姜之宇

(中石化股份天津分公司水務(wù)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(wù)部,天津 300271)

文章介紹了逆流再生雙層床通過(guò)對(duì)中間排水裝置排改造,增加合理分配樹(shù)脂,提高了樹(shù)脂的使用效率量,增加了離子交換器的制水量,相應(yīng)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(wù)供化工用除鹽水的一級(jí)除鹽水系統(tǒng)采用的是逆流再生雙層床水處理工藝。雙層床就是將強(qiáng)、弱兩種樹(shù)脂分上、下兩層放在同一交換器內(nèi)。上面是弱樹(shù)脂,下面是強(qiáng)樹(shù)脂,現(xiàn)有有陰、陽(yáng)雙層床各5臺(tái),陰陽(yáng)離子交換器的直徑為φ2500mm,高度分別為:陰雙層床5910mm,陽(yáng)雙層床5710mm采用逆流再生。運(yùn)行時(shí),水自上而下流經(jīng)樹(shù)脂層。再生時(shí),再生液自下而上流經(jīng)樹(shù)脂層。

2 雙層床再生原理

2.1 陽(yáng)離子交換器

新鮮的鹽酸為再生液,先通過(guò)下層失效度較小的強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂,盡管強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)氫離子的吸收能力并不很強(qiáng)［1］,但再生液中大量的氫離子離子先與部分失效的強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行置換反應(yīng)。當(dāng)離子濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),將有大量的鈣、鎂、鈉離子被氫離子從樹(shù)脂上置換下來(lái),使陽(yáng)樹(shù)脂得到再生。新再生液不斷從底部進(jìn)入,通過(guò)弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂層時(shí),由于弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)氫離子的吸收能力很強(qiáng)［1］,所以利用廢液對(duì)弱樹(shù)脂進(jìn)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(guò)底部失效度較小的強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂。盡管強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂對(duì)氫氧根的吸收能力并不很強(qiáng),但我們用大量的OH-去置換樹(shù)脂上的酸根。當(dāng)反應(yīng)趨于平衡時(shí),將有大量的酸根被氫氧根從樹(shù)脂上置換下來(lái),使樹(shù)脂得到了再生。

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

3 中間排水裝置結(jié)構(gòu)

床體中部設(shè)有中間排水裝置,中間排水裝置的結(jié)構(gòu)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(kāi)有直徑為φ18mm的孔568個(gè),外包60目尼龍網(wǎng)套,其作用是防止再生時(shí)跑樹(shù)脂。此外,為了使液體上流時(shí)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(shù)脂作為壓實(shí)層,這樣可以使用來(lái)頂壓的壓縮空氣或水均勻地進(jìn)入中間排水裝置。

4 中間排水裝置改造

運(yùn)行(制水)時(shí)的水流向與再生時(shí)再生液流向相反,再生時(shí),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(jìn)再生液時(shí)使樹(shù)層保持原有狀態(tài),不攪動(dòng),保證樹(shù)脂有較高的再生度。當(dāng)下部再生液與上部頂壓壓力平衡時(shí),再生液經(jīng)過(guò)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(guò)程中在各支管與外排水之間形成虹吸現(xiàn)象,所以再生液所再生的樹(shù)脂只是在中排支管以下的部分。

經(jīng)查找資料［1］,在不改動(dòng)交換器內(nèi)部結(jié)構(gòu),在不影響樹(shù)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(duì)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(jīng)過(guò)上述改造后,交換器內(nèi)樹(shù)脂的可利用率提高了,增加制水量,延長(zhǎng)了工作周期等等。

5 效益分析

5.1 增加可利用樹(shù)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(shù)脂的工作層即增加150mm,化學(xué)水工段使用的陰、陽(yáng)離子交換器直徑均為2500mm單臺(tái)交換器可利用樹(shù)脂增加0.735m3五臺(tái)陽(yáng)床共計(jì)增加可利用樹(shù)脂3.68m3(弱陽(yáng)樹(shù)脂單價(jià)29000元/噸),約合10萬(wàn)元。五臺(tái)陰床共計(jì)增加可利用樹(shù)脂3.68m3(弱陰樹(shù)脂單價(jià)31200元/噸),約合11.5萬(wàn)元。

5.2 樹(shù)脂量增加再生液用量不增

改造后交換器中樹(shù)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(yōu)點(diǎn)和強(qiáng)、弱樹(shù)脂不同的離子選擇性順序,強(qiáng)樹(shù)脂需要純度較高的再生液,而若樹(shù)脂只需再生強(qiáng)樹(shù)脂后的再生液就很容易將其再生,所以不會(huì)增加再生液的耗量。

5.3 延長(zhǎng)工作周期增加制水量

交換器樹(shù)脂量的增,若強(qiáng)、若樹(shù)脂按比例配置后,陽(yáng)離子交換器單臺(tái)制水量每周期增加約8.3%,(陽(yáng)床平均周期制水量2800噸)。陰離子交換器單臺(tái)制水量每周期增加約7.5%,(陰床平均周期制水量3800噸)。經(jīng)測(cè)算,陽(yáng)床每周期多制水230噸,陰床每周期多制水280噸。單臺(tái)陽(yáng)床每年平均使用108周期,陰床平均每年使用84周期。五臺(tái)陽(yáng)床每年多制水124000噸,五臺(tái)陰床每年多制水117600噸。制117600噸一級(jí)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(shù)脂:陽(yáng)床:3.68立方(10萬(wàn)元)、陰床:3.68立方(11.5萬(wàn)元)。(2)每年多制一級(jí)除鹽水117600噸(每噸按8元/噸計(jì))、多消耗鹽酸100噸/年(每噸500元計(jì)算)、氫氧化鈉45噸/全(每噸1400元計(jì)算)。合計(jì)節(jié)約83萬(wàn)/年。

[1]周本省,主編.工業(yè)水處理技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

姜之宇,性別:男,出生年:1965,籍貫:天津,學(xué)歷:大學(xué),職務(wù):管理人員,研究方向:水處理。