離子交換系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)書

1、<p>　　《水污染控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)書報(bào)告》</p><p>　　時(shí) 間 2008/2009學(xué)年第1學(xué)期第15—16周 </p><p>　　班 級 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　班內(nèi)序號

2、 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 離子交換系統(tǒng) </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　2008年12月1日</p><p>　　離子交換是以離子交換劑上的可

3、交換離子與液相中離子間發(fā)生交換為基礎(chǔ)的分離方法。廣泛采用人工合成的離子交換樹脂作為離子交換劑，它是具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和可電離的活性基團(tuán)的難溶性高分子電解質(zhì)。根據(jù)樹脂骨架上的活性基團(tuán)的不同，可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、螯合樹脂和氧化還原樹脂等。用于離子交換分離的樹脂要求具有不溶性、一定的交聯(lián)度和溶脹作用，而且交換容量和穩(wěn)定性要高。按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。陽離子交換樹

4、脂大都含有磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）或苯酚基（-C6H4OH）等酸性基團(tuán)，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進(jìn)行交換。</p><p>　　Ion exchange is based on ion-exchange agent on the ion exchange and liquid ion exchange took place between the separation-base

5、d approach.Widely used synthetic ion-exchange resins as ion-exchange agent,It is a network structure and ionization of the active groups of insoluble polymer electrolyte.According to the resin skeleton on the activity of

6、 the different groups can be divided into cation exchange resins, ion exchange resins, gender ion-exchange resins, chelating resin and redox resin, and so</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　

7、　設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………… 4</p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)目的…………………………………………………………… 4</p><p>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)題目…………………………………………………………… 4</p><p>　　（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………………………………………… 4</p><p>　　設(shè)計(jì)

8、說明…………………………………………………………… 5</p><p>　　（一）設(shè)計(jì)介紹…………………………………………………………… 5</p><p>　?。ǘ┗驹O(shè)計(jì)參數(shù)與要求……………………………………………… 6</p><p>　　1、廢水的水質(zhì)與質(zhì)量 6</p>

9、<p>　　2、工藝流程 7</p><p>　?。ㄈ┓桨冈O(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………… 8</p><p>　　1、集水調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)計(jì)算 8 </p><p>　　2、過濾池設(shè)計(jì)計(jì)算

10、 9</p><p>　　3、離子交換柱設(shè)計(jì)計(jì)算 11</p><p>　?。ㄋ模┲饕O(shè)備…………………………………………………………… 22</p><p>　?。ㄎ澹┰O(shè)計(jì)圖編號…………………………………………………………

11、22</p><p>　　工程估算…………………………………………………………… 23</p><p>　　小結(jié)………………………………………………………………… 23</p><p>　　致謝………………………………………………………………… 24</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 24</p

12、><p><b>　　一．設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　（一）設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生了解水污染控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范、內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　2、了解污水的生物接觸氧化反應(yīng)系統(tǒng)的處理工藝，及其設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)方法；</p>

13、<p>　　3、掌握典型水污染控制單元系統(tǒng)工藝流程、結(jié)構(gòu)、工作原理相關(guān)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　4、培養(yǎng)我們在水污染治理工程的工藝計(jì)算、初設(shè)圖紙的繪制、工程量的計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的運(yùn)用、設(shè)計(jì)手冊與資料的查閱以及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等能力，使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想；</p><p>　　5、培養(yǎng)我們正確、清晰地表達(dá)設(shè)計(jì)內(nèi)容、書寫設(shè)計(jì)說明書的能力；</p><p

14、>　　6、熟練運(yùn)用Auto-CAD和工程制圖規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)繪制規(guī)范性工藝設(shè)計(jì)圖紙的能力以及計(jì)算工程量的能力；</p><p>　　7、加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)我們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和勇于創(chuàng)新的敬業(yè)精神。</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：離子交換系統(tǒng)。</p><p&

