离子交换设备结构及使用规范简述一、设备简介:离子交换设备是水处理技术中最常用的一种，离子交换器是利用阴阳离子交换树脂的选择性及平衡反应原理除去水中的电解质离子的一种水处理设备，在水处理的应用方面最为广泛，特别是高纯水制取的必备设备。

  离子交换设备是通过离子交换树脂在电解质溶液中进行的，可去除水中的各种阴、阳离子，是目前制备高纯水工艺流程中无法替代的手段。

  当原水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子(HCO-等离子)与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH-离子进行交换，进而达到脱盐的目的。

  二、工作原理(2)阴离子交换器阳离子交换后带有酸性的水进入装有OH型阴离子交换树脂的阴离子交换器，发生如下反应：H2SO4+2ROH-→R2SO4+2H2OH2CO3+2ROH-→R2CO3+2H2OHCI+ROH-→RCI+H2OH2SiO3+ROH-→RHSiO3+H2O由此可见，经阳-阴离子交换处理后，水中的各种离子几乎除去，一般可除去水中含盐量99%以上。

  (2)中排装置中排装置设置在阳(阴)树脂和压脂层的分界面上，用于排泄再生时酸(碱)废液和进小反洗水，型式为DN500～600型中排为双母管式：DN800～DN3200型为支管母管式，材料均为1Cr18Ni9Ti。

  (3)排水装置DN1200及以下设备是采用多孔板上装设宝塔式ABS型滤水帽，DN1500及以上设备有多孔板上装滤帽和砂垫层两种形式，多孔板材按设备规格不同而异，DN800～DN3200型采用钢衬胶。

  另外，在交换器下部排水帽出，树脂面处及最大反洗膨胀高度处各设视镜一个，用以观察体内工况。

  式中 Q1——交换罐中树脂对生物产品的总吸 附量，单位； V——树脂装填量，m3；

  交换容量是表征树脂交换能力的重要参数，其表 示方法有质量交换容量（mmol/g 干树脂）和体积 交换容量（mmol/ml树脂）。 工作交换容量：在一定的应用条件下树脂表现出 来的交换量 再生交换容量：树脂在指定的再生剂用量条件下 再生后的交换容量。 再生交换容量=（0.5~1.0）交换容量； 工作交换容量=（0.3~0.9）再生交换容量。 工作交换容量与再生交换容量之比称为离子交换 树脂利用率。

  FN-B（Ⅱ）型浮动床钠离子交换器使用说明FN-B型浮动床钠离子交换器系我厂定型产品。

  该产品能为各种各样不同型号的中、低压锅炉提供优质软化水，FN-B型分单级及双级软化两种，双级软化对原水硬度的适应性较大，在水源硬度较高的情况下，同样可供给合格的软化水。

  一、主要特征1.本设计采用一个多路转阀和4个辅助阀门控制软化、再生、清洗各流程、操作、维修方便。

  二、结构FN-B型浮动钠离子交换器，主要由多路转阀、再生辅助阀、软水输出阀、清洗排污阀、快速溶盐器、离子交换罐及软化、再生管系构成，除离子交换罐外，其余全部装在控制箱内。

  1.结构原理图：1.倒U型管(用户自备)2.水表3.压力表4.第二级交换罐5.第一级交换罐6.快速溶解盐器7.多路转阀 K1-软水输出阀 K2-清洗排污阀 K3-再生辅助阀K4-溶盐排污阀 K5-分析取样阀三、规格及技术参数四、使用方法离子交换器属周期性使用，每个周期包括运行和再生两个阶段，设备在安装后，必须按量填装交换树脂，方可使用，1.运行（软化）阶段：将转阀转至“软化”档，开启软水输出阀K1，其余阀门关闭。

  软水流量可在保证软水质量的前提下，用软水输出阀K1进行调节控制，但流速必须大于10米3/小时。

  2.再生（还原）阶段：再生阶段按其先后顺序为：反洗-再生-置换-反洗-清洗-落床。

  ⑴反洗：转阀转至“再生-置换”档，开启再生辅助阀K3，其余阀门关闭，反洗以倒U型管排出清水为准，一般需2-3分钟。

  ⑵再生-置换：转阀转至“停止”档，关闭再生辅助阀K3，打开快速溶盐器排水阀，开启快速溶盐器排水阀K4，放尽溶盐器内存水，然后关闭K4阀，定量向溶盐器放盐（放盐量请查技术数据表），并盖紧溶盐器上盖，再将转阀转至“再生-置换”档，其余阀门关闭。

