基于MATLAB的離子交換器再生水量參數化設計

摘 要:運用數學方法對離子交換器再生水量模型進行簡化與分析，指出了再生水量隨床層高度的增加而減少。利用MATLAB軟件編寫了計算程序，并對一工程實例進行了探索計算。

關鍵詞:離子交換器 再生水量 參數化設計 MATLAB

中圖分類號:O29文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0119-01

1 引言

在化水設計中，離子交換器再生水量是必須考慮的因素。在滿足供水需求的情況下，通過調整設計參數，降低再生水量，具有節能減排的重要意義。通過對離子交換器再生水量模型進行深入推導，分析出影響再生水量的參數，運用MATLAB進行計算。

2 模型簡化與分析

單臺離子交換器再生所需總水量為

(1)

其中V0為稀釋濃再生液用水量，，、分別為稀再生液體積、再生劑（液體工業產品）體積。為離子交換器再生工藝各段耗水量之和，，f為交換器橫截面積。

單臺離子交換器再生水量模型為

(2)

式中T為交換器運行周期，V為每臺交換器內交換劑體積，，h為床層高度。E為交換劑有效工作交換容量，n1為實際選用臺數，Q為處理水流量，C＇為進出交換器水中總陽/陰離子數之差。

又，

，其中Gr為再生一次所需純再生劑重量，c1、r1和c、r分別為稀再生液和再生劑（液體工業產品）的百分濃度、重度，q為再生劑比耗。

整理式(2)，得

(3)

其中，，再生工藝參數在設計規范中已有規定。當處理水流量、水質一定時，離子交換系統的再生水量隨床層高度的增加而減少。設s是單臺離子交換器耗水率，，則床層高度。

3 MATLAB實現

由于式(2)中存在矩陣運算，故采用MATLAB語言編寫計算程序，共有3個M文件，分別計算參數A1、A2，床層高度h和單床耗水率s。以強陽離子交換器逆流再生為例，代碼如下。

%再生工藝參數計算

q0=100; c0=1.44;

n1=1;

c1=2; r1=1.008; c=30; r=1.149;

E=900; q=55;

A1=q*(1/(c1*r1)-1/(c*r))*1e-4

U=[10， 5， 15， 15];

t=[15，30，10，10];

A2=sum(U.*t)/(60*E)

%床層高度計算

s=1;

h=A2*c0/(n1*s/100-A1*c0)

%單床耗水率計算

h=2.5;

q1=q0*c0/n1*(A1+A2/h)

s=q1/q0*100

先計算A1、A2，其中流速U和時間t應根據設備選型和再生方式確定，再分別計算某一單床耗水率下的床層高度和某一床層高度下的單床耗水率，通過反復嘗試，比較計算結果，確定強陽離子交換器合適的床層高度為2.5m，交換器臺數為1臺，單床耗水率為1%。

4 結語

本文對離子交換器再生水量模型進行了簡化與分析，指出了再生水量隨床層高度的增加而減少。借助MATLAB強大的矩陣運算能力，編寫了計算參數A1、A2，床層高度和單床耗水率的M文件，為離子交換器再生水量參數化設計提供了參考。

參考文獻

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[2]邱李華譯.MATLAB7及工程問題解決方案[M].北京:機械工業出版社，2006.