15、gt;<b>　?。ㄈ?設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　該題目分5個(gè)階段完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。</p><p><b>　　1．查閱資料</b></p><p>　　查閱資料的內(nèi)容包括：（1）水污染控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的規(guī)范、內(nèi)容和要求，環(huán)境工程設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，工程制圖標(biāo)準(zhǔn)；（2）設(shè)計(jì)任務(wù)所及水污染控制單元系統(tǒng)（及其設(shè)備與構(gòu)筑

16、物）的工藝流程、結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)和用途，工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算公式及設(shè)計(jì)方法；（3）設(shè)計(jì)說明等資料的內(nèi)容與格式，工程量的計(jì)算方法；（4）其他資料。</p><p><b>　　2．工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：（1）設(shè)備及構(gòu)筑物布置（平面和剖面）設(shè)計(jì)：（2）管</p><p>　　路布置設(shè)計(jì)；（3）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及選材；（

17、4）繪制工藝設(shè)計(jì)草圖并進(jìn)行計(jì)算；（5）編寫設(shè)計(jì)說明。</p><p><b>　　3．繪圖</b></p><p>　　需繪制的圖紙包括：（1）帶控制點(diǎn)工藝流程圖；（2）非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及構(gòu)筑物的工藝構(gòu)造圖；（3）設(shè)備布置圖（平、立面）；（4）零件圖；（5）高程圖；（6）管道布置圖；（7）設(shè)備材料一覽表。</p><p><b>　　4．工

18、程量估算</b></p><p>　　按照圖紙進(jìn)行工程的估算，如土方數(shù)、混凝土體體積、鋼板重量、鋼管重量、防腐面積等。</p><p><b>　　5．資料匯總</b></p><p>　　將設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)說明、工藝設(shè)計(jì)圖紙和工程量估算等內(nèi)容依次匯編裝訂，構(gòu)成《水污染控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告》。</p><p>

19、<b>　　二、設(shè)計(jì)說明</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)介紹</b></p><p>　　離子交換水處理是通過離子交換劑，除去水中呈離子態(tài)雜質(zhì)的水處理方法。普通應(yīng)用于水處理的離子交換劑的物質(zhì)是離子交換樹脂，它直接影響著離子交換水處理的水質(zhì)水平和經(jīng)濟(jì)性。為此，需要討論離子交換樹脂及其在水處理中的基本原理。</p>&l

20、t;p>　　離子交換是靠交換劑本身所帶的能自由移動(dòng)的離子與被處理的溶液中的離子通過離子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的。推動(dòng)離子交換的動(dòng)力是離子間的濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力，這就是離子交換的基本原理。</p><p>　　離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為</p><p>　　RH＋M＋←→RM＋H＋</p><p><b>　　交換 交換 飽和<

21、;/b></p><p><b>　　樹脂 離子 樹脂</b></p><p>　　在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式</p><p>　　（[RM][H+]）/（[RH][M+]）=K</p><p>　　K是平衡常數(shù)。K大于1，表示反應(yīng)能順利地向右方進(jìn)行。K值越大，越有利于交換反應(yīng)，而不利于

22、逆反應(yīng)。K值的大小能定量地反映在離子交換劑對某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。</p><p>　　在重金屬廢水的離子交換法處理過程中，由于工業(yè)廢水種類繁多，水質(zhì)復(fù)雜，故應(yīng)考慮工業(yè)廢水水質(zhì)對離子交換的影響。</p><p>　?。ǘ┗驹O(shè)計(jì)參數(shù)與要求</p><p>　　1、廢水的水質(zhì)和水量</p><p>　　處理水量 550m3/d=23

23、m3/h SS(200mg/l) </p><p>　　處理前金屬離子濃度 :</p><p>　　mg/l Ni2+ 220 Cu2+ 80 Co2+ 20 Pb2+ 10 Zn2+ 20 Fe3+ 10 Cl－1500 SO42－1000 PH=2.5 </p><p><b>　　處理后金屬離子濃度</b></p><

24、p>　?。╩g/l） Ni2+ 1.0 Cu2+ 1.0 Co2+ 1.0 Pb2+ 1.0 Zn2+ 1.0 PH=6.5～8.5</p><p>　　廢水中各種重金屬的回收率</p><p>　　Ni的回收率=（220-1）/220=99.5℅</p><p>　　Cu的回收率=（80-1）/80=98.8℅</p><p><