  ⑶反洗：转阀保留在“再生-置换”档，开启再生辅助阀K3，反洗以倒U型管排出水不带盐味为准，一般约需6分钟。

  浮动床在实际应用中的优点与操作方法浮动床离子交换器属于再生固定床的一种，对于高硬度原水的处理及水质比较差的水源硬度处理比现在市场上的一般全自动阀固定床设备有其独特的优势。

  1．浮动床离子交换器工作原理浮动床离子交换器内几乎装满离子交换剂，上部自由空间仅2%—5%。

  在水的流量波动时，交换剂受水流的冲动以及本身重力的作用而上下浮动，故有浮动床之称。

  再生时，再生液从浮动床上部进入，首先与上部交换剂接触，使之具有很高的再生度。

  再生液向下流动，到失效程度最高的底层交换剂时，尽管再生剂中反离子浓度较大，但仍能发挥作用。

  由于出水处交换剂保护层的质量好，再生过程中反离子的影响小，浮动床也具有出水水质好、再生剂耗量低、排放的废液少、设备体积小、出水量大、简单易操作等优点。

  另外，它的交换剂装量多，工作周期长，周期制水量增加，并对原水水质变化的适应性增强，也适合于高交换流速运行。

  浮动床的乱层只有在运行过程中才有几率发生，只要保持运行流速大于1.5m/h，交换剂层底部的水垫层高度小于100mm，浮动床的乱层问题是能够尽可能的防止的。

  2．浮动床离子交换器的结构浮动床离子交换器的结构与固定床水处理设备基本相同，但有特殊要求。

  ○1在运行或向上清洗时作为疏水装置；○2在再生或向下清洗时为再生液或清洗水的分配装置。

  （2）惰性树脂层在上部分配装置的下边，放置一层厚约为200mm的惰性树脂。

  床层高度一般为1.5~3.0m，由于交换剂在转型时体积会发生明显的变化，所以在一个运行周期内床层高度也会有变化。

  软化器即为钠离子交换器，离子交换器分为：钠离子交换器、阴阳床、混合床等种类。

  乙烯复合玻璃钢（PVC-FRP）、有机玻璃（PMMA）、有机玻璃复合透明玻璃

  1.放空气管2.观察孔（视窗）3.进水装置4.多孔板5 .挡水板6 .滤布层7 .中间排水装置8 .进压缩控装置

  混合床离子交换器（简称混床），是把阴、阳两种离子交换树脂按特殊的比例放置在同一个交换器中，将它们混合，所以可看成是由无数阴、阳交换。

  • • • • • • • • 1）进水装置（布水器） 均匀分布进水，收集反洗水。 2）中排装置 均匀排出再生液，防止树脂 乱层，流失。 3）出水装置 均匀收集处理好的水，均匀 分布反洗水。 4）压脂层 截留水中的悬浮物质，防止 树脂在逆流再生过程中乱层。

  再生剂用量不足,树脂的再生度低,交换容量小,制水周期缩短,自 耗水量增大.再生剂用量越多,树脂的再生程度越高,再生交换容 量越接近于全交换容量.但当再生剂的比耗增大到约4 倍理论量 后,再生程度不会再有明显提高.再生剂的利用率越来越低.所以 采用过高的的再生剂的比耗是不经济的.

  再生剂的单耗.是指恢复交换剂1摩尔的交换容量,所消耗 再生剂的克数.用食盐再生时称为盐耗,用盐酸再生称 为酸耗. 符号W. W= G/(Cj-Cc)V g/moL G-再生一次所用纯再生剂的质量 Cj-进水离子浓度 Cc-出水离子浓度 比耗.是指恢复树脂1摩尔的交换容量,实际用纯再生剂的 量与理论量之比.也即再生剂用量为树脂工作交换容量 理论量的倍数.符号R R = W/M M-再生剂的摩尔质量g/moL 再生剂的比耗总是大于1.

