯乙烯强酸阳离子 丙烯酸弱酸阳离子
120 ℃ 200 ℃
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几类树脂性能的比较
类型 阳离子交换树脂 强酸性 弱酸性 阴离子交换树脂 强酸性 弱酸性
（二）发展 1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交 换现象； 1876年Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学 计量关系； 1935年人工合成了离子交换树脂； 1940年应用于工业生产； 1951年我国开始合成树脂。
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离子交换树脂
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料，在溶液中
单元制
H
C
OH
H
C
OH
母管制
H C H C H 23 OH OH OH
图3 一级复床除盐系统 1—阳床水泵； 2—强酸性H型阳离子交换器； 3—除碳器； 4—中间水箱； 5—中间水泵； 6—强碱性OH型阴离子交换器
阳离子交换器
进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少量
的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。其中 2+ + + 3+ 3+ 水中的阳离子主要由Ca2+、Mg 、K 、Na 和极少量的Al 、Fe － 2－ 离子组成，阴离子主要由HCO3 、SO4 、Cl 和少量的NO3 、 HSiO3 离子组成。
(三) 离子交换树脂的性能
① 粒度（珠状颗粒型）：0.315-1.2mm ② 含水量（凝胶树脂）：30%-80% ③交换容量：单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能交换离子相当于 一价离子的物质的量 , mmol/g 或者 mmol/mL ④离子交换选择性：
对不同离子的选择性，例： 苯乙烯强酸阳离子型（对阳离子的选择性）
离子交换原理示意图
H+ Na+
阳离子交换树脂
NaCl
阳离子交换树脂 ClH2 H2 O O
OH 阴离子交换树脂
阴离子交换树脂
离子交换动力学
当溶液中的A与树脂内离子B发生交换反应时，整个反应历 将经历五个阶段： （1）膜扩散过程 在树脂微粒周围包围着一层静止的液膜，离子必须通 过这个膜方能到达树脂表面，这叫膜扩散过程 （2）粒扩散过程 A离子由表面进入树脂内部，进入交换位置 （3）化学交换反应过程 （4）B离子由树脂内部进入到树脂表面 （5）B离子从表面通过液膜进入外界溶液
性能 活性基团 pH的影响
磺酸 无
羧酸
季胺
伯胺、仲胺 碱性交换力小
1.2～2倍 慢
酸性交换力小 无
1.5～2倍 慢 3～5倍 快
再生剂用量 3～5倍 交换速率 快
离子交换机理
离子交换机理
A RB RA B
树脂
液膜
B+
A+
离子交换过程包括5步： 1. A+自溶液扩散到树脂表面； 2. A+从树脂表面扩散到树脂内部 的活性中心； 3. A+在活性中心发生交换反应； 4. 解吸离子B+自树脂内部的活性 中心扩散到树脂表面； 5. B+从树脂表面扩散到溶液；