25、;b>　　工藝流程方案</b></p><p>　　（一）系統(tǒng)工藝流程 </p><p>　　離子交換系統(tǒng)的帶控制點(diǎn)工藝流程圖。</p><p>　　工藝流程介紹如圖所示 重金屬廢水通過管道進(jìn)入集水調(diào)節(jié)池，投加一定的NaOH溶液以調(diào)節(jié)PH到中性并進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，出水經(jīng)水泵進(jìn)入連續(xù)過濾池以去除水中固體懸浮物，過濾后，經(jīng)提升泵導(dǎo)入離子交換柱內(nèi)，在離子交換

26、柱內(nèi)，重金屬離子與弱酸性Na離子樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)，重金屬即被固定到離子交換樹脂上，直到離子交換樹脂達(dá)到飽和為止。此時(shí)排出的一部分水用于淋洗再生后的樹脂，其他水外排。接著進(jìn)行樹脂的反洗，再生。樹脂再生后的洗脫液濃集了大量有毒而又有用的重金屬離子，將再生洗脫液導(dǎo)入廢酸收集槽內(nèi)，接著進(jìn)行樹脂的轉(zhuǎn)型，將轉(zhuǎn)型后的廢堿液導(dǎo)入廢堿收集槽內(nèi)，再用水泵將廢酸和廢堿同時(shí)導(dǎo)入中和池內(nèi)，最后重金屬經(jīng)回收處理。</p><p>　?。?/p>

27、三）設(shè)計(jì)方案與計(jì)算 </p><p>　　1、集水調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　因?yàn)楣に嚵鞒滩捎玫氖侨跛嵝躁栯x子樹脂，其交換基團(tuán)的離解與PH值關(guān)系很大。如羧酸型（—COOH）陽樹脂，只有在PH大于4時(shí)才顯示其交換性，且PH值越大，交換能力越強(qiáng)（當(dāng)PH=5時(shí)，交換容量為0.5mg 當(dāng)量/g樹脂，而PH=8～9時(shí)，其交換容量可達(dá)9mg 當(dāng)量/g樹脂）所以首先要進(jìn)行PH調(diào)節(jié)，才能發(fā)揮其離

28、子交換作用。</p><p>　　針對廢水PH=2.5，且含有多種重金屬離子，故采用投藥中和法進(jìn)行PH調(diào)節(jié)。考慮到所處理的水量小，且不產(chǎn)生大量沉渣，故將中和劑（NaOH）投加在集水調(diào)節(jié)池中。即可不設(shè)混合反應(yīng)池，但須滿足混合反應(yīng)時(shí)間。</p><p><b>　　中和反應(yīng)式：</b></p><p>　　H+ +

29、 OHˉ → H2O</p><p><b>　　17</b></p><p>　　1025×23×1000×4 X</p><p>　　X=4848.4g 即NaOH的用量=(4848.4×40)/17=11408g</p><p&

30、gt;　　故每個(gè)小時(shí)的NzOH的用量為11408/4=2852g/h</p><p>　　在均化池內(nèi)通常要進(jìn)行混合，其目的是要保證調(diào)節(jié)作用，通過混合與曝氣，防止可沉降的固體物質(zhì)在池中沉降下來和出現(xiàn)厭氧情況。還有預(yù)曝氣的作用。廢水中的還原性物質(zhì)可以被氧化，吹脫去除可揮發(fā)性物質(zhì)。</p><p><b>　　計(jì)算公式</b></p><p><

31、;b>　　WT= </b></p><p>　　Qi—在T時(shí)段內(nèi)廢水的平均流量 m3/h</p><p><b>　　Ti—時(shí)段 h</b></p><p>　　取Ti==4h Wt=23×4=92m3</p><p>　　調(diào)節(jié)池尺寸有效水深取2m 池面積為46m2</p>&l

