提高螯合樹脂塔再生操作過程效率的措施探討

王世榮

（淄博職業(yè)學(xué)院，山東 淄博255314）

離子膜電解的精制鹽水（以下簡(jiǎn)稱“二次鹽水”）質(zhì)量決定著離子膜電解槽運(yùn)行電流效率高低與離子膜壽命長(zhǎng)短，是離子膜電解能否長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，同時(shí)也直接影響著離子膜燒堿生產(chǎn)電解電耗的高低，因此，如何控制二次鹽水質(zhì)量是二次鹽水精制生產(chǎn)崗位操作的核心任務(wù)。螯合樹脂是完成二次鹽水精制過程的基本載體，如何保障螯合樹脂最大程度吸附Ca2+、Mg2+等金屬陽(yáng)離子，螯合樹脂吸附Ca2+、Mg2+等金屬陽(yáng)離子后實(shí)現(xiàn)其再生是確保其性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。只有全面了解螯合樹脂再生過程控制要素，才能實(shí)現(xiàn)螯合樹脂理想再生效果，現(xiàn)就螯合樹脂再生控制過程進(jìn)行分析，提出優(yōu)化螯合樹脂再生操作的主要措施。

1 二次鹽水精制生產(chǎn)流程概況

從一次鹽水（凱膜過濾后）工序送來(lái)合格一次鹽水（含Ca2+和Mg2+之和的總硬度約為4 mg/L）經(jīng)鹽水預(yù)熱器，加熱至60～65℃后，自樹脂“主塔”頂部鹽水進(jìn)口管送入，經(jīng)鹽水分布器均勻分布在塔內(nèi)的螯合樹脂床層上，流經(jīng)樹脂床層后，從塔底流出再送到“次塔”的鹽水進(jìn)口管，進(jìn)入“次塔”內(nèi)的樹脂床層內(nèi)，從“次塔”下部鹽水管流出，如果第三塔沒有進(jìn)行再生，可考慮送入第三塔內(nèi)。如第三塔內(nèi)的螯合樹脂需要進(jìn)行再生，就進(jìn)行離線再生，再生合格后，繼續(xù)串入鹽水系統(tǒng)使用，從最后一臺(tái)螯合樹脂塔流出鹽水含Ca2+和Mg2+總硬度應(yīng)小于20×10-9，送入二次鹽水精制工序鹽水罐里，作為離子膜電解槽電解過程供液使用。二次鹽水工藝流程框圖見圖1。

圖1 二次鹽水工藝流程框圖

2 螯合樹脂再生過程機(jī)理分析

螯合樹脂是一種帶有螯合能力基團(tuán)的高分子化合物，是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物，也是一種離子交換樹脂，和普通交換樹脂不同的是螯合樹脂吸附金屬離子后，能形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物。螯合物又稱內(nèi)絡(luò)合物，是螯合物形成體（中心離子）和某些合乎一定條件的螯合劑（配位體）配合而成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物。“螯合”即成環(huán)的意思，猶如螃蟹的兩個(gè)螯把形成體（中心離子）鉗住似的，故稱螯合樹脂。它對(duì)特定離子具有特殊的選擇能力。

以“CR-10”螯合樹脂為例，螯合樹脂的交換機(jī)理是螯合樹脂在水合離子作用下，交換基團(tuán)—COONa水解成—COO—和Na+。在鹽水精制時(shí)，由于螯合樹脂對(duì)離子的選擇性H+＞Ca2+＞Mg2+＞Ba2+＞Na+，所以鹽水中Ca2+、Mg2+能被樹脂螯合形成穩(wěn)定性高的環(huán)狀螯合物[1]。

鹽水中的Ca2+、Mg2+與樹脂發(fā)生了如下離子交換過程。

在連續(xù)操作中，第一塔作為主塔，除去鹽水中絕大多數(shù)的鈣鎂離子，第二塔作為次塔，確保鹽水中的鈣鎂離子降到控制指標(biāo)以下。當(dāng)塔內(nèi)螯合樹脂床達(dá)到最大吸附能力時(shí)，再流出塔的鹽水溶液中的鈣鎂離子量就會(huì)急劇增加。因此在螯合樹脂床還未達(dá)到最大處理能力時(shí)，就要對(duì)主塔進(jìn)行再生操作。

