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给排水工程师
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离子交换树脂知识(整理版)? <FONT>1、 离子交换树脂 的基本类型<BR>(1) 强酸性阳离子树脂 <BR>这类树脂含有大量的强酸性基团,如磺酸基-SO3H,容易在溶液中离解出H+,故呈强酸性。树脂离解后,本体所含的负电基团,如SO3-,能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强,在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。<BR>树脂在使用一段时间后,要进行再生处理,即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行,使树脂的官能基团回复原来状态,以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理,此时树脂放出被吸附的阳离子,再与H+结合而恢复原来的组成。<BR>(2) 弱酸性阳离子树脂<BR>这类树脂含弱酸性基团,如羧基-COOH,能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团,如R-COO-(R为碳氢基团),能与溶液中的其他阳离子吸附结合,从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱,在低pH下难以离解和进行离子交换,只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5~14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。<BR>(3) 强碱性阴离子树脂<BR>这类树脂含有强碱性基团,如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R为碳氢基团),能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。 <BR>这种树脂的离解性很强,在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。 <BR>(4) 弱碱性阴离子树脂<BR>这类树脂含有弱碱性基团,如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2,它们在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合,从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1~9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH进行再生。<BR>2、离子交换树脂基体的组成<BR>离子交换树脂的基体(matrix),制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)两大类,它们分别与交联剂二乙烯苯产生聚合反应,形成具有长分子主链及交联横链的网络骨架结构的聚合物。苯乙烯系树脂是先使用的,丙烯酸系树脂则用得较后。<BR>这两类树脂的吸附性能都很好,但有不同特点。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素,脱色容量大,而且吸附物较易洗脱,便于再生,在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族物质,善于吸附糖汁中的多酚类色素(包括带负电的或不带电的);但在再生时较难洗脱。因此,糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色,再用苯乙烯树脂进行精脱色,可充分发挥两者的长处。 <BR>树脂的交联度,即树脂基体聚合时所用二乙烯苯的百分数,对树脂的性质有很大影响。通常,交联度高的树脂聚合得比较紧密,坚牢而耐用,密度较高,内部空隙较少,对离子的选择性较强;而交联度低的树脂孔隙较大,脱色能力较强,反应速度较快,但在工作时的膨胀性较大,机械强度稍低,比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4%;用于脱色的树脂的交联度一般不高于8%;单纯用于吸附无机离子的树脂,其交联度可较高。