提高陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量效果研究

任剛偉

摘 要：通過(guò)對(duì)陰陽(yáng)浮動(dòng)床體再生進(jìn)行正交試驗(yàn)，得到陰陽(yáng)浮動(dòng)床再生液再生濃度、再生液再生溫度的最優(yōu)配比參數(shù)，達(dá)到提高陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量的目的。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證以及經(jīng)濟(jì)性分析，再生鹽酸溶液濃度為3.3%，再生氫氧化鈉溶液濃度2.9%，再生氫氧化鈉溶液溫度為30℃時(shí)，再生效果最好，周期制水量顯著增加。

關(guān)鍵詞：陰陽(yáng)浮動(dòng)床;周期制水量;再生;離子交換

Abstract：The mass fraction and temperature of the regenerated liquid can increase or decrease the water production of cation-anion exchanger Cycle， so it is necessary to obtain the optimum ratio parameters of regeneration through orthogonal test. The test results showed that 3.3% mass fraction of regenerating hydrochloric， 2.9% mass fraction and 30℃of sodium hydroxide are found to have a dramatic effect on cation-anion exchanger regeneration and increase water production .

Keywords：cation-anion exchanger;water production;regeneration;ion exchange.

普光凈化廠化學(xué)水站除鹽水系統(tǒng)共有4套離子交換床，為該廠鍋爐及蒸汽系統(tǒng)提供除鹽補(bǔ)給水，該系統(tǒng)由源水→活性炭過(guò)濾器→陽(yáng)床→除碳器→陰床→混床→除鹽水罐組成。陰、陽(yáng)床采用雙室浮動(dòng)床，無(wú)頂壓逆流再生方式。近2年，陰陽(yáng)浮動(dòng)床年平均周期制水量均低于設(shè)計(jì)要求，致使陰陽(yáng)浮動(dòng)床再生次數(shù)頻繁，再生強(qiáng)度大，酸堿消耗高，水資源浪費(fèi)，既降低樹(shù)脂交換性能，又增加制水成本。

本研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析造成制水量低的主要原因，對(duì)單套3#陰陽(yáng)浮動(dòng)床進(jìn)行多組再生試驗(yàn)，尋找再生參數(shù)最優(yōu)配比，據(jù)此對(duì)整個(gè)除鹽水系統(tǒng)進(jìn)行再生參數(shù)優(yōu)化，提高陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量，以達(dá)到節(jié)能降耗，增產(chǎn)創(chuàng)效目的。

1 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)陰陽(yáng)浮動(dòng)床體近期均填補(bǔ)新的離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂質(zhì)量經(jīng)檢驗(yàn)合格，所以樹(shù)脂的數(shù)量及質(zhì)量完全滿足工藝要求。現(xiàn)場(chǎng)操作人員均嚴(yán)格按照崗位操作法要求進(jìn)行再生操作，所以排除再生操作失誤及失效指標(biāo)變更等因素，主要從陰陽(yáng)浮動(dòng)床體再生過(guò)程分析研究，分析造成浮動(dòng)床周期制水量低主要原因：①再生鹽酸溶液濃度的影響，再生液濃度對(duì)再生程度影響較大，當(dāng)再生鹽酸溶液流量及注入時(shí)間一定的條件下，再生鹽酸溶液濃度越高，再生程度越高，周期制水量越高，濃度進(jìn)一步增加，再生液體積小，與樹(shù)脂接觸時(shí)間變短，不能均勻地與交換樹(shù)脂反應(yīng)，影響交換容量，制水量會(huì)有所降低;②再生氫氧化鈉溶液濃度影響，與鹽酸溶液濃度影響相似，周期制水量也隨氫氧化鈉溶液濃度升高逐漸增加達(dá)到最大值后又相應(yīng)降低;③再生氫氧化鈉溶液溫度的影響，因提高再生氫氧化鈉溶液溫度可加快再生過(guò)程中離子內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)算的速度，有利于再生交換，但再生溫度升高，樹(shù)脂熱穩(wěn)定性會(huì)受影響，溫度過(guò)高，樹(shù)脂的交換機(jī)團(tuán)分解，促使交換機(jī)團(tuán)變質(zhì)，影響交換容量，從而影響周期制水量。通過(guò)以上因素分析，尋找再生參數(shù)最優(yōu)配比，以使陰陽(yáng)浮動(dòng)床再生達(dá)到最佳狀態(tài)是提高床體周期制水量關(guān)鍵所在。