  • • • • • • • • • 无顶压逆流再生操作 1小反洗 大反洗(一般连续运行10-20周期进行一次) 清除树脂上层沉积的悬浮物,破碎树脂颗粒.反洗排出水中不应含有效树脂颗 粒,反洗至水质澄清为止. 2.放水 让树脂借助重力自然沉降,使树脂表面平坦. 3.进再生液 用较高浓度的再生剂对失效树脂进行还原.(大反洗周期再生剂用量加倍) 要求控制进口、出口阀门流量平衡,不允许排出液流量大于进再生液的流量. 以免再生液发生偏流.严控进再生液的百分浓度.采用现场取样打比重,或 在线浓度计做多元化的分析.控制进再生液时间不能低于30分钟.(不包括小型钠离 子自动交换器) 4.置换(逆洗) 停止进再生液,但保持进水流量不便,继续进水15-30分钟.让交换器内再生液 接着来进行交换反应, 5.小正洗 冲洗树脂上层残留再生液 6.大正洗 加大进水与排水流量,将残余的再生液和反应产物排出交换器. 正洗至出水硬度合格.(钠型树脂硬度小于0.03毫摩尔⁄ 每升.氢型树脂不含 硬度)

  一般而言，化学除盐过程就是原水通过H+型阳离子交换器 (也称阳床)和OH-型阴离子交换器(也称阴床)，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子去除，从而制得高纯水。

  当原水经阳床发生交换反应之后，出水呈酸性，即水中的阳离子几乎都等当量的转变成氢离子，此时H++HC03-→C02↑+H2O，所以在阳床之后端要设置除二氧化碳器。

  工作原理水的硬度主要有其中的阳离子：钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子构成。

  当含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子。

  这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水，当吸附钙、镁离子的树脂达到某些特定的程度后，出水硬度增大，此时软水器按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。

  产品结构沈阳软化水装置主要有三部分所组成： 1、自动控制装置：按照每个用户需要，可配置时间控制、流量控制两种控制方式的全自动控制器，并可选配润新、富莱克等控制阀，也可选用液动、气动、电动多阀控制系统。

  2、罐体部分：按照每个用户要求，交换罐、盐罐可采用玻璃钢、碳钢衬胶、不锈钢等材质。

  天然水中含有的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子在加热蒸发浓缩过程中生成危害锅炉安全运作的水垢，这种天然水叫硬水。

  当这种硬水通过离子交换剂(NaS)时，与吸附在交换剂上的Na+离子发生交换反应，被置换于水中，转化成钠的盐类。

  由于钠的盐类溶解度大，且在温度上升时溶解度进一步增加，所以不会生成水垢。

  但水中的钙、镁离子置换到交换剂上，使钠型交换剂(NaR)变成钙型(CaR)，因而失去了与钙、镁离子再进行交换反应的能力，这一现象称之为钠离子交换失效。

  将失效的交换剂用食盐(NaCl)溶液使之还原成钠型交换剂，以便继续生产软水，此现状称之为再生。

  钠离子交换器通过软化——失效——再生还原——软化的循环过程，使原水得到软化，供给锅炉合格的软化水。

  补给水设备流程:原水－澄清池－过滤器－阳床－除炭器-中间水箱－阴床－混床再生设备：酸/碱槽车－酸/碱储罐－酸/碱计量箱－酸/碱喷射器－（阳/阴/混）再生一过滤器1 活性炭过滤器活性炭过滤器大多数都用在去除水中余氯、色度、有机物及胶体硅等，作为离子交换器前处理系统设备，可防止树脂中毒污染，保证树脂的使用寿命。

  5）水帽为长柄水帽（水帽长柄上有长形缝隙）主要技术参数表设计流速: 吸附有机物5-10 m/h吸附游离余氯≤20 m/h2多介质过滤器过滤器是用于离子交换系统的预处理设备。

  该设备可装载单层（细砂或无烟煤)或双层（无烟煤和石英砂）和三层（无烟煤、石英砂、矿石）滤料结构特点：1）上部进水装置为母支管型式或喇叭式。

  6）水帽为长柄水帽主要技术参数表3设备结构图（附图）多介质过滤器活性炭过滤器注：1—进水阀2—出水阀3—反洗进水阀4—反洗排水阀5—正洗排水阀6—进压缩空阀7—排气阀操作步骤及工艺参数1）设备正常运行压力式过滤器的运行，应按规范要求进行，并与所采用的滤料和进水浊度等因素相关，运行期间，应定期测定出、入口水浊度，当出口水浊度超过规定或压差增大（一般为0.05Mpa），应停止运行(否则压差过大,是必要提高工作所承受的压力,滤层会因而出现龟裂,或使介质结块)进行反洗，如果水的浊度较小时，可通过试验，适当提高运行流速。

