一種陰樹脂動力學性能指標—SO₄^2-的物質傳遞係數的測定裝置及方法

2023-12-09 08:02:41 2

專利名稱：一種陰樹脂動力學性能指標—SO42-的物質傳遞係數的測定裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標一 SO42-的物質傳遞係數的測定裝置及方法。
背景技術：
電廠鍋爐產生的蒸汽，用於汽輪機(透平機)作功後，經冷卻水在冷凝器(凝汽器) 冷凝成的水為凝結水。凝結水一般與補給水混合作為鍋爐的給水而得以回收利用。由於凝汽器洩漏以及汽水系統設備和管道某些金屬腐蝕產物的帶入，凝結水中金屬氧化物顆粒和各種其他離子濃度往往不能達到鍋爐給水的要求，而需在與補給水混合前進行精處理。目前凝結水精處理裝置主要有兩種(1)前置過濾器+高速混床+後置過濾器； (2)高速混床+後置過濾器。在凝結水精處理中經常會發現由新樹脂組成的高速混床，出水電導率很低，運行一段時間後，由於陰樹脂交換動力學性能下降，出水電導率上升，而樹脂其理化性能並無變化。故陰離子交換樹脂動力學試驗是凝結水精處理裝置故障檢測不可缺少的手段。早在 1980 年左右，Ray Ball 及 Coates 等人[International Water Conference (IWC), 1985-2003 ]開始陰離子交換樹脂動力學性能的檢測研究，通過檢測陰樹脂的S042_的物質傳遞係數實現了對陰樹脂的運行狀態的準確判斷，並成功地將其研究成果應用於凝結水精處理高速混床中陰樹脂性能變化的監督。在此基礎上，美國已制定了相關的標準 [Standard Practice for Evaluating the Kinetic Behavior of Ion Exchange Resins, Designation: D 6302 - 98 (Reapproved 2009)]。美國標準方法的主要特點是整個測試裝置在測試時處於完全封閉狀態；同時測試液中的硫酸鈉和氨測定前分置於兩個溶藥箱， 測定時再通過比例計量泵和混合室進行混合。該測試方法，由於測試時整個測試裝置處於完全封閉狀態，完全消除了空氣中CO2對電導率測定的影響，測定準確度較高；同時，測試液中硫酸鈉和氨的混合是通過比例計量泵和混合室完成的，測試費用比較昂貴。本發明，參照美國ASTM標準，自行設計並加工得到一高速混床中陰樹脂S042_的物質傳遞係數的測定裝置，並成功將其用於凝結水精處理高速混床中陰樹脂性能變化的動態監督。

發明內容
本發明為了解決上述的技術問題而提供了一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標SO42-的物質傳遞係數的測定裝置及測定方法。本發明的技術原理
陰樹脂動力學性能一般用陰離子的傳質係數來表徵，電廠鍋爐凝結水中常見的陰離子有SO42-和Cl—等，其中以SO42-的離子半徑最大，所以陰樹脂吸收相同摩爾數的硫酸根離子所引起的陰樹脂動力學性能變化要遠大於氯離子。通過檢測出水電導率的變化得出出水中
4SO/—的濃度，再利用Harries模型計算陰樹脂的S042—傳質係數，最後根據陰樹脂的S042—傳質係數大小來判斷其運行狀態。本發明以超純水為對照液，以SO/—溶液為測試液，以陰陽樹脂混床為測試柱，在測
試柱後接一氫交換柱。當測試液流經測試柱時，測試柱混床中的陰樹脂將測試液中部分SO/—將置換為 0H_，氫交換柱將測試液出水中的陽離子(Na+和NH4+)統一置換為H+，0H_與H+反應生成水， 使氫交換柱後的電導率儀的讀數變化能反映測試液出水中SO/—的濃度變化。當測試柱混床中陰樹脂動力學性能發生變化時，測試液通過測試柱時陰樹脂交換SO42-的量也發生，因此氫交換柱後的電導率儀的讀數亦發生變化。根據氫交換柱後的電導率儀讀數的變化值，得到測試液出水中SO42-的濃度，再根據Harries模型((ASTM International. D 6302-98 (Reapproved 2009) [S], United States :2009))得出陰樹脂的SO/—傳質係數。最後根據陰樹脂的SO/—傳質係數大小來判斷其運行狀態。本發明的技術方案
一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標SO42-的物質傳遞係數測定所用的裝置，包括高壓泵、轉子流量計、氫交換柱和電導率儀A及電導率儀B，還包括衝洗液進水箱、測試液進水箱、恆溫水浴箱、帶夾套的樹脂測試柱混床和切換閥；
所述的切換閥可以用其他任意可以實現衝洗液測試液切換功能的裝置進行替換； 所述的衝洗液進水箱的出口及測試液進水箱的出口通過管道會合後通過一個切換閥與高壓水泵的入口管道相連；