樹脂的再生機(jī)理，可采用以下兩個(gè)表達(dá)式進(jìn)行分析：（1）鈣（鎂）型樹脂轉(zhuǎn)變成“氫型”樹脂，如下：

3 螯合樹脂塔再生操作步驟及其作用

螯合樹脂再生過程按照操作功能分為9步，即水洗Ⅰ、反洗、酸洗、水洗Ⅱ、堿洗、水洗Ⅲ、靜置Ⅰ、鹽水置換和靜置Ⅱ。

（1）水洗Ⅰ是用純水將螯合樹脂塔內(nèi)的鹽水進(jìn)行置換，并洗滌樹脂表面上附著的少量鹽泥、有機(jī)物等雜質(zhì)。

（2）反洗是用較大流量的純水從樹脂塔底部進(jìn)入，將樹脂床層均勻地進(jìn)行反沖洗，使樹脂床層處于完全蓬松狀態(tài)，同時(shí)將樹脂床層內(nèi)破碎的樹脂通過漂洗帶出樹脂塔。

（3）酸洗是用配置的稀鹽酸溶液中的H+與螯合樹脂吸附的Ca2+、Mg2+等金屬離子發(fā)生離子交換吸附，依據(jù)螯合樹脂吸附中心離子的能力大小，可通過鹽酸溶液中的H+去交換螯合樹脂上吸附的中心離子Ca2+、Mg2+等金屬離子，使之成為“氫型”樹脂。

（4）水洗Ⅱ是用純水將樹脂塔內(nèi)酸再生后的酸性廢水置換送出，使塔內(nèi)液體成為中性液體。

（5）堿洗是用配制好的稀NaOH溶液，通過螯合樹脂上吸附的中心離子H+與OH-發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，生成H2O，使螯合樹脂重新恢復(fù)為能吸附Ca2+、Mg2+等金屬離子的“鈉型”樹脂。

（6）水洗Ⅲ是用純水將樹脂塔內(nèi)堿洗后的廢水置換送出，使樹脂塔內(nèi)的液體呈弱堿性。

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（7）靜置Ⅰ是完成上述螯合樹脂再生處理后懸浮在液體中的樹脂顆粒通過自然沉降，讓樹脂床層恢復(fù)成高度一致、表面平整的床層。

（8）鹽水置換是用塔后的合格二次鹽水去置換樹脂塔內(nèi)的再生殘留液體，置換鹽水由塔下部進(jìn)液管口送入，從塔頂?shù)某鲆汗艿浪统觯怪謴?fù)到鹽水精制正常運(yùn)行的鹽水控制指標(biāo)狀態(tài)。

（9）靜置Ⅱ是關(guān)閉樹脂塔上所有的進(jìn)出口物料閥，讓鹽水置換后塔內(nèi)樹脂顆粒通過自然靜置沉降，使懸浮在鹽水中的樹脂顆粒自然沉降到螯合樹脂床層上，形成表面平整、床層樹脂顆粒空隙率均勻的樹脂床，等待上線重新投入生產(chǎn)運(yùn)行。

4 提高螯合樹脂塔再生操作過程效率的措施

（1）水洗Ⅰ要使進(jìn)塔的純水流速控制在4 BV/h左右。流速低了，純水分布不均，容易走偏流，會(huì)降低水洗效果，流速過高會(huì)使純水壓力升高，導(dǎo)致樹脂的破損率上升，破壞螯合樹脂床層性能的穩(wěn)定性。

（2）反洗純水要從塔底部加入純水，流速控制在6～11 m/h，通過純水分布器均勻分布，使之能充分?jǐn)噭?dòng)樹脂床層，讓樹脂反洗展開率達(dá)到50%～100%，洗水從塔頂管路出口排出，洗至出水澄清、無(wú)泡沫、無(wú)細(xì)碎樹脂為止。

（3）酸洗要采用高純鹽酸。酸中不能有殘余的游離氯存在，采用純水將31%的鹽酸配置成濃度為5.0%～6.0%的稀鹽酸，控制流速4～6 m/h，順流進(jìn)入螯合樹脂塔，酸洗液確保其能均勻分布在樹脂床層上，且要穩(wěn)定流動(dòng)，不允許出現(xiàn)溝流、偏流等現(xiàn)象，確保H+均能與螯合樹脂載體上的中心離子Ca2+、Mg2+等金屬離子發(fā)生充分的交換反應(yīng)。也可根據(jù)再生運(yùn)行具體情況設(shè)定酸洗時(shí)間長(zhǎng)短。