  为了提高清理洗涤效果，可对滤料进行气水合洗（双层过滤器需气水合洗），水强度为10—12L/m2 .S气强度为10—15 L/m2.S，时间控制在5—10分钟，然后再按规定的反洗强度用水进行反洗，以带走擦洗下来的杂质，此时要从反洗排水门取样检查，水中不应有滤料,当排水与反洗入口水浊度相同时，反洗停止。

  再生时，稀释好的再生剂由下向上逆向流经树脂层，将从下到上依再生不同层态的树脂，这样的形式可以使树脂层获得较好的再生效果，再生剂能够获得较高的利用率，其次，具有废液排放量少, 自用水率低等优点。

  钠离子交换器工作原理钠离子交换器是一种重要的水处理设备，大多数都用在去除水中的硬度离子，如钙、镁等离子。

  一、工作原理钠离子交换器的工作原理是利用强酸性树脂吸附水中的钙、镁等硬度离子，同时释放出相同价位的钠离子，以此来实现水中硬度离子的去除。

  钠离子交换器的吸附和释放过程是一个动态平衡，当树脂中的钠离子被耗尽时，需要用钠盐水进行再生，将吸附在树脂上的钙、镁离子释放开来，并将树脂表面重新置换成钠离子，以维持交换器的正常运转。