2 試驗(yàn)及效果

涉及的三個(gè)參數(shù)變量且相互影響，本研究采用正交試驗(yàn)方法優(yōu)化陰陽(yáng)浮動(dòng)床再生工藝參數(shù)。選取再生鹽酸溶液濃度，再生氫氧化鈉溶液濃度，再生氫氧化鈉溶液溫度3項(xiàng)因素，3個(gè)位級(jí)，列出位級(jí)表1。

直接看，第5號(hào)試驗(yàn)最好，結(jié)果：制水量為4569m3，其工藝條件為A2B2C3。經(jīng)計(jì)算，由極差R值可知，再生鹽酸溶液濃度對(duì)再生效果影響大于氫氧化鈉溶液濃度及溫度。從位級(jí)之和看出，最好的工藝條件應(yīng)是A3B3C3。兩者結(jié)果有差異，對(duì)三個(gè)因素做趨勢(shì)圖進(jìn)一步分析：理論上繼續(xù)對(duì)酸液、堿液濃度進(jìn)行提高能達(dá)到提高制水量目的。但研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液濃度提高，鹽酸、氫氧化鈉用量隨之增加，會(huì)增加運(yùn)行成本。結(jié)合正交表試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)制水量較高A2B2C3 和初步最優(yōu)工藝A3B3C3在酸、堿消耗和制水量方面進(jìn)一步對(duì)比，選擇經(jīng)濟(jì)效益最大者。在相同來(lái)水電導(dǎo)率條件下，分別使用A2B2C3 和A3B3C3工藝參數(shù)進(jìn)行再生，并記錄陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量、鹽酸、氫氧化鈉增加情況：其中A2B2C3鹽酸溶液增加13.3%，氫氧化鈉溶液增加8.0%，制水量增加10.3%;A3B3C3鹽酸溶液增加20.0%，氫氧化鈉溶液增加36.0%，制水量增加12.1%。由此可知，盡管酸、堿液濃度提高有助于制水量增加，但A3B3C3制水量并未顯著增加，而鹽酸、氫氧化鈉增加幅度較大，投入成本增加。所以最終將A2B2C3作為最佳工藝組合，即鹽酸溶液濃度3.3%，氫氧化鈉溶液濃度為2.9%，氫氧化鈉溫度為30℃。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

2019年9月15日對(duì)一級(jí)A進(jìn)行整體對(duì)策實(shí)施，實(shí)施后密切觀察一級(jí)A系列的制水情況，A系列陽(yáng)床出口Na+離子穩(wěn)定，陰床出口電導(dǎo)率、SiO2穩(wěn)定。2019年9月19日，一級(jí)A系列失效，陰床出口電導(dǎo)率≥10μs/cm（失效值），制水量為8186m3，效果良好。又對(duì)現(xiàn)場(chǎng)4套陰陽(yáng)浮動(dòng)床進(jìn)行再生參數(shù)調(diào)整，共進(jìn)行4×2組試驗(yàn)，記錄平均制水量，從表3可知，4套浮動(dòng)床周期制水量均大于試驗(yàn)前。

綜上，通過(guò)分析確定影響陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量主要因素為再生鹽酸溶液濃度、再生氫氧化鈉溶液濃度、再生氫氧化鈉溶液溫度。使用正交試驗(yàn)法得出3個(gè)主要因素的參數(shù)最優(yōu)配比，并明確三個(gè)因素中，鹽酸溶液濃度變化對(duì)周期制水量的影響要高于其余2個(gè)因素。通過(guò)本次試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化再生工藝操作，有效提高陰陽(yáng)浮動(dòng)床周期制水量，降低了工作強(qiáng)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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