<BR>除上述苯乙烯系和丙烯酸系这两大系列以外,离子交换树脂还可由其他有机单体聚合制成。如酚醛系(FP)、环氧系(EPA)、乙烯吡啶系(VP)、脲醛系(UA)等。<BR>3、离子交换树脂的物理结构<BR>离子树脂常分为凝胶型和大孔型两类。 <BR>凝胶型树脂的高分子骨架,在干燥的情况下内部没有毛细孔。它在吸水时润胀,在大分子链节间形成很微细的孔隙,通常称为显微孔(micro-pore)。湿润树脂的平均孔径为2~4nm(2×10-6 ~4×10-6mm)。<BR>这类树脂较适合用于吸附无机离子,它们的直径较小,一般为0.3~0.6nm。这类树脂不能吸附大分子有机物质,因后者的尺寸较大,如蛋白质分子直径为5~20nm,不能进入这类树脂的显微孔隙中。 <BR>大孔型树脂是在聚合反应时加入致孔剂,形成多孔海绵状构造的骨架,内部有大量永久性的微孔,再导入交换基团制成。它并存有微细孔和大网孔(macro-pore),润湿树脂的孔径达100~500nm,其大小和数量都可以在制造时控制。孔道的表面积可以增大到超过1000m2/g。这不仅为离子交换提供了良好的接触条件,缩短了离子扩散的路程,还增加了许多链节活性中心,通过分子间的范德华引力(van de Waal's force)产生分子吸附作用,能够象活性炭那样吸附各种非离子性物质,扩大它的功能。一些不带交换功能团的大孔型树脂也能够吸附、分离多种物质,例如化工厂废水中的酚类物。 <BR>大孔树脂内部的孔隙又多又大,表面积很大,活性中心多,离子扩散速度快,离子交换速度也快很多,约比凝胶型树脂快约十倍。使用时的作用快、效率高,所需处理时间缩短。大孔树脂还有多种优点:耐溶胀,不易碎裂,耐氧化,耐磨损,耐热及耐温度变化,以及对有机大分子物质较易吸附和交换,因而抗污染力强,并较容易再生。<BR>4、离子交换树脂的离子交换容量<BR>离子交换树脂进行离子交换反应的性能,表现在它的“离子交换容量”,即每克干树脂或每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当量数,meq/g(干)或 meq/mL(湿);当离子为一价时,毫克当量数即是毫克分子数(对二价或多价离子,前者为后者乘离子价数)。它又有“总交换容量”、“工作交换容量”和“再生交换容量”等三种表示方式。 <BR>1、总交换容量,表示每单位数量(重量或体积)树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。 <BR>2、工作交换容量,表示树脂在某一定条件下的离子交换能力,它与树脂种类和总交换容量,以及具体工作条件如溶液的组成、流速、温度等因素有关。 <BR>3、再生交换容量,表示在一定的再生剂量条件下所取得的再生树脂的交换容量,表明树脂中原有化学基团再生复原的程度。 <BR>通常,再生交换容量为总交换容量的50~90%(一般控制70~80%),而工作交换容量为再生交换容量的30~90%(对再生树脂而言),后一比率亦称为树脂的利用率。 <BR>在实际使用中,离子交换树脂的交换容量包括了吸附容量,但后者所占的比例因树脂结构不同而异。现仍未能分别进行计算,在具体设计中,需凭经验数据进行修正,并在实际运行时复核之。 <BR>离子树脂交换容量的测定一般以无机离子进行。这些离子尺寸较小,能自由扩散到树脂体内,与它内部的全部交换基团起反应。而在实际应用时,溶液中常含有高分子有机物,它们的尺寸较大,难以进入树脂的显微孔中,因而实际的交换容量会低于用无机离子测出的数值。这种情况与树脂的类型、孔的结构尺寸及所处理的物质有关。<BR>5、离子交换树脂的吸附选择性<BR>离子交换树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力,对它们的吸附有选择性。各种离子受树脂交换吸附作用的强弱程度有一般的规律,但不同的树脂可能略有差异。主要规律如下: <BR>(1) 对阳离子的吸附 <BR>高价离子通常被优先吸附,而低价离子的吸附较弱。在同价的同类离子中,直径较大的离子的被吸附较强。一些阳离子被吸附的顺序如下: <BR>Fe3+ &gt; Al3+ &gt; Pb2+ &gt; Ca2+ &gt; Mg2+ &gt; K+ &gt; Na+ &gt; H+ <BR>(2) 对阴离子的吸附 <BR>强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为: <BR>SO42-&gt; NO3- &gt; Cl- &gt; HCO3- &gt; OH- <BR>弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下:<BR>OH-&gt; 柠檬酸根3- &gt; SO42- &gt; 酒石酸根2- &gt;草酸根2- &gt; PO43- &gt;NO2- &gt; Cl- &gt;醋酸根- &gt; HCO3- <BR>(3) 对有色物的吸附<BR>糖液脱色常使用强碱性阴离子树脂,它对拟黑色素(还原糖与氨基酸反应产物)和还原糖的碱性分解产物的吸附较强,而对焦糖色素的吸附较弱。