  二、结构特点钠离子交换器的结构最重要的包含树脂罐、阀门、管道和控制管理系统等组成部分。

  其中，树脂罐是钠离子交换器的核心部件，一般会用塑料或不锈钢材料制造成，内部填充着强酸性树脂。

  阀门和管道用于控制水流的进出和树脂的再生，控制管理系统则用于监控和控制交换器的运行状态。

  交换器的树脂容积大小、再生周期、流量范围等参数都能够准确的通过客户的要求进行调整，以满足不同水处理场合的需求。

  在工业生产中，水质的要求非常高，如电子工业、化工、制药、食品、饮料等行业，都需要使用钠离子交换器进行水处理，以保证生产质量和设备的正常运行。

  在民用领域，钠离子交换器主要用于家庭自来水的净化，去除水中的硬度离子，使家庭用水更加健康、安全。

  同时，钠离子交换器还可以用于游泳池水的处理，去除水中的钙、镁离子，防止水垢的产生。

  在农业生产中，钠离子交换器主要用于灌溉水的处理，去除水中的硬度离子和其他杂质，提高农作物的产量和品质。

  离子交换设备离子交换设备是一种能有效去除水中杂质离子的装置，广泛应用于水处理领域。

  通过离子交换作用，可以使水中的离子更换为其他离子，从而达到净化、软化水的目的。

  离子交换原理离子交换设备的核心原理是利用固定的功能基团与水中的离子进行置换，使水中的杂质离子与功能基团结合形成固定的离子交换物质。

  其中，阳离子交换树脂主要吸附钙、镁等阳离子；阴离子交换树脂则吸附氯离子、硫酸根离子等阴离子。

  离子交换设备结构离子交换设备通常由压力容器、离子交换树脂层和管路系统组成。

  水通过离子交换树脂层时，与树脂表面的功能基团发生交换反应，完成对水中离子的去除。

  离子交换设备应用离子交换设备广泛应用于工业生产、饮用水处理、污水处理等领域。

  在工业生产中，离子交换设备可以去除水中与生产过程有害的杂质离子，保证生产质量。

  而在饮用水处理领域，离子交换设备可以有效去除水中的重金属离子、硬度离子等有害物质，提供安全、健康的饮用水。

  离子交换设备维护为了保证离子交换设备的正常运行，需要进行定期的维护保养工作。

  结语离子交换设备在水处理领域有着重要的应用价值，通过离子交换原理，可以有效去除水中的杂质离子，得到更纯净、更软化的水质。

  有效的维护保养工作是保证离子交换设备正常运行的重要保障，同时也是保证水质净化效果的关键。

  离子交换原理以及工艺操作过程一、离子交换原理1. 离子交换概念离子交换是指在适当条件下，溶液中的离子与固体材料表面上的离子发生置换反应的过程。

  离子交换材料通常是树脂或有机高分子物质，其上有大量的具有交换能力的功能团。

  2. 离子交换机理离子交换反应是通过固体材料表面上的功能团与溶液中的离子之间通过化学键结合而实现的。

  常见的离子交换反应包括阴离子与阳离子之间的交换反应，例如阴离子交换树脂对床磁化处理。

  3. 离子交换应用离子交换技术广泛应用于水处理、电子工业、化工、生物制药等领域。

  其中，水处理领域中的离子交换技术主要用于软化水、去除溶解物质和离子交换等。

  二、离子交换工艺操作过程1. 预处理在进行离子交换工艺前，需对原水进行预处理。

  常见的预处理方法包括过滤与沉淀，以去除水中的颗粒物质和悬浮物质，确保原水的清洁度。

  2. 离子交换树脂的选择根据需要去除的离子种类和水质情况，选择合适的离子交换树脂。

  3. 离子交换操作a. 离子交换树脂的填充：将选择好的离子交换树脂填充至离子交换器的固定床层中，确保均匀分布。

  b. 离子交换过程中的工艺操作：根据所需的离子交换反应，适当调节流速、温度和pH值等操作条件，促使离子交换反应充分进行。

  c. 清洗和再生：离子交换树脂在一段时间后会逐渐失效，需进行清洗和再生操作，以恢复其交换能力。

  4. 后处理对通过离子交换工艺处理后的水进行后处理，通常包括再次过滤、消毒等操作，以确保处理后的水质符合要求。

  5. 操作条件控制在离子交换工艺操作中，需要对流速、温度、压力、pH值以及操作时间等条件进行严格控制，以确保离子交换反应能够充分进行，并获得理想的处理效果。

  结语离子交换技术作为一种重要的水处理工艺，在提高水质、改善生活环境等方面发挥着重要作用。

  通过了解离子交换的基本原理和工艺操作过程，可以更好地应用该技术，并不断提高其处理效果和应用范围。

  交换器工作介质的特 殊性，要求设备本身具备 一定的放 射 性 屏蔽 功 能，确 保设备 长 时间工作的 前 提下，剂量的增 加对净 化 工艺房间及 操 作人 员的 放 射 性 满足辐 射防 护 要 求。同时C S N S 靶 站 水冷 却系统 所 使 用的离子交 换 器不 考 虑其再生功能，交换树脂失效后，需要进行排放和重新充 装。设备本身因其放射性，还需要考虑后处理等工艺。

  摘 要：中国散裂中子源（CSNS）是发展中国家第一台散裂中子源装置，CSNS工程包括强流质子直线加速器、快循环同步加

  速器、靶站和三台中子谱仪等。靶站水冷却系统是靶站的重要组成部分，是靶站能否正常运行的关键，其运行的可靠性直接

  关系到中子的有效利用率及辐照安全等，而离子交换器作为靶站水净化系统的关键设备，主要用以除去离子态杂质和小部分

  ①作者简介：郭志家(1988,12—)，男，汉族，黑龙江黑河人，硕士，工程师，研究方向：反应堆结构设计。

  ≈1.25mm 式中：Pc为设计压力,MPa； D i为内径,mm； [б]t为设计温度下材料的许用应力,MPa； φ为焊接接头系数,取1.0； K为形状系数，查GB 150.3 P117,K=1.0； C 1为钢材厚度负偏差,查GB 24511-2009,C 1=0.3mm； C 2为腐蚀裕量,按30年计算,C 2≈0.8mm（保守取值）。 壁厚附加量：C =C 1C 2=1.1mm; 设计厚度：δd=δC 2=1.250.8=2.05mm; 名义厚度：δdC 1=2.050.3＝2.35mm; 取δn=5mm; 有效厚度：δe=δn-C =5-1.1=3.9mm。 4.2 支耳强度校核 根据JB/T 4712.3-2007[2]，选取A4—Ⅲ型耳式支座，材 料：S30408。 4.2.1 支座承受载荷验算 由JB/T 4712.3 附录A公式：