32、t;p>　　池寬取4m 池長為12m　　</p><p>　　2、過濾池設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　過濾是通過具有孔隙的粒狀濾料層截留水中懸浮物和膠體而使水獲得澄清的工藝過程。濾池的形式有多種多樣，因雙層濾料池屬于反粒度過濾，截留雜質(zhì)能力強(qiáng)，雜質(zhì)穿透深，產(chǎn)水能力大，適于在給水和廢水過濾處理中使用，故采用雙層濾料濾池。濾速采用8m/s，濾料采用了無煙煤和石英沙。</p>

33、<p><b>　　過濾池計(jì)算公式</b></p><p>　　濾池面積公式 F=Q/VT</p><p>　　F=濾池總面積 m2</p><p>　　Q=設(shè)計(jì)日廢水量 m3/d</p><p><b>　　V=濾速 m/h</b></p><p>　　T=濾

34、池的實(shí)際工作時(shí)間 T=T0-t1-t2</p><p>　　T0=濾池工作周期時(shí)間 h</p><p>　　T1=濾池運(yùn)行后的停留時(shí)間 h</p><p>　　T2=濾池反沖洗時(shí)間 h</p><p>　　設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) Q=1.05×550m3/d=577.5m3/d 其中考慮了水廠自用水量（包括反沖洗用水）</p>&l

35、t;p>　　V取流速8m/h 沖洗強(qiáng)度q=12～16L/(s·m2) 沖洗時(shí)間6min</p><p>　　濾池面積及尺寸 濾池的工作時(shí)間為24h，每次沖洗6min，停留時(shí)間40min,</p><p><b>　　濾池實(shí)際工作時(shí)間為</b></p><p>　　T=T0-t1-t2=24－40/60－6/60=23.23h&l

36、t;/p><p>　　F=Q/V=577.5/8=72.2m2</p><p>　　采用濾池三個(gè) 每個(gè)濾池面積為</p><p>　　f=F/N=72.2/3=24.1m2</p><p>　　設(shè)計(jì)濾池長寬比L/B=1 則濾池尺寸L=B==4.91m</p><p>　　較核強(qiáng)制濾速 v=NV/（N－1）=12m/h<

37、;/p><p>　　濾池總高 承托層H1采用0.45m，濾料層高度無煙煤層為400m，石英砂層為250mm，總高H2=650mm，濾料上水深H3為1.2m，超高H4為0.3m，濾板H5為0.12m。則濾池總高度為</p><p>　　H= H1+ H2+ H3+ H4=2.72m</p><p><b>　　濾池反沖洗水頭損失</b></p&

38、gt;<p>　?、殴苁酱笞枇ε渌邓^損失</p><p>　　h2=(q/(10aμ))2·(1/2g)</p><p>　　設(shè)計(jì)支管直徑d=70mm,b(壁厚)=5mm,孔眼d=9mm,孔口流量系數(shù)μ=0.68，配水系統(tǒng)開a=0.25%,q=14L/(s·m2),得h2=3.5m</p><p>　?、平?jīng)支承層水頭損失計(jì)算&l

39、t;/p><p>　　h3=0.022H1q=0.022×0.45×14=0.14(m)</p><p>　?、菫V料層水頭損失及富余水頭為</p><p><b>　　h4=2m</b></p><p>　?、确礇_洗水泵揚(yáng)程Ｈ＝濾池高度＋清水池深度＋管道、濾層水頭損失</p><p&g

40、t;　　H=2.72＋3＋(3.5＋0.14＋2)=11.36m</p><p>　　根據(jù)沖洗流量和揚(yáng)程選擇反沖洗水泵</p><p>　　各類過濾池的濾料必須定期進(jìn)行反沖洗，這主要是因?yàn)樵谶^濾過程中，原水中的懸浮物被濾料表面吸附并不斷地在濾料層中積累，由于濾層孔隙逐漸被污物堵塞，過濾水頭損失不斷增加，當(dāng)達(dá)到某一限度時(shí)，濾料需要進(jìn)行清洗，使濾池恢復(fù)工作性能，繼續(xù)工作。</p>

