离子交换软化实验报告

/cm
树脂层高度 /cm
103.8
35
60
树脂名称及型 号
钠型树脂
运行流速 /(m/h)
15 15 20 25 30
运行流量 (L/h) 14.4 14.4 19.2 24.1 28.9
表 4-2 交换实验记录
运行时间 /min
滴定体积 V/mL
10
0.45
10
0.41
5
0.35
5
0.21
5
0.18
用 100 mL 吸管移取三份水样，分别加 5mL NH3-NH4Cl 缓冲溶液，2~3 滴铬黑 T 指示剂，用 EDTA 标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。 (3) 将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用 15 m/h，以去除树脂层的气泡； (4) 软化：运行流速采用 15 m/h，每隔 10 min 测一次水硬度，测两次并进行比较； (5) 改变运行流速：流速分别取 20、25、30 m/h，每个流速下运行 5 min，测出 水硬度； (6) 反洗：冲洗水用自来水，反洗结束将水放到水面高于树脂表面 10 cm 左右。
(9) 清洗：清洗流速采用 15 m/h，每 5 min 测一次出水硬度，有条件时还可测氯 根，直至出水水质合乎要求为止。清洗时间约需 50 min；
(10) 清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。
4 数据记录与整理
表 4-1 原水硬度及实验装置有关数据
交换柱内径
原水硬度(以 CaCO3计)/(mg/L)
15
再生流量 /(mL/s)
14.43
清洗流速 /(m/h)
来自百度文库15
清洗流量 (L/h)
14.4
表 4-5 清洗记录
清洗历时 /min
滴定体积 V/mL
5
1.07
10
0.40
15
0.45
出水硬度(以 CaCO3 计)/(mg/L)
10.7 4.0 4.5
注： ①EDTA 二钠的浓度为 C=10mmol/L ②实验中，每改变一次流速，都是等待水流稳定后才开始计时。 ③出水硬度 = C(EDTA 二钠) * V(滴定体积) *M(CaCO3) / V’(水样体积)
出水硬度(以 CaCO3 计)/(mg/L) 4.5 4.1 3.5 2.1 1.8
反洗流速/(m/h) 15
表 4-3 反洗记录 反洗流量/(L/h)
14.4
反洗时间/min 10
精品
.
表 4-4 再生记录
再生一次所需食盐 再生一次所需浓度 10%的食盐
量/kg
再生液/L
1
10
再生流速 /(m/h)
.
1 实验目的
(1) 熟悉顺流再生固定床运行操作过程； (2) 加深对钠离子交换基本理论的理解。
2 实验原理
当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的 水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的 Ca2+及 Mg2+便与树脂中的可交换离 子（钠型树脂中的 Na+,氢型树脂中的 H+）交换，使水中的 Ca2+和 Mg2+含量降低或基 本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl） 再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下:
精品
.
比之前更加充分，故而出水硬度逐渐降低。 （2）过小的流速会造成原水只与树脂表面离子进行交换，水不能进入树脂内 部。树脂表面通常仅提供 20%的交换容量，树脂里面能提供 80%交换容量。在实验 条件下，可能由于 15m/L 的初始流速偏小，软化最开始时原水只树脂表面离子进 行交换，从而导致初始时出水硬度偏高。 5.2 绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线 以树脂清洗历时为横坐标、出水硬度为纵坐标，绘制两者之间的关系曲线如 图 5-2 所示。
曲线如图 5-1 所示。
图 5-1 运行流速与出水硬度关系曲线 由上图可看出，不同流速下，出水硬度均低于 5 mg/L，说明离子交换软化效 果良好。此外，随着运行流速的增大，出水硬度逐渐降低。 交换液的流速实际上反映了达到反应平衡的时间，在交换过程中，离子进行 扩散-交换-扩散一系列步骤，运行流速对这一系列步骤起着重要的影响作用。一 般，交换液流速大，在树脂层的停留时间缩短，离子的透析量高，水中的部分钙、 镁离子未来得及交换而通过树脂层流失的量增多。因而，理论上出水硬度应随着 运行流速的增大而减少，然而实验结果却与理论现象截然相反，对出现此异常现 象的可能原因作出分析如下： （1）一般，反洗之后树脂床应该被静置，然后由其自身的重力使之压实（静 置时间约 5mins）而形成均匀的树脂床结构。实验中反洗过后没有经过充分静置 即开始进行离子交换软化实验，这可能导致树脂层颗粒堆积不够密实，树脂颗粒 间存在较大缝隙。在软化初始阶段，部分原水可能未与树脂充分接触便直接通过 缝隙流出，从而导致出水硬度偏高；随着软化的进行、运行流速的增大，树脂层 逐渐被压实，树脂颗粒间缝隙减小，原水与树脂充分接触，离子交换的进行
1块 1个 若干
食盐
1000 g
3.2 实验装置 实验装置如图 3-1 所示。
精品
.
图 3-1 离子树脂交换装置
1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶； 6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管
3.3 实验步骤 (1) 熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用； (2) 测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度；
5 数据处理与分析
5.1 绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线
5.1.1 计算 15 m/L 时的平均出水硬度 平均出水硬度
相对偏差
故运行流速为 15 m/L 时，实验测量符合测量要求，测量结果可运用于理论分析。
精品
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5.1.2 绘制变化曲线 以离子交换的运行流速为横坐标、出水硬度为纵坐标，绘制两者之间的关系
精品
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(7) 根据软化装置再生钠离子工作交换容量（mol/L），树脂体积（L），顺流再生 钠离子交换 NaCl 耗量（100~120g/mol）以及食盐 NaCl 含量（海盐 NaCl 含 量≥80～93%），计算再生一次所需食盐量。配制浓度 10%的食盐再生液；
(8) 再生：再生流速采用 3~5m/h。调节定量投再生液瓶出水阀门开启度大小以控 制再生流速。再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟；
（1）钠离子交换 软化
再生
（2）氢离子交换 交换
精品
.
再生
钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度， 但出酸性水。本实验采用钠离子交换。
3 实验内容
3.1 实验设备与试剂
表 3-1 实验中所用试剂及说明
仪器（试剂） 软化装置
100 mL 量筒
数量或说明 1套 1个
秒表 2000 mm 钢卷尺 测硬度所需用品