这被认为是由于前两者通常带负电,而焦糖的电荷很弱。 <BR>通常,交联度高的树脂对离子的选择性较强,大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。这种选择性在稀溶液中较大,在浓溶液中较小。<BR>6、离子交换树脂的物理性质<BR>离子交换树脂的颗粒尺寸和有关的物理性质对它的工作和性能有很大影响。 <BR>(1) 树脂颗粒尺寸 <BR>离子交换树脂通常制成珠状的小颗粒,它的尺寸也很重要。树脂颗粒较细者,反应速度较大,但细颗粒对液体通过的阻力较大,需要较高的工作压力;特别是浓糖液粘度高,这种影响更显著。因此,树脂颗粒的大小应选择适当。如果树脂粒径在0.2mm(约为70目)以下,会明显增大流体通过的阻力,降低流量和生产能力。 <BR>树脂颗粒大小的测定通常用湿筛法,将树脂在充分吸水膨胀后进行筛分,累计其在20、30、40、50……目筛网上的留存量,以90%粒子可以通过其相对应的筛孔直径,称为树脂的“有效粒径”。多数通用的树脂产品的有效粒径在0.4~0.6mm之间。 <BR>树脂颗粒是否均匀以均匀系数表示。它是在测定树脂的“有效粒径”坐标图上取累计留存量为40%粒子,相对应的筛孔直径与有效粒径的比例。如一种树脂(IR-120)的有效粒径为0.4~0.6mm,它在20目筛、30目筛及40目筛上留存粒子分别为:18.3%、41.1%、及31.3%,则计算得均匀系数为2.0。 <BR>(2) 树脂的密度 <BR>树脂在干燥时的密度称为真密度。湿树脂每单位体积(连颗粒间空隙)的重量称为视密度。树脂的密度与它的交联度和交换基团的性质有关。通常,交联度高的树脂的密度较高,强酸性或强碱性树脂的密度高于弱酸或弱碱性者,而大孔型树脂的密度则较低。例如,苯乙烯系凝胶型强酸阳离子树脂的真密度为1.26g/mL,视密度为0.85g/mL;而丙烯酸系凝胶型 弱酸阳离子树脂 的真密度为1.19g/mL,视密度为0.75g/mL。 <BR>(3) 树脂的溶解性 <BR>离子交换树脂应为不溶性物质。但树脂在合成过程中夹杂的聚合度较低的物质,及树脂分解生成的物质,会在工作运行时溶解出来。交联度较低和含活性基团多的树脂,溶解倾向较大 。 <BR>(4) 膨胀度 <BR>离子交换树脂含有大量亲水基团,与水接触即吸水膨胀。当树脂中的离子变换时,如阳离子树脂由H+转为Na+,阴树脂由Cl-转为OH-,都因离子直径增大而发生膨胀,增大树脂的体积。通常,交联度低的树脂的膨胀度较大。在设计 离子交换装置 时,必须考虑树脂的膨胀度,以适应生产运行时树脂中的离子转换发生的树脂体积变化。 <BR>(5) 耐用性 <BR>树脂颗粒使用时有转移、磨擦、膨胀和收缩等变化,长期使用后会有少量损耗和破碎,故树脂要有较高的机械强度和耐磨性。通常,交联度低的树脂较易碎裂,但树脂的耐用性更主要地决定于交联结构的均匀程度及其强度。如大孔树脂,具有较高的交联度者,结构稳定,能耐反复再生 。<BR>7、离子交换树脂的品种<BR>离子交换树脂在国内外都有很多制造厂家和很多品种。国内制造厂有数十家,主要的有上海树脂厂、南开大学化工厂、晨光化工研究院树脂厂、南京树脂厂等;国外较著名的如美国Rohm &amp; Hass公司生产的Amberlite系列、Dow化学公司的Dowex系列、法国Duolite系列和Asmit系列、日本的Diaion系列,还有Ionac系列、Allassion系列等。树脂的牌号多数由各制造厂或所在国自行规定。国外一些产品用字母C代表阳离子树脂(C为cation的第一个字母),A代表阴离子树脂(A为Anion的第一个字母),如Amberlite的IRC和IRA分别为阳树脂和阴树脂,亦分别代表阳树脂和阴树脂。我国化工部规定(HG2-884-76),离子交换树脂的型号由三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产品的分类:0 代表强酸性,1代表弱酸性,2代表强碱性,3代表弱碱性,4代表螯合性,5代表两性,6代表氧化还原。第二位数字代表不同的骨架结构:0代表苯乙烯系,1代表丙烯酸系,2代表酚醛系,3代表环氧系等。第三位数字为顺序号,用以区别基体、交联基等的差异。 此外大孔型树脂在数字前加字母D。因此,D001是大孔强酸性苯乙烯系树脂。</FONT>查看更多 2个回答 . 5人已关注