41、<p>　　3、離子交換柱設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動(dòng)的離子與被處理的溶液中的離子通過離子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的，推動(dòng)離子交換的動(dòng)力是離子間的濃度差和交換劑上的動(dòng)能基對離子的親合能力，這就是離子交換的基本原理。</p><p>　　針對Ni2+,Cu2+,Co2+,Fe3+等離子。采用弱酸氫離子交換樹脂。這種樹脂對氫離子選擇能力特別強(qiáng)，對多價(jià)離子

42、的選擇能力也憂于低價(jià)離子。弱酸性陽離子交換樹脂指含有羧酸基（—COOH），磷酸基（—PO3H2）等的離子交換樹脂，其中以含有羧酸基的弱酸性樹脂用途最廣，含羧酸基的陽離子交換樹脂在水中的解離程度較弱，在10-5～10-7之間，所以顯弱酸性，其解離如下：</p><p>　　R－COOH←→R－COO－+H＋</p><p>　　它僅能在接近中性和堿性介質(zhì)中才能解離而顯示離子交換能力，含羧酸基

43、的弱酸性離子樹脂是用甲基丙烯酸或丙烯酸與二乙烯苯進(jìn)行懸浮共聚而后水解的方法制得，過去，聚丙烯酸系弱酸性樹脂以對鏈霉素的特殊選擇交換吸附性能而主要用于鏈霉素的分離提煉。近年來，根據(jù)它的高達(dá)9mg 當(dāng)量/g左右的交換容量，容易再生，以及對二價(jià)金屬離子具有較好的選擇性的特點(diǎn)，已廣泛用于水處理及工業(yè)廢水處理等方面。</p><p>　　再生階段的液流方向和交換時(shí)水流方向相同稱為順流再生，反之稱為逆流再生。順流再生的優(yōu)點(diǎn)是

44、：設(shè)備簡單，操作簡單，工作可靠。故在本設(shè)計(jì)中采用順流再生固定床工藝。</p><p>　　3.1、采用弱酸雙陽柱全飽和流程</p><p>　　離子交換柱應(yīng)去除的金屬離子的物質(zhì)的量，考慮到出水中金屬離子的含量比較少（Cp≈0）</p><p>　　Ni2+（220mg/L）物質(zhì)的量濃度為C（1/2Ni2+）=7.48mmol/L</p><p&g

45、t;　　Cu2+ (80mg/L)物質(zhì)的量濃度為C（1/2Cu2+）=2.52mmol/L</p><p>　　Co2+ (20mg/L)物質(zhì)的量濃度為C（1/2Co2+）=0.59mmol/L</p><p>　　Fe3+ (10mg/L) 物質(zhì)的量濃度為C（1/3Fe3+）=0.19mmol/L</p><p>　　Pb2+（10mg/L）物質(zhì)的量濃度為C（1/

46、2Pb2+）=.1.035mmol/L</p><p>　　Zn2+ (20mg/L) 物質(zhì)的量濃度為C（1/2Zn2+）=.0.62mmol/L</p><p>　　合計(jì) 12.435mmol/L</p><p>　　計(jì)算交換柱處理負(fù)荷 G=Q（C－Cp）</p><p>　　G—處理負(fù)荷 mol/h</p><p>

47、;　　Q—處理水量 m3/h</p><p>　　C—進(jìn)水濃度　mol/m3</p><p>　　Cp—出水濃度　mol/m3</p><p>　　每日應(yīng)去除金屬離子負(fù)荷為</p><p>　　G=Q（C－Cp）=550m3/d×(12.435－0)mmol/L=6836.5mol/d</p><p>　　3

48、.2、計(jì)算Na型陽離子交換樹脂交換塔所需樹脂的體積，該弱酸陽樹脂工作交換容量E0=1500mol/m3,決定樹脂再生周期T=2d,所需樹脂的體積</p><p>　　計(jì)算所需樹脂的總體積　▽</p><p><b>　?。剑牵裕牛?lt;/b></p><p><b>　?。綐渲傮w積　m3</b></p>&l

49、t;p>　　T＝樹脂再生周期　h</p><p>　　EO＝工作交換容量　mol/m3</p><p>　　＝ＧＴ／Ｅ0=(6836.5mol/d×2d)/1500mol/m3=9.115m3 </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)離子交換柱的直徑</p><p><b>　　D＝</b></p>