所述的恆溫水浴箱內設有不鏽鋼管，不鏽鋼管的一端與高壓水泵的出口相連，另一端依次通過轉子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導率儀A、氫交換柱及電導率儀B。一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標S042_的物質傳遞係數測定所用裝置的工藝路線，即裝置衝洗液和測試液分別由不同的帶有蓋板的進水箱通過高壓泵提供的動力經切換閥、恆溫水浴箱中的不鏽鋼盤管、轉子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導率儀A、氫交換柱和電導率儀B，最終流出。其中，水浴箱和測試柱夾套中水保持循環和恆溫，其作用是通過測試液盤管和測試柱調節測試液的溫度為25士0. 5°C，保證電導率儀顯示的測試液溫度恆為25士0. 5°C，使電導率儀讀數不受測試液溫度的影響；
上述的裝置中的氫交換柱將帶夾套的樹脂測試柱混床出水中殘餘的銨離子和鈉離子全部轉化氫離子。一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標S042_的物質傳遞係數的測定方法，包括如下步驟
(1)、混床陽樹脂的準備
取150mL陽樹脂，使其浸沒於自來水中並立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為水浸陽樹脂體積的13 14倍的4%HC1以約lOmL/min的流速再生，HCl再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用5(T60°C的純水衝洗至出水電導 <0.5 μ s/cm ；
所述的HCl再生液為4%的HCl水溶液；
所述的陽樹脂為陶氏650C型新樹脂；
上述所用的玻璃再生柱為體積大於150mL的玻璃柱；(2)、混床陰樹脂的準備
取75mL觀 30目陰樹脂，使其浸沒於自來水中，並立即濾出；然後用4%HC1清洗水浸陽樹脂2遍，將鹽酸清洗後的陰樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為酸洗後的陰樹脂體積的沈-27倍的NaOH再生液以約lOmL/min的流速再生，NaOH再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用50 60°C的純水衝洗至出水電導<0. 5μ s/cm ； 所述的NaOH再生液為濃度為2mol/L的NaOH水溶液； 所述的陰樹脂為陶氏^OA型樹脂或日本三菱的CPA02型新樹脂； 上述所用的玻璃再生柱為體積大於75mL的玻璃柱；
(3)、混床陰陽樹脂混合裝柱
將步驟(1)及(2)衝洗好的陰、陽樹脂倒入一洗淨的500mL大燒杯中，傾倒出上層多餘水分，混合均勻，用去離子水清洗帶夾套的樹脂測試柱混床，清洗完後，密封下端出水管，倒入10 20mL純水，將混合好的樹脂灌入帶有夾套的測試柱混床中，避免產生氣泡和分層；
(4)、氫交換柱樹脂的準備
將IL陽樹脂浸沒於自來水中並立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為水浸陽樹脂體積的2倍的4%HC1再生液以約lOmL/min的流速再生， 當HCl再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用50-60°C的純水衝洗至出水電導 <0.5 μ s/cm ；
所述的HCl再生液為4%的HCl水溶液； 所述的陽樹脂為陶氏650C型新樹脂； 上述所用的玻璃再生柱為體積大於IL的玻璃柱；
(5)、混床測試柱的衝洗
將去離子水通過超純水樹脂製得所用超純水；
待帶夾套的測試柱混床和氫交換柱分別裝入相應的樹脂後，調節恆溫水浴溫度在30°C 左右，保證電導率儀溫度為25士0. 5°C，打開高壓泵，以超純水作為衝洗液衝洗帶夾套的測試柱和氫交換柱，衝洗速度控制在廣1. 2L/min,使出水電導率<0. 07 μ s/cm,並至少穩定 IOmin ；
如果穩定時間短於lOmin，說明樹脂再生效果不好或者混合不均勻，需要重新對樹脂進行再生、混合和裝柱；
(6)、SO/—的物質傳遞係數的測試
將0. 0900g無水Na2SO4溶於IL超純水中製得所用Na2SO4溶液； 將27. 3g NH3溶於IL純水中製得所用氨水；
現場製備25L超純水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，製得測試液；
將測試液裝入測試液浸水箱中，並控制以lL/min的流速經過切換閥、高壓泵、恆溫水浴箱內的不鏽鋼管、轉子流量計、帶夾套的樹脂測試柱、電導率儀A、氫交換柱和電導率儀 B，測量並記錄電導率儀B的讀數，至讀數在Imin內保持不變，測試結束，以超純水衝洗管路，至電導率儀讀數為0. 07μ8/αιι ；
(7)、陰樹脂動力學性能指標一SO/—的物質傳遞係數的計算
根據Harries模型(ASTM International. D 6302-98(Reapproved 2009)[S], UnitedStates :2009)，計算S042—的物質傳遞係數 Harries模型為 1 F
權利要求