（4）水洗Ⅱ純水流速要維持在4 BV/h左右，流速不宜低于該流速，否則會(huì)出現(xiàn)酸洗液置換水洗不均勻現(xiàn)象，置換流速控制在5～10 m/h，洗至出水pH值6.0～7.0時(shí)為止[2]。

（5）堿洗是用純水將31%NaOH的堿液配置成5.0%～6.0%的稀NaOH溶液，順流進(jìn)入，同時(shí)要控制流速為2～4 m/h，樹脂堿洗時(shí)間不少于2 h為宜[2]。

（6）水洗Ⅲ是用純水將堿洗后的殘液從樹脂床塔內(nèi)置換送出，控制流速為2～4 m/h，直到樹脂床內(nèi)純水的pH值為7.0～8.0。

（7）靜置Ⅰ要關(guān)閉再生樹脂塔上所有的物料進(jìn)出口閥，讓經(jīng)過上述樹脂再生處理過程中懸浮在液體中的樹脂顆粒通過自然沉降，均勻地沉降在塔內(nèi)樹脂床層上面，要避免外界因素變化引起床層內(nèi)樹脂高度不一、床面不平整的問題。

（8）鹽水置換要采用二次精制鹽水，鹽水流量維持在20 BV/h左右，鹽水置換過程中要維持足夠的鹽水流量，使樹脂塔內(nèi)的鹽水指標(biāo)達(dá)到正常運(yùn)行指標(biāo)狀態(tài)。置換后期，需要將置換出塔鹽水回收送到一次鹽水罐。

（9）靜置Ⅱ要比靜置Ⅰ的時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)，主要是因?yàn)辂}水溶液的密度比純水密度大，對(duì)樹脂顆粒的浮力也大，為確保在鹽水中懸浮的樹脂顆粒能完全沉降在樹脂床層表面，使樹脂床層的液固界面平整，樹脂塔的工作性能恢復(fù)正常，等待上線投入生產(chǎn)過程使用。

5 螯合樹脂塔運(yùn)行過程的注意事項(xiàng)

（1）要依據(jù)螯合樹脂“主塔”、“次塔”出鹽水中鈣鎂離子總含量的變化情況，不定期地對(duì)樹脂塔進(jìn)行倍量再生，確保螯合樹脂的吸附鈣鎂離子能力保持在正常吸附能力范圍內(nèi)。

（2）二次鹽水精制流量負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，要及時(shí)調(diào)整再生周期。

（3）螯合樹脂在正常運(yùn)行和反復(fù)再生過程中，往往會(huì)導(dǎo)致一小部分螯合樹脂破碎、中毒和被再生物料帶走的異常現(xiàn)象，要根據(jù)螯合樹脂塔內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行樹脂床層高度變化，及時(shí)補(bǔ)充塔內(nèi)的螯合樹脂量，使樹脂床層高度不低于工藝操作條件要求的高度值。

（4）為了進(jìn)一步提高螯合樹脂塔的工作能力，延長(zhǎng)螯合樹脂塔的再生周期，要確保進(jìn)塔一次鹽水質(zhì)量達(dá)標(biāo)。一次鹽水中的Ca2++Mg2+總含量要不大于4×10-6，ss（懸浮物）小于1×10-6（Ca、Mg固體物除外），不含游離氯，pH值維持在8～10，TOC（總有機(jī)碳）不超過10×10-6，進(jìn)塔鹽水溫度控制在（60±5）℃，塔過濾壓差要小于0.08 MPa，確保進(jìn)入主塔的一次鹽水流量控制在正常設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，避免一次鹽水流量忽高忽低。

6 結(jié)語(yǔ)

延長(zhǎng)螯合樹脂塔再生周期，提高其再生過程效率是崗位操作人員完成工作重要目標(biāo)，將吸附Ca2+、Mg2+已飽和的螯合樹脂通過提高再生操作過程效率，使之盡可能地恢復(fù)成吸附Ca2+、Mg2+性能的“鈉型”螯合樹脂，就需要嚴(yán)格控制螯合樹脂塔再生操作各步驟的運(yùn)行條件，以達(dá)到最佳再生效果，從而延長(zhǎng)螯合樹脂的使用壽命，確保離子膜電解槽生產(chǎn)工藝裝置高效、低耗、平穩(wěn)運(yùn)行。