离子交换树脂采用无顶压逆流再生工艺的水力学问题探讨

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1、离子交换树脂采用无顶压逆流再生工艺的水力学问题探讨常熟市天旺水处理设备制造有限公司陆达年1、引言从上世纪70年代开始，离子交换树脂的顺流再生工艺逐步被逆流再生工艺所代替，对于提高离子交换器的出水品质，降低酸耗、碱耗，起到了十分巨大的作用。为了保证离子交换树脂有一个良好的再生效果，首要的条件是在再生的过程中，离子交换树脂不能“乱层”，因此人们就想出了空气顶压的工艺，空气流过压脂层时会产生一个阻力损失，这个向下的力能够有效地平衡逆流再生向上的力。逆流再生过程中，向上的力实际上就是流体向上流动时的阻力，这个力包括

2、树脂层的阻力和中间排水装置的阻力。一般认为，向下的力就是树脂颗粒的重力（湿真密度）和水的浮力之差，（具体计算时，还要考虑树脂的湿视密度），以及压脂层产生的重力。从原则上说，只有向下的力大于向上的力，逆流再生工艺才能实现。2、树脂层的阻力2.1树脂层阻力的计算公式：树脂层的阻力计算公式：2.2水的粘度从树脂层的阻力计算公式看出，如果树脂层允许的阻力是一个定值，而公式中的一些边界条件不变，那么水的粘度和再生流速的乘积就是一个常数。当再生液的温度降低时，由于水的粘度上升，再生液的流速应该相应降低。再生液温度对再生

3、流速的影响，其实质是再生液运动粘度的影响，为了研究的方便，我们把再生液粘度的影响，视为水的粘度的影响。因为再生液一般为酸、碱的稀溶液，用水的粘度数据，不会带来很大的误差。水在正常压力下,不同温度的粘度可以用下面的经验公式计算.ν：运动粘度cm2/sect：水温℃表一不同温度下水的运动粘度和再生阻力（阻力计算的假定值如上所述）温度℃51015202530354050运动粘度cm2/sec0.01520.01310.01150.01010.8920.00810.00740.00660.0055再生阻力m1.27

4、1.090.950.840.740.670.620.550.46如果树脂层的高度、树脂的平均颗粒直径、逆流再生的流速不变，那么由于水温的改变，会引起再生液运动粘度的改变，对于地表水，随着季节的变化，温度的变化是很大的，甚至可能会达到30℃，从表中看出，当水温从5℃变化到35℃时，水的运动粘度几乎降低了一半，也就是说，在同一个体系中，再生液的流动阻力降低了一半。换句话说，再生液的温度比较高时，允许采用比较高的再生流速，而再生液的温度比较低时，则只能采用比较低的再生流速。3、中间排水装置的阻力（简称中排）再生液

5、除了要克服树脂层的阻力外，还要克服中排的阻力，我们这里研究的中排是指目前市场上用的最多的采用筛管（内衬多孔管）的鱼刺型中排装置。下面，我们对中排在再生过程中的阻力进行分析：由于中排筛管巨大的流通面积，使得通过筛管缝隙的流速非常缓慢，在筛管的表面几乎没有什么阻力。3.1中排的基本数据（以直径2.5m的交换器中排为例）：交换器直径m2.5筛管外径mm42筛管总长m（0.51＋0.75＋0.90＋1.0＋1.05）×4＝16.84表中为筛管有效流通长度,共20根支管筛管总面积m216.84×3.14×0.042＝

6、2.21筛管缝隙mm0.25面丝为1.5缝隙面积系数0.25/（1.5＋0.25）＝0.143再生流量m3/h3.0×3.14×(1.25)2=14.72假定再生流速为3.0m/h缝隙流速m/sec14.72/（2.21×0.143×3600）＝0.013衬管小孔直径mm8小孔个数1200小孔总面积m20.06小孔流速m/sec0.14m/sec(假设一半小孔流入再生液)所以小孔流速增加一倍假设再生流速3.0m/h小孔阻力计算m0.0026阻力系数2.63.2筛管内多孔管的阻力小孔的流量和小孔的阻力有如下的

7、关系：Q：小孔流量μ：流量系数A：小孔面积g：重力加速度h：小孔阻力损失（小孔流入、流出视为相等）下面是小孔流量系数表：孔眼直径与管壁厚之比d/δ1.251.52.03.0流量系数μ0.760.710.670.62在本案中，小孔直径与壁厚之比为8/3＝2.7，取流量系数0.62在本案中，由于小孔流速（流量）极小，因此在小孔中的流动阻力仅为2.6mm，即毫米级阻力。3.3筛管的缝隙阻力当缝隙面积系数为0.15时，阻力系数为114。这时的局部阻力计算如下：ΔP＝114×（0.013）2/(2×9.8)=0.00

8、1m3.4小结即使考虑缝隙的堵塞系数，考虑筛管只用半周、甚至小于半周排放废液的事实，由于流速极低，阻力也仅仅为毫米级。采用筛管以后，在中排上产生的流动阻力，与树脂层本身的阻力相比较，可以忽略不计。由于采用筛管作为中排的基本元件，无顶压逆流再生成为一个被大家普遍接受的工艺。筛管的大流通面积和高阻力系数是流体流过这个元件时产生小的流动阻力和均匀配水的有利条件。4、离子交换树脂在静态条件下的水力学分析离子交换树脂层在静