  阳离子交换器结构1.引言1.1 概述概述部分的内容可以是对阳离子交换器的基本概念和作用进行介绍。

  可以包括以下内容：阳离子交换器是一种广泛应用于水处理领域的重要设备，用于去除水中的阳离子，并改善水的质量。

  它基于阳离子交换的原理，通过将水中的阳离子与交换树脂上的一些可交换阳离子之间进行置换，将含有阳离子的水处理成去离子水或软化水。

  阳离子交换器的作用十分重要，它可以去除水中的钠、钙、镁、铜、铁等有害的阳离子，从而净化水质。

  例如，固定床型阳离子交换器、流动床型阳离子交换器、混床型阳离子交换器等。

  此外，根据交换树脂的种类和活性，阳离子交换器还可以分为强酸型和弱酸型等。

  通过使用适当的阳离子交换器，可以有效地处理水中的阳离子，提高水质，并保证相关设备的正常运转。

  然而，阳离子交换器的选择和运行条件需要根据具体的水质情况和需求来确定，因此在实际应用中需要根据实际情况做调整和管理。

  在接下来的文章中，我们将深入探讨阳离子交换器的定义和原理，以及常见的结构类型。

  同时，我们还将探讨阳离子交换器在水处理领域的应用前景，并对文章进行总结。

  通过阅读本文，读者将对阳离子交换器有更全面的理解，并能够更好地应用于实际操作当中。

  1.2 文章结构文章结构是指文章的组织格式和内容安排，它决定了文章的逻辑性和条理性。

  此外，我们还会探讨阳离子交换器与阴离子交换器之间的区别，以便读者更清楚地理解阳离子交换器的特点和功能。

  一、反渗透脱盐工作原理电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。

  阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。

  膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲）组成。

  离子交换膜：是电渗析器的关键部件，隔板：分浓、淡水隔板，交替放在阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定的间隔，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。

  电极：为连接电源所用，极框：放置在电极和膜之间，以防膜帖到电极上去，起支撑作用。

  （3）压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不致漏水。

  2、组装方式：电渗析器的组装是用“级”和“段”来表示，一对电极之间的膜堆称为“一级”。

  增加段数就等于增加脱盐流程，也就是提高脱盐效率，增加膜对数，可提高水处理量。

  不同要求而调整，一般有以下几种组装形式：一级一段；一级多段；多段一段；多级多段。

  1、机械旋转式多路阀由国内研制生产，但易磨损，现已生产出改进型，性能尚好。

  2、柱塞式、板式与水力驱动多路阀由国外引进技术与产品，离子交换器的其它组件均由国内生产配套。

  当软化水量40m3/h，可采用“自动隔膜阀组+控制器”的控制模式，

  4、组合式平面集成阀由国内自主生产，可拆卸，性能稳定，当软化水量25m3/h，水质硬度8mmol/L时，建议采用“平面集成多路阀+控制器”的自动控制模式。

  固定床钠离子交换器和浮动床钠离子交换器广泛应用于生活水处理、锅炉水处理、及综合水处理等用水环境。

  1.产水：水从罐体底部进入树脂层，以适当的流速穿过树脂层，使树脂层向上浮起，树脂于水的接触面得到放大，水中钙镁离子与水质表面钠离子得到充分交换。

  因为罐体上部预留空间经过精密计算，树脂层浮起来后不会乱层，出水效率相对较高。

  2.再生：用软水配置的再生液以适当比例含盐量从罐体顶部进入树脂层，以一定流速自上而下穿过树脂层，树脂的工作层和失效层所含钙镁离子相对较高，保护层次之，再生液首先接触到的是树脂的保护层，其次是工作层，再是失效层，减少了树脂的二次污染。

  3.置换：树脂再生后进入置换阶段，置换采用的是软化水，水从罐体顶部进入树脂层，使树脂层中残留的盐溶液排出，目的在于降低氯根含量。

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  离子交换器的结构离子交换器大多数都用在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。

  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。

  图2.复床系统1-强酸阳床2-弱碱阴床3-强碱阴床4-除二氧化碳器5中间水箱6-水泵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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  图3.实验室用小型玻璃离子交换柱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固定床式图4.固定式工业用离子交换柱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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  为了使溶液在柱内沿径向均匀分布，使树脂都能接触到溶液，交换柱的顶部、中部和底部都安排了布液装置。

