離子交換器中間排水裝置改造

姜之宇

(中石化股份天津分公司水務部,天津 300271)

離子交換器中間排水裝置改造

姜之宇

(中石化股份天津分公司水務部,天津 300271)

文章介紹了逆流再生雙層床通過對中間排水裝置排改造,增加合理分配樹脂,提高了樹脂的使用效率量,增加了離子交換器的制水量,相應的降低了藥劑用量和水耗。

離子交換器 周期制水量 中間排水裝置

1 概述

天津石化水務供化工用除鹽水的一級除鹽水系統采用的是逆流再生雙層床水處理工藝。雙層床就是將強、弱兩種樹脂分上、下兩層放在同一交換器內。上面是弱樹脂,下面是強樹脂,現有有陰、陽雙層床各5臺,陰陽離子交換器的直徑為φ2500mm,高度分別為:陰雙層床5910mm,陽雙層床5710mm采用逆流再生。運行時,水自上而下流經樹脂層。再生時,再生液自下而上流經樹脂層。

2 雙層床再生原理

2.1 陽離子交換器

新鮮的鹽酸為再生液,先通過下層失效度較小的強酸性陽樹脂,盡管強酸性陽樹脂對氫離子的吸收能力并不很強［1］,但再生液中大量的氫離子離子先與部分失效的強酸性陽樹脂進行置換反應。當離子濃度達到動態平衡時,將有大量的鈣、鎂、鈉離子被氫離子從樹脂上置換下來,使陽樹脂得到再生。新再生液不斷從底部進入,通過弱酸性陽樹脂層時,由于弱酸性陽樹脂對氫離子的吸收能力很強［1］,所以利用廢液對弱樹脂進行再生。

2.2 陰離子交換器

新鮮的氫氧化鈉為再生液,先通過底部失效度較小的強堿性陰樹脂。盡管強堿性陰樹脂對氫氧根的吸收能力并不很強,但我們用大量的OH-去置換樹脂上的酸根。當反應趨于平衡時,將有大量的酸根被氫氧根從樹脂上置換下來,使樹脂得到了再生。

不斷的用新鮮的NaOH再生液從底部進入,廢再生液不斷向上流動,當與弱堿性陰樹脂接觸時,由于弱減性陰樹脂對氫氧根吸著能力很強［1］,所以,只要用少量的氫氧根濃度,就能置換出弱堿樹脂上的其它酸根離子。再生液的不斷流動,便將置換下來的含有大量酸根的廢液帶走。

3 中間排水裝置結構

床體中部設有中間排水裝置,中間排水裝置的結構主要是要求不漏交換劑顆粒,布水均勻。中間排水裝置用不銹鋼制造,形式為母管支管式,一根母管上接有8根支管,支管上總共開有直徑為φ18mm的孔568個,外包60目尼龍網套,其作用是防止再生時跑樹脂。此外,為了使液體上流時不亂層,在中間排水裝置之上,交換劑層面上加離子一層交換樹脂作為壓實層,這樣可以使用來頂壓的壓縮空氣或水均勻地進入中間排水裝置。

4 中間排水裝置改造

運行(制水)時的水流向與再生時再生液流向相反,再生時,將中排以上水放凈,從交換器上部加壓縮空氣頂壓,使氣壓均勻的壓在壓脂層上,為使從下部進再生液時使樹層保持原有狀態,不攪動,保證樹脂有較高的再生度。當下部再生液與上部頂壓壓力平衡時,再生液經過中間排水裝置的8根支管上的小孔流向母管,排出交換器體外,此過程中在各支管與外排水之間形成虹吸現象,所以再生液所再生的樹脂只是在中排支管以下的部分。

經查找資料［1］,在不改動交換器內部結構,在不影響樹脂層反洗膨脹高度情況下,中排支管上小孔面積、流速均大于中排母管面積四倍以上的情況下,將中排母管與支管間的連通管縮短150mm,把原有固定中排支管用的兩根槽鋼左與右對換后翻面使用(原固定支管的槽鋼眼朝下,翻面后眼朝上)。將縮短后的中排支管固定在槽鋼之上,(原是中排支管在槽鋼之下)。經過上述改造后,交換器內樹脂的可利用率提高了,增加制水量,延長了工作周期等等。

5 效益分析

5.1 增加可利用樹脂

由于中排母管與中排支管間的距離縮短了150mm,那么交換器中樹脂的工作層即增加150mm,化學水工段使用的陰、陽離子交換器直徑均為2500mm單臺交換器可利用樹脂增加0.735m3五臺陽床共計增加可利用樹脂3.68m3(弱陽樹脂單價29000元/噸),約合10萬元。五臺陰床共計增加可利用樹脂3.68m3(弱陰樹脂單價31200元/噸),約合11.5萬元。

5.2 樹脂量增加再生液用量不增

改造后交換器中樹脂量增加,但再生液用量不增加,其原因是利用了雙層床逆流再生的優點和強、弱樹脂不同的離子選擇性順序,強樹脂需要純度較高的再生液,而若樹脂只需再生強樹脂后的再生液就很容易將其再生,所以不會增加再生液的耗量。

5.3 延長工作周期增加制水量

交換器樹脂量的增,若強、若樹脂按比例配置后,陽離子交換器單臺制水量每周期增加約8.3%,(陽床平均周期制水量2800噸)。陰離子交換器單臺制水量每周期增加約7.5%,(陰床平均周期制水量3800噸)。經測算,陽床每周期多制水230噸,陰床每周期多制水280噸。單臺陽床每年平均使用108周期,陰床平均每年使用84周期。五臺陽床每年多制水124000噸,五臺陰床每年多制水117600噸。制117600噸一級除鹽水需用31%鹽酸100噸,42%氫氧化鈉45噸。

5.4 效益

(1)增加可利用樹脂:陽床:3.68立方(10萬元)、陰床:3.68立方(11.5萬元)。(2)每年多制一級除鹽水117600噸(每噸按8元/噸計)、多消耗鹽酸100噸/年(每噸500元計算)、氫氧化鈉45噸/全(每噸1400元計算)。合計節約83萬/年。

[1]周本省,主編.工業水處理技術[M].化學工業出版社.

姜之宇,性別:男,出生年:1965,籍貫:天津,學歷:大學,職務:管理人員,研究方向:水處理。