50、<p>　　D—離子交換柱直徑m</p><p>　　V—處理液在柱內(nèi)流速m/h</p><p><b>　　D＝==1.71m</b></p><p>　　（2）計(jì)算離子交換柱高度</p><p><b>　　h=4/(D2π)</b></p><p><

51、b>　　h—樹脂層高度　m</b></p><p>　?。取x子交換柱高度　m 　　</p><p>　　α—樹脂清洗時(shí)膨脹率　可按４０％－５０％考慮</p><p>　?。龋絟(1+α) 計(jì)算交換塔尺寸 設(shè)交換塔直徑D=1700mm(1.7m) 則樹脂層厚度為</p><p>　　h=4/(D2π)=(9.115m3

52、15;4)/(π×1.7)=3.9m</p><p>　　a— 考慮反沖洗時(shí)樹脂的膨脹率α=50℅ 所以交換塔高</p><p>　?。龋絟(1+α)=3.9×（1+50℅）=5.9m</p><p>　　采用2柱串聯(lián)，則每柱的樹脂深度為5.9/2=2.95m</p><p>　?。?）離子交換再生液的計(jì)算</p&g

53、t;<p>　　再生劑的用量?。停絨0E0▽</p><p>　　M—再生劑的用量　g</p><p>　　Q0—再生劑耗量　g/mol</p><p>　　—飽和樹脂的體積　m3</p><p>　　再生液的體積　　 ▽</p><p><b>　　I=M／Ci</b></p

54、><p>　　I—在一定濃度下的再生液的體積　L</p><p>　　Ci—再生液中所含再生劑的濃度　g/l</p><p>　　整個(gè)處理過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)（Na型陽離子交換柱）</p><p>　　去除 2R－COONa＋M2+←→（R－COO）2M＋2Na+</p><p>　　式中 M2=Ni2+,Cu2+,Zn2+

55、,Pb2+,Co2+等</p><p>　　再生 （R－COO）2M＋2HCl←→2R－COOH＋MCl2</p><p>　　轉(zhuǎn)型 R－COOH＋NaOH←→R－COONa＋H2O</p><p>　　3.3、計(jì)算交換塔陽樹脂再生時(shí)的耗酸量，查表得HCL的再生劑耗量為 q0=50g/mol</p><p>　　再生一次所需的酸量（M）為：&

56、lt;/p><p>　?。停絨0E0=50g/mol×1500mol/m3×9.115m3=683625g</p><p>　　如配成5％濃度的鹽酸，查表得每升含鹽酸質(zhì)量51.2g，即濃度Chcl=51.2g/L.故所需5％的鹽酸再生液體積：</p><p>　　▽HCL=M/CHCL=683625g/(51.2g/l)=13352L</p&g

57、t;<p><b>　　再生周期為12h。</b></p><p>　　3.4、計(jì)算轉(zhuǎn)型液用量</p><p>　　轉(zhuǎn)型液用量為樹脂體積的1.5倍即9.115×1.5=13.673m3</p><p>　　取轉(zhuǎn)型液（NaOH）濃度（4℅）轉(zhuǎn)型 即為1mol/L(NaOH的密度約等于水的密度)</p><

58、;p><b>　　轉(zhuǎn)型周期為12h</b></p><p>　　3.5、新樹脂的預(yù)處理</p><p>　　弱酸陽樹脂再生淋洗宜用低純水，水量約為樹脂體積的6倍，淋洗流速先用再（0.4m/h）,后逐步增大到交換流速（10m/h）.、</p><p>　　預(yù)處理用水量=9.115×6=54.69m3</p><

59、p>　　轉(zhuǎn)型淋洗要用低純水，大量約為樹脂體積的6倍，淋洗到出水PH=8—9，淋洗開始用再生流速，然后用交換濾速淋洗。</p><p>　　淋洗用水量=9.115×6=54.69m3</p><p>　　3.6、離子交換柱尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　離子交換柱簡圖如右圖所示再生液入口管離子交換柱管徑的確定 根據(jù)公式</p><p&