  交换柱在逆流操作时会从中间拍液管出液，为均匀排出贫再生液，中间排液管一般有多个出口孔且呈水平状态均匀分布于交换柱的中上部。

  3.2移动树脂床设备图5.移动床树脂交换器在固定床的工作过程中，树脂床层不发生移动，只有液体流经床层。

  但固定床填装的树脂量大，使得投资较大；有的树脂在交换过程中，因难以与溶液充分接触，故而不能参与反应，树脂利用率较低；固定床也不能用于处理固体含量较高的料液。

  移动床是指运行中树脂床层在不断移动的交换柱，即定期地排出一部分已失效的树脂同时补进等量再生好的新鲜树脂。

  这是因为交换剂在移动床中经常周转，再生次数也多，从而使得树脂利用率大为提高。

  移动床系统中的交换、再生和清洗设备都会有交换剂运行，相比固定床中的量要少许多。

  该装置的缺点是树脂的频繁迁移会增大树脂破碎的概率，阀门反复开关，设备结构也较复杂。

  设计移动床系统时，为将交换器中失效的离子交换树脂排放出来，运行方式均采用进水快速上流型，并使部分树脂在交换段内循环，以适应含有固体颗粒的料液。

  流速很慢时，水流渗过树脂床层流出，此时，树脂床层较稳定；流速稍快，树脂床层立即发生扰动，以致形成如同反冲洗时的情况，树脂床层快速膨胀；若流速再加快，会发生浮动床中出现的，整个树脂床层全部被水流托起，顶至交换塔上部，层间各颗粒间基本保持紧密地相连的的状况。

  移动床交换系统按其设备数量分三塔式、双塔式和单塔式；按运行方式可分多周期式和单周期式。

  3.3流态化离子交换柱图6.圆锥形流态化交换柱1-矿浆压力罐2-再生液压力罐如果借助流态化方法使树脂悬浮流动，不断更新。

  这样不但实现树脂和料液连续逆向运动的要求，还能使交换反应的效率大为提高，显著减少树脂的使用量，从而也节约了洗脱剂和洗涤用水。

  与移动床不同，一个流态化设备只能完成一个工序，即交换和洗脱分别在不同的交换柱中进行。

  因为固液两相流态化技术的日臻成熟，各流态化离子交换柱的设计、制作呈现出多样化发展，其中很多已经大范围的应用于各种工业领域。

  设备运行时，料液周期性地进入底部，再通过分流板向上流动，进而自上而下通过树脂床层进行交换。

  扩大段和柱体直径的比例应保证流体线速度在柱中可使树脂流态化，而在柱顶可让树脂和流体逆向流动。

  进液周期间隙，液流会停止上行，树脂则从塔板孔隙下降，自上而下穿过床层，参与交换。

  3.4槽型离子交换设备传统湿法冶金过程中，高品位和高价值的矿石均先经磨细而后再浸取，将含金属的溶液和浸取渣混在一起再行分离。

  作为分离行业的主力军，离子树脂交换技术被寄希望用于在矿浆中直接分离金属离子，免去固液分离工序。

  矿浆含固体高达20%~40%，流态化床虽有很大的优越性，但也仅能处理固体为悬浮态且含量不高的原料，不能适应矿浆这种固体含量十分高、黏度特别大、且容易沉降的原料。

  要想适合矿浆中的离子交换，所用设备有两个必需条件：一是能使矿浆悬浮起来；二是树脂颗粒与矿浆分离简单。

  为此人们开发出了很多设备，这些设备有三大特点：一是采用通气或者机械搅拌的方式，使矿浆悬浮，从而让树脂和溶液充分接触；二是利用矿石微粒和树脂颗粒沉降速度的不同，从反应器的不同高度出口分别引出之；三是使用适当的筛网分离树脂和矿浆。

  图7.连续逆流式空气搅拌矿吸附槽示意图1-筛网2-事故口以上，即是四大类工业离子交换设备，各有优缺点，各有特性，分别适用于不同的工况中。

  但使用成本低、分离效率高、分离效果好，应用前景广阔，总体上能达到现代工业的要求，值得全力发展和创新。

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