离子交换设计计算书(有公式)

全自动软水器设计指导手册（附设计公式）目录一、总述.........................................................11.锅炉水处理监督管理规则.......................................12.离子交换树脂内部结构.........................................13.钠离子交换软化原理及特性:....................................24.水质分析测试内容.............................................2•PH值(PotentialofHydrogen)................................2•总溶解固体(TDS--TOTALDISSOLVEDSOLIDS)..................2•铁含量(IRON)..............................................2•锰........................................................3•硬度值(HARDNESS)..........................................3•碱度......................................................3•克分子(mol)...............................................3•当量......................................................4•克当量....................................................4•硬度单位..................................................4•我国江河湖泊水质组成......................................6二、全自动软水器.................................................6三、影响软水器交换容量的因素.....................................81.流速(gpm/ft，m/h)............................................82.水与树脂的接触时间：（gpm/ft3）..............................83.树脂层的高度.................................................94.进水含盐量..................................................105.温度........................................................126.再生剂质量(NaCl)............................................127.再生液流量..................................................138.再生液浓度..................................................149.再生剂用量..................................................1510.树脂.......................................................15四、自动软水器设计..............................................151.软水器设备应遵循的标准......................................152.全自动软水器主要参数计算....................................161)反洗流速的计算:.........................................162)系统压降计算............................................163.软水器设计计算步骤..........................................16计算示例............................................................18软化水系统设计手册1一、总述1.锅炉水处理监督管理规则第三条锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规则。第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。第十条生产锅炉水处理设备、药剂和树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。第十四条锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料:1.水处理设备图样(总图、管道系统图等);2.设计计算书;3.产品质量证明书;4.设备安装、使用说明书;5.注册登记证书复印件。第三十六条对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位和个人)的处理。2.离子交换树脂内部结构离子交换树脂的内部结构可以分为三个部分：1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、聚丙烯酸等；2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子官能团[如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl]等，或带有极性的非离子型官能团[如-N(CH3)2、-N(CH3)H等]；3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。离子交换树脂的内部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速12~15m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）软化水系统设计手册23.钠离子交换软化原理及特性:钠离子交换软化处理的原理是：原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度成份Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换从而吸附水中的Ca2+、Mg2+使水得到软化。如以Raa代表钠型树脂，其交换、再生过程如下：2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2除去水中的硬度，碱度不变，TDS变化不大，氯根有所增加4.水质分析测试内容主要包括:PH，TDS，总硬度和铁含量及类型•PH值(PotentialofHydrogen)PH是氢离子浓度的负对数，表示溶液是酸性还是碱性。PH以0到14的尺标度量，以7.0为中点或中和点。PH值尺标01234567891011121314酸性中性碱性观察上面坐标，我们可得出结论:6.0比中性仅“酸性略强”，但考虑到上面的科学定义，PH每下降一个整数，溶液的酸度增加10倍。因此PH4.0的酸性是PH7.0的1000倍;反之，PH10.0的碱性是PH7.0的1000倍。•总溶解固体(TDS--TOTALDISSOLVEDSOLIDS)溶解于水中的所有矿物质总体称作总溶解固体(TDS)。TDS可通过加各种阳离子或各种阴离子求得(阳离子和阴离子配对数)。例如:钙=21GPG(359.1mg/l)氯=16GPG(237.6mg/l)镁=9GPG(153.9mg/l)硫酸根=4GPG(68.4mg/l)钠=13GPG(222.3mg/l)碳酸根=23GPG(393.3mg/l)总阳离子=43GPG(735.3mg/l)总阴离子=43GPG(735.3mg/l)总溶解固体(TDS)=43GPG(735.3mg/l)注意：TDS，总阳离子数和总阴离子数必须相等。溶解固体总量的90%以上是以下六种矿物质：阳离子：Ca2+，Mg2+，Na+阴离子：Cl-，SO42-，CO3-注：Ca2+和Mg2+是两种硬性矿物质的主要离子。GPG---格令/加仑•铁含量(IRON)铁约占地壳的5%，也是最常见的水问题之一。当铁暴露于空气、氯气中或受热时，从相对无害的二价状态转变到令人讨厌的三价状态：FeO+2H2CO3→Fe(HCO3)2+H2O4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2当铁与某些嗜铁细菌一起存在时，问题变得更为严重，细菌消耗铁以维持生命，最终死亡，留下淤渣可堵塞水管和阀门。三种主要嗜铁细菌：Gallionella(盖氏铁柄杆菌属)Crenothrix(铁细菌属)Leptothrix(汗毛菌属)软化水系统设计手册3•锰锰是一种稀有的金属，它的化学、物理性能均与铁非常相似。锰通过与铁类似的反应进入水中，并以类似的方式被氧化：MnO+2H2CO3→Mn(HCO3)2+H2OMn2++O2+2H2O→2MnO2+4H+二氧化锰(MnO2)在低达0.05PPM(0.05mg/L)的水平上就会引起黑色污污。情况既然如此，可以想象2PPM(2mg/L)的浓度将会怎样。•硬度值(HARDNESS)1)水在大气中凝聚，溶解空气中的二氧化碳，形成弱酸H2O+CO2→H2CO32)该酸随雨落地，流过土壤到达岩床，溶解石灰、中和，同时变硬H2CO3+CaCO3→Ca(HCO3)2H2+MgCO3→Mg(HCO3)23)钙，镁形成硬性水垢CaCl2氯化钙MgCl2氯化镁CaSO4硫酸钙MgSO4硫酸镁4)硬性物质引起的问题是多重的，最常见的是硬垢，反应水“硬化”现象的方程式如下：Ca(HCO3)2→加热→CaCO3+H2O+CO2•碱度水的碱度是指水中能够接受[H+]离子与强酸进行中和反应的物质含量。碱度是表示水中CO32-，HCO3-，OH-及其它一些弱酸盐类的总和。在水中碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在：HCO3-+OH-=CO32-+H2O因此，水中的碱度以五种形式存在:1)HCO3-2)CO32-3)OH-4)HCO3-+CO32-5)CO32-+OH-碱度对锅炉运行影响碱度对锅炉的腐蚀，主要是苛性脆化腐蚀，是由水中NaOH造成。苛性脆化腐蚀会使金属晶粒间发生裂纹。其后果轻者使锅炉不能使用，重者发生锅炉爆炸，造成严重后果。NaHCO3→NaOH+CO2Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2•克分子(mol)定义：一定重量的物质，在数值上等于他的分子量，单位用克表示.这个量就称为一个克分子。如水的分子量为18，而18克水就是1克分子水。１克分子的水含有的分子数为：6.02X1023国际上规定：物质体系所包含的结构粒子(如原子、分子、离子、电子、光子等)数目与12克碳(C12)中的原子数目相等，则这体系的量为摩尔，符号mol。软化水系统设计手册4•当量定义：当量表示元素相互化合时它们之间的重量关系。各种元素相互化合时，其重量比等于他们的当量比。元素的当量＝原子量/化合价化合物的当量＝化合物的分子量/正(或负)价总数如:钙的当量=原子量/化合价=40.078/2=20.039•克当量定义：一定量的物质在数值上等于它的当量，单位以克表示，这个量就称为该物质的1个克当量。如：钙的当量为20.039，而20.039克的钙就等于1克当量•硬度单位1升水中含有的钙、镁离子的总毫克分子数(mmol/L)。1升水中含有的钙、镁离子的总毫克当量数(meq/L)。1升水中含有的1/2钙、1/2镁离子的总毫克分子数。即：以氢离子为基本单位的物质的量浓度(氢摩尔浓度)(在数值上½钙、½镁离子的