小白必备：离子交换器计算书

北极星环保网讯:离子交换器主要用于纯水和高纯水的制备，也可用于锅炉、热电站、化工、轻工、纺织、医药、生物、电子、原子能及纯水处理的前道处理工序;工业生产所需进行硬水软化、去离子水制备的场合;食品、药物的脱色提纯;贵重金属、化工原料的回收;电镀废水的处理等。离子交换器(柱)的外壳一般采用PVC(硬聚氯乙烯)、PVC-FRP(硬聚氯乙烯复合玻璃钢)、PMMA(有机玻璃)、PMMA-FRP(有机玻璃复合透明玻璃钢)、JR(钢衬胶)或不锈钢衬胶等材质加工而成。

1按交换离子的类型分类

1.1复床

复床也就是阴阳离子交换床，是指将电解质溶液一次通过装有氢型阳离子交换树脂的阳床和装有氢氧型阴离子交换树脂的阴床的系统。其中，氢型阳床用于除去电解质溶液中的阳离子，而氢氧型阴床则用于除去水中的阴离子。通过复床一般可将电解质溶液中的离子基本除去。为达到较好的除盐效果，阳床内装载的是强酸性阳离子交换树脂，阴床则装载强碱性阴离子交换树脂。

1.2混床

混合离子交换柱即混床是为更好利用离子交换技术而设计的设备。所谓混床，是指把一定比例的阴、阳离子交换树脂混合装填于同一个交换柱中，以进行离子的交换和洗脱。一般来讲，阳树脂的比重会比阴树脂大。因此，在混床内阴树脂在阳树脂之上。阴、阳树脂的装填比例一般为2:1，也有装填比例为1.5:1的，可根据不同树脂和工况要求酌情考虑选择。

混床分为体内同步再生式和体外再生式。体内再生式混床的运行和整个再生过程均在混床内部进行，再生时树脂不会移除设备以外，且阴阳树脂同时再生。这就有了它相较于体外再生式混床的优势，即所需附属设备少，操作简单。

混床一般设置在一级复床之后，以便进一步纯化水质。当水质要求不高的时候，也可以单独使用。混床的特点包括：出水水质优良，pH值接近中性;出水水量稳定，短时间内运行条件(如进水水质或组分、运行流速)的变化对混床出水水质影响不大;即使是间断运行，对出水水质的影响也相对较小，恢复至停运前水质所需要的时间较短;离子回收率可达100%。

1.3钠离子交换器

钠离子交换器即软化器是用于去除水中钙离子、镁离子，制取软化水的离子交换器。组成水中硬度的钙、镁离子与软化器中的离子交换树脂进行交换，水中的钙、镁离子被钠离子交换，使水中不易形成碳酸盐垢及硫酸盐垢，从而获得软化水。影响钠离子交换器的三大选型标准是水质硬度、产水量和安装空间。

离子交换器还可以按使用规模分类，大体包括实验室用小型交换柱和工业用离子树脂交换柱两类。

2实验室用小型交换柱

实验室中一般将酸滴定管改装为小型交换柱。在其底部填少许玻璃棉，然后再倒入一层小的玻璃珠，最后装填树脂，便基本制成一个实验室用小型交换树脂柱。专用的小型玻璃交换柱下面有玻璃砂芯垫板，这就可以直接装入树脂。较大的交换柱可采用玻璃管，下部有出口，中间插入细玻璃管，作为入水口，上部用橡胶塞封堵。内径50mm以上的多使用有机玻璃或聚氯乙烯材料，两头用法兰封口，并在柱的中间增加进液口，能够完成较复杂的试验。树脂在装柱前应将其浸泡在水中，然后将树脂随水一起倒入柱中，防止干的树脂夹带气体。柱中装填的树脂层称为树脂床。

比较简单的进料方法是把料液储存在分液漏斗中，用下面的旋塞控制流量，待液体充满交换柱后，开启柱下面的旋塞，这种处理方式能让进出口的流量大体一致。在交换进行的过程中，一般会经常更换接收从柱中流出液体的容器。此类容器应有用于计取每次接收体积的容积刻度。在一定时间后，从流出液中取样分析被交换的离子浓度、pH值等参数的变化，进而可以获得流出液随料液加入量变化的相关曲线。为防止因柱内液体流出速度快于进液速度，从而造成柱内液位下降，可在出口后接一个细的“U”形管，并让出口高度与交换柱需要控制的液面相同，而出液则从出口溢流而出。

3工业离子树脂交换柱

3.1固定床式

在工业用离子树脂交换柱中，最早使用也是最常见的一类交换柱是固定床示离子树脂交换柱。因其内部的树脂床不会随着交换反应的进行而移动，故而得名。

此类交换柱通常是高径比在2~5之间的圆柱体，底部和顶部一般为球形或椭球形。在柱的顶部和底部有进出液管。特别的，柱中部也有支管，用于进液或出液。小型设备常用聚氯乙烯或玻璃钢等材料制作柱体和管道。对直径大于1m的设备，多采用碳钢制造主架构，再内衬以聚氯乙烯、环氧树脂、氯丁橡胶等防腐材料。主体高度常取树脂层高度的1.8~2倍，以给树脂留有足够的膨胀空间。这是因为在交换时，阳树脂的层高可能膨胀75%，阴树脂则可能膨胀1倍甚至更多。树脂层的高度由树脂与交换体系的性质来决定，一般在1~3m之间，也有高达几米的。需在树脂床层的顶部预留一段空间，便于操作时充入适量的空气或溶液。

底部是底板，用于支承树脂和透过溶液，多采用具有排水帽的孔板。孔板一般为平板型，也有的采用下凹球面型。此外，有的柱底采用铺垫石英砂作为树脂承载层，底板仍然使用孔板。这里石英层的高度随柱径增大而提高，总高基本控制在0.5~1m，分为4、5层铺垫，粒度由上而下，逐层变细。

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