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应用“二步进酸”法可提高阳床的再生效果

发布时间：2010/6/7 阅读次数：2635 字体大小: 【小】【中】【大】

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应用“二步进酸”法可提高阳床的再生效果

李沛文 (广州员村热电厂，广东广州 510655)

摘要：广州员村热电厂化学除盐系统自投产以来，阳床再生效果不理想，经常出现再生不合格现象，酸耗较高。为此，该厂改用“二步进酸”法再生阳床，取得了良好的效果，再生合格率达100%，酸耗有较大幅度的下降，节省再生用酸量，有效地降低除盐水的生产成本。关键词：阳床；再生；“二步进酸”法；离子交换；酸耗；工作交换容量

广州员村热电厂是燃煤供热电厂，电厂化学除盐系统的设计出力为460t/h。自1996年投产以来，化学除盐系统阳离子交换器(简称“阳床”)经常出现再生不合格现象，酸耗偏高，接近或大于50g/mol。根据这种阳床的结构特点，从2001年8月20日起，我们将原传统的阳床再生方法改为“二步进酸”法对阳床进行再生，取得了良好的效果。阳床再生25台次，再生合格率达100%，阳床每次再生用酸量由2.6m3降低至2.2m3。阳床的周期交换容量和工作交换容量明显提高，酸耗有较大幅度的下降。可见，采用“二步进酸”法再生阳床可显著提高阳床的再生效果。

1概况

广州员村热电厂化学除盐系统共有5台阳床，采用并列方式连接，阳床内径3000mm，是一种逆流再生离子交换器。装填树脂为001×7强酸性苯乙烯阳离子交换树脂，其交换容量为1 900mol/m3，树脂高度2500mm，体积17.7 m3，阳床的设计出力为140 t/(h·台)。

2阳床再生

2.1再生原理

阳床在运行(除盐)过程中，水中的K+，Na+，Ca2+，Mg2+等阳离子与阳床内的阳离子与树脂上的H+离子进行交换：

当阳离子交换树脂上的H+离子被交换“完了”之后，树脂失去了继续交换水中阳离子的能力，即树脂吸附达到了饱和状态。此时，通常称为阳床(阳离子交换树脂)失效。

阳床再生的基本原理是将一定浓度的酸液以一定流量进入失效的阳床内，利用酸液中的H+离子将失效树脂上所吸附的K+，Na+，Ca2+，Mg2+等阳离子置换出来，取而代之，使离子交换树脂重新获得交换水中阳离子的能力。酸液中的H+离子与树脂上所吸附的K+，Na+，Ca2+，Mg2+等阳离子的置换反应进行得愈彻底，树脂获得交换水中阳离子能力愈强。此时，阳床再生效果愈好。

树脂的离子交换和再生过程，实际上是一种可逆的化学反应过程：

2.2影响阳床再生效果的主要因素

2.2.1盐酸溶液中氯化氢的体积分数

如前所述，离子交换树脂的离子交换和再生过程是一个可逆的化学反应过程。因此，阳床生过程盐酸溶液中溶质体积分数必须达到一定范围，酸液中的H+离子才能将失效树脂所吸附的阳离子置换出来。根据厂家资料，001×7强酸性阳离子交换树脂要求再生剂(盐酸溶液)中氯化氢的体积分数φ(HCl)为2.0%～4.0%。

2.2.2进酸流量

当酸液的溶质的体积分数处在一定范围时，酸液与失效树脂接触的时间愈长，酸液中的H+离子与失效树脂所吸附的阳离子进行的离子交换就愈充分，愈彻底，有利于提高阳床树脂的再生效果。一般情况下，阳床每次再生的用酸量是一定的。因此，为了保证酸液与树脂有足够的接触时间，进酸流量应控制在一个较低的数值。否则，若进酸流量很大时，阳床再生用酸量就很快用完，酸液与树脂的接触时间就不足，从而影响阳床的再生效果。同时，采用较低值的进酸流量，还可以减少阳床内出现偏流现象的影响和防止树脂层出现托起现象的发生，保证阳床的再生效果。

2.2.3置换效果

阳床再生进酸完后，树脂都沉浸在酸液中，树脂进行离子交换后所释放出来大量的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子溶于其中。置换过程中用纯水(除盐水)将积存在阳床树脂内的残余(剩)酸和交换出来的阳离子冲洗干净，这有利于酸液与树脂的离子交换反应往更充分和更彻底的方向进行。否则，这些残余酸量会影响阳床的出水水质，交换出来的阳离子又重新被再生好的树脂吸附，降低树脂的交换能力，影响阳床的再生效果。

