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.doc

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 m1.271.090.950.840.740.670.620.550.46 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3、中间排水装置的阻力（简称中排） 再生液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＝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)=0.001m3.4 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