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求助:图示余热设备设计基准和法规等选用? 大家好!最近接触到一台高温烟气设备(原始图是由欧洲设计单位按锅炉规范设计的,详如附件),顶部烟气出口与水管锅炉对接,用于余热回收系统,要求转化为国内标准进行设计。 一、设计参数(依据 Datasheet 提供如下): (一)壳程:设计压力 2.5MPa ,设计压力 2.0MPa ,设计温度 226 ℃,操作温度 214 ℃,介质为“水 / 蒸汽”,腐蚀裕量 0.75mm ,焊接接头系数 1.0 ,材料 15CrMoR ; (二)壳程:设计压力 0MPa ,设计温度 500 ℃,介质为“高温烟气”,腐蚀裕量 0.75mm ,焊接接头系数 1.0 ,材料 12Cr2Mo1R ; 二、背景: 日前业主拿的欧洲原始设计图(以锅炉的名义)到使用地(山东)省级特检院洽询,省特检院要求:按锅炉设计的话(必须指定“最高火界”和“最低/最高安全水位”),“最高火界”应取在烟管(即换热管)顶端【若取在烟管顶端,依TSGG0001-2012《锅规》要求“最低安全水位”必须高于“最高火界”100mm以上,而锅炉相关设计规范和标准中对“最高火界”位置的定义,是由设计人员依据安全性、相关锅炉设计规范和标准来自定义的,出于恰当、合理、安全和经济运行的考虑,故也就致使对“最高火界”的定义存在着一定的差异性,然而对于监管部门来说,由于出于对安全性要求更为严谨的考虑,指定“最高火界”应取在烟管顶端】,这样一来,烟管顶端定义成“最高火界”后,“最低安全水位”又必须高于“最高火界”100mm以上,而烟管顶端就是烟气出口,上端根本不存在盛水腔和所谓的“最低安全水位”了,故此设备的结构实际上就不再适用了。除非设计单位能有足够的理论和计算依据来证明“最高火界”不取在烟管顶端的理由?最后,省特检院要求,此设备必须按 压力容器 来设计。 三、问题点: 1 .关于 监管规程选择 的疑问:依 TSG G0001-2012 《锅规》的“第 1.2 条:适用于固定式以余(废)热利用为主要目的的烟道式、烟道与管壳组合式余(废)热锅炉”和“第 1.3 ( 3 )条:本规程不适用于为满足设备和工艺流程冷却需要的换热装置”;然而依 TSG R0004-2009 《固容规》的“第 1.5 ( 2 )条:本规程不适用于锅炉安全技术监察规程适用范围内的 余热锅炉 ”,请问附图所示设备,是烟道式、烟道与管壳组合式还是管壳式锅炉(这三种型式到底有什么区别)?是受《锅规》监管,还是受《固容规》? 2. 关于 设计基准选用 的疑问: ( 1 )如果界定是受《锅规》监管,那么必须符合《锅规》的选材、设计单位资质、制造单位资质、“最低安全水位必须高于最高火界 100mm ”的要求,那么附图所示为立式结构,均不符合 GB ∕ T16508-2013 《锅壳锅炉》、 GB / T28056-2011 《烟道式余热锅炉通用技术条件》和 SH / T3158-2009 《 石油化工 管壳式余热锅炉》(只适用于卧置、还应符合 GB150 、 GB151 和《固容规》及国家其它法规规定)标准中所示结构,是否就没办法使用了?但是业主又不希望修改,还是期望用立式结构,怎么处理? ( 2 )如果界定是受《固容规》监管,那么必须符合《固容规》的选材(符合 GB150 ,可否用《锅规》中的材料?)、设计单位资质、制造单位资质等要求,这么以来,就是相当于按 GB151 来设计了,对于温差这么大,可以选用的换热器型式就三种(带膨胀节的固定板式、 U 形管式和浮头式),但是依本人多年设计经历(有限),没见到过 U 形管式和浮头式的换热器做成立式的,是否就只能采用固定管板式的换热器了?如果这样,那么附图所示结构就得全部修改了,而且不能采用裙式支撑了,必须修改为耳式支座了吗?业主也与换热器的设计单位洽询过,反映说没做过这么高温度的换热器?可否按换热器来设计(和 / 或按《锅规》监管)? 3. 关于 设计单位、制造单位资质 的疑问:若确定此设备受《锅规》监管,设计单位就必须取得锅炉设计资质,然而锅炉行业据了解(也不知道是否是这样?),设计资质与制造资质是一体的(没有单独的锅炉设计院?),就是说必须找锅炉制造厂来设计制造吗? 查看更多 12个回答 . 4人已关注
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简介
职业:山东齐德生物医药有限公司 - 给排水工程师
学校:河南工业大学 - 化工学院
地区:安徽省
个人简介:我渴望随着命运指引的方向,心平气和地、没有争吵、悔恨、羡慕,笔直走完人生旅途。查看更多
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