3“二步进酸”法

3.1理论依据和要求

阳床再生时，酸液的H+离子与失效树脂上所吸附的阳离子进行的离子交换反应，与洗涤原理一样，符合“少量多次”的原则。因此，阳床再生时的进酸，宜分步进行。结合广州员村热电厂的实际情况，采用“二步进酸”法较为合理。

“二步进酸”法的具体要求如下：

a) 在预喷射、进酸和置换过程中，阳床内的顶压调整为0.05 MPa。

b) 在预喷射和置换过程中，酸喷射器的质量流量qm为25 t/h。

c) 进酸过程中，酸喷射器的质量流量qm为20 t/h。

d) 预喷射过程中，待阳床中排门出水清澈后，才能进酸。进酸分两步进行，首先进φ(HCl)为3.0%～3.5%的酸液，进酸时间30min，接着的置换时间为30 min，再进φ(HCl)为2.0%～2.5%的酸液，前后进酸总体积共2.2 m3。

e) 置换至阳床中排门出水酸度小于1.0 mol/L后才能转下一步操作。

“二步进酸”法第一次进φ(HCl)为3.0%～3.5%的酸液，此时，阳床内离子交换树脂的失效程度较深，开始进酸时盐酸溶液中溶质体积分数较大，有利于提高失效离子交换树脂与酸进行的离子交换效果。进酸时间30min，将使得阳床内失效的离子交换树脂的再生率达70%左右。在随后进行的30min置换过程，存在于树脂层中因离子交换被释放出来的阳离子其大部分被冲洗干净。最后，再以φ(HCl)为2.0%～2.5%的酸液将阳床内余下约30%的失效树脂进行再生——离子交换。这样，盐酸与失效树脂进行的离子交换反应就会较彻底和取得较佳的阳床再生效果。

3.2“二步进酸”法与原阳床再生方法对比

3.2.1再生步骤

“二步进酸”法再生阳床时，进酸是分两步进行的。因此，其再生步骤比原阳床再生方法的操作步骤增加了两个：进酸和置换。详见表1所示。

表1.

3.2.2进酸时间

“二步进酸”法分两步进酸，质量流量qm=20 t/h，总酸量为2.2 m3，第一次进酸时间为30 min，第二次进酸时间约为45min，总进酸时间约为75 min，酸液与树脂的接触时间足够长，使酸液与失效树脂进行的离子交换反应更充分和彻底。

原再生方法进酸一次完成，质量流量qm=28 t/h，总酸量为2.6 m3，进酸时间约55 min，比“二步进酸”法进酸少了20min，两种再生方法的进酸情况详见表2。

表2

3.2.3置换效果

“二步进酸”法第一次置换30min结束时，阳床中排门出水酸度不大于3.0mmol/L，ρ(Na+)＜2mg/L，说明此时阳床内树脂层的残余酸量和树脂进行离子交换所释放出来的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子大部分被冲洗干净；第二次置换结束时，阳床中排门出水酸度不大于1.0mmol/L，ρ(Na+)＜100μg/L，说明此时阳床内树脂层的残余酸量和树脂离子交换释放出来的K+，Na+，Ca2+，Mg2+等阳离子基本被冲洗干净。

原方法在置换结束时，阳床中排门出水酸度不大于5.0 mmol/L，ρ(Na+)＜800μg/L，此时，阳床树脂层还存在较多的残余酸和阳离子，这样，就会影响阳床的出水水质和再生效果。

4结果比较

从2001年8月20日起，广州员村热电厂改用“二步进酸”法进行阳床再生，每台阳床再生的用酸量由2.6 m3减少至2.2m3。至今，经近4个多月的再生操作试验，共进行了25台次的阳床再生操作，再生合格率达100%。阳床的周期交换容量和工作交换容量明显提高，酸耗有较大幅度的下降。两种阳床再生方法的情况比较见表3、表4和表5。

表3

表4

表5

从表3、表4和表5的结果可以看出，广州员村热电厂改用“二步进酸”法进行阳床再生后，阳床的再生合格率达100%，再生用酸量减少了0.4m3，但阳床的工作交换容量平均值由919 mol/m3提高至1 117 mol/m3，酸耗由55.16 g/mol降低至40.09g/mol，阳床的再生效果显著提高。

5结论

可见，广州员村热电厂化学除盐系统的阳床再生采用“二步进酸”法后，大大提高了阳床的再生合格率、周期交换容量和工作交换容量，阳床的再生效果明显提高；酸耗有较大幅度的下降，节省再生用酸量，有效地降低除盐水的生产成本。

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