1.一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標SO42-的物質傳遞係數測定所用的裝置，包括高壓泵、轉子流量計、氫交換柱和電導率儀A及電導率儀B，其特徵在於還包括衝洗液進水箱、測試液進水箱、恆溫水浴箱、帶夾套的樹脂測試柱混床和切換閥；所述的衝洗液進水箱的出口及測試液進水箱的出口通過管道會合後通過一個切換閥與高壓水泵的入口管道相連；所述的恆溫水浴箱內設有不鏽鋼管，不鏽鋼管的一端與高壓水泵的出口相連，另一端依次通過轉子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導率儀A、氫交換柱及電導率儀B。
2.一種採用權利要求1所述的裝置進行凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標SO/—的物質傳遞係數的測定方法，其特徵在於包括如下步驟(1)、混床陽樹脂的準備取150mL陽樹脂，使其浸沒於自來水中並立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為水浸陽樹脂體積的13 14倍的4%HC1以約lOmL/min的流速再生，HCl再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用50 60°C的純水衝洗至出水電導 <0.5 μ s/cm ；所述的HCl再生液為4%的HCl水溶液；所述的陽樹脂為陶氏650C型新樹脂；上述所用的玻璃再生柱為體積大於150mL的玻璃柱；(2)、混床陰樹脂的準備取75mL觀 30目陰樹脂，使其浸沒於自來水中，並立即濾出；然後用4%HC1清洗水浸陽樹脂2遍，將鹽酸清洗後的陰樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為酸洗後的陰樹脂體積的沈-27倍的NaOH再生液以約lOmL/min的流速再生，NaOH再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用50 60°C的純水衝洗至出水電導<0. 5 μ s/cm ； 所述的NaOH再生液為濃度為2mol/L的NaOH水溶液； 所述的陰樹脂為陶氏^OA型樹脂或日本三菱的CPA02型新樹脂； 上述所用的玻璃再生柱為體積大於75mL的玻璃柱；(3)、混床陰陽樹脂混合裝柱將步驟(1)及(2)衝洗好的陰、陽樹脂倒入一洗淨的500mL大燒杯中，傾倒出上層多餘水分，混合均勻，用去離子水清洗測試柱混床，清洗完後，密封下端出水管，倒入10 20mL 純水，將混合好的樹脂灌入帶有夾套的測試柱混床中；(4)、氫交換柱樹脂的準備將IL陽樹脂浸沒於自來水中並立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝於玻璃再生柱中，再用體積為水浸陽樹脂體積的2倍的4%HC1再生液以約lOmL/min的流速再生， 當HCl再生液出水濃度與進水濃度一致時，再生結束，用50-60°C的純水衝洗至出水電導 <0.5 μ s/cm ；所述的HCl再生液為4%的HCl水溶液； 所述的陽樹脂為陶氏650C型新樹脂； 上述所用的玻璃再生柱為體積大於IL的玻璃柱；(5)、混床測試柱的衝洗將去離子水通過超純水樹脂製得所用超純水；待帶夾套的測試柱混床和氫交換柱分別裝入相應的樹脂後，調節恆溫水浴溫度在30°C 左右，保證電導率儀溫度為25士0. 5°C，打開高壓泵，以超純水作為衝洗液衝洗帶夾套的測 試柱和氫交換柱，衝洗速度控制在廣1. 2L/min,使出水電導率<0. 07 u s/cm,並至少穩定 IOmin ；(6)、SO/—的物質傳遞係數的測試將0. 0900g無水Na2SO4溶於IL超純水中製得所用Na2SO4溶液； 將27. 3g NH3溶於IL純水中製得所用氨水；現場製備25L超純水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，製得測 試液；將測試液裝入測試液浸水箱中，並控制以lL/min的流速經過切換閥、高壓泵、恆溫水 浴箱內的不鏽鋼管、轉子流量計、帶夾套的樹脂測試柱、電導率儀A、氫交換柱和電導率儀 B，測量並記錄電導率儀B的讀數，至讀數在Imin內保持不變，測試結束，以超純水衝洗管 路，至電導率儀讀數為0. 07ドs/cm ；(7)、陰樹脂動力學性能指標一SO/—的物質傳遞係數K的計算 根據Harries模型，計算S042—的物質傳遞係數
全文摘要
本發明公開一種凝結水精處理高速混床中陰樹脂動力學性能指標SO42-的物質傳遞係數測定所用的裝置及測試方法。裝置包括高壓泵、轉子流量計、氫交換柱和電導率儀A及電導率儀B，還包括衝洗液進水箱、測試液進水箱、恆溫水浴箱、帶夾套的樹脂測試柱混床和切換閥。所述的測定方法包括混床陽樹脂準備、混床陰樹脂準備、混床陰陽樹脂混合裝柱、氫交換柱樹脂準備、混床測試柱衝洗、SO42-的物質傳遞係數測試及最終根據Harries模型計算陰樹脂動力學性能指標—SO42-的物質傳遞係數K等7個步驟。本發明的測定方法的測定結果受空氣中CO2及測試液溫度影響小，測試成本也較低。
文檔編號G01N27/00GK102305811SQ20111013629
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者丁桓如, 付毅, 傅潔琦, 周振, 曾鬱楠, 王羅春, 王英俊, 鄭黎明, 陳英 申請人:上海電力學院