60、gt;　　d=18.8（Q/v）1/2</p><p><b>　　d—管內(nèi)徑（mm）</b></p><p>　　Q—介質(zhì)容積流量（m3/h）</p><p>　　v—介質(zhì)平均流速（m/s）</p><p>　　因廢水中含有重金屬離子和氯離子，硫酸根離子</p><p>　　查表得 鹽水的濾速通

61、常為1.0～2.0m/s</p><p>　　取v1=1.0m/s 則進(jìn)出水管直徑 視鏡濾速表見標(biāo)注2 </p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 排氣口管直徑比進(jìn)水管小1～2號即排氣管的直徑為90mm.</p><p>　　因再生需要12個(gè)小時(shí)，且在12個(gè)小時(shí)的總流量為17m3+54.69m3=71.69m3考慮到多用的水量取V總=75m3</p><p&

62、gt;　　d=18.8（Q/v）1/2 查表得鹽酸的常用流速v2=1.5 m/s</p><p>　　Q總=75/12=6.25m3/h</p><p>　　d2=18.8(6.25/1.5)1/2=39mm 取40mm</p><p>　　轉(zhuǎn)型所需時(shí)間為12小時(shí)，且在12個(gè)小時(shí)的總流量為</p><p>　　13.673m3+54.69m3

63、=68.363m3考慮到多用的水量取V總=70m3</p><p>　　d=18.8（Q/v）1/2 查表得NaOH的常用流速v3 =2.0m/s</p><p>　　Q總=70/12=5.8m3/h</p><p>　　d3=18.8(5.8/2)1/.2=27mm 取30mm</p><p>　　3.7、 離子交換柱殼體壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算<

64、;/p><p>　　殼體的空間高度除交換樹脂層，壓脂層占有的高度，還應(yīng)能滿足樹脂層所必需的反洗膨脹高度，此高度一般應(yīng)為樹脂層于壓脂層高度的50-60℅。</p><p>　　殼體材料應(yīng)滿足交換柱強(qiáng)度及耐柱內(nèi)工作液腐蝕的要求。在本設(shè)計(jì)中，采用碳素鋼及低合金鋼。</p><p>　　殼體的附件有，上進(jìn)水管，下出水管，排氣管，視鏡等，視鏡的位置應(yīng)能觀察樹脂下部動(dòng)態(tài)及顏色變化，

65、樹脂層面是否波動(dòng)和樹脂層反洗膨脹后的層面等，故視鏡該采用2個(gè)。</p><p>　　視鏡通常為耐腐蝕的材料作成，常用有機(jī)玻璃制成。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用凸緣構(gòu)成的視鏡，它結(jié)構(gòu)簡單，不易粘料，有比較寬闊的視察范圍。標(biāo)準(zhǔn)視鏡的公稱直徑有50～100mm五種，考慮到筒體直徑為1700mm,故視鏡直徑為100mm較為合適，分別設(shè)置在交換柱上布水系統(tǒng)下部和支承層上部。</p&g

66、t;<p>　　因容器處于常溫常壓下，采用公式δmin=2Di/1000mm</p><p>　　δmin=(2×1700)/1000=3.4mm 考慮到鋼板被腐蝕應(yīng)加上1mm的厚度附加量，</p><p>　　即殼體厚度為4.4mm</p><p>　　3.8、離子交換柱封頭設(shè)計(jì) </p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形

67、封頭,封頭用碳素鋼材料制成</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚計(jì)算公式</p><p>　　δ=PDi/(2[σ]tφ-0.5P)+C1+C2</p><p>　　已知 P=1MPa Di=1700mm [σ]t=180MPa φ=1(整體沖壓) Ci=0.6mm(鋼板負(fù)偏差)</p><p>　　C2=1mm（單向腐蝕）</p&g

68、t;<p>　　δ=（1×1700）/（2×180×1－0.5×1）+1=5mm</p><p>　　當(dāng)碳素鋼封頭厚度在4～8mm,封頭直邊h高度取25mm</p><p>　　3.9、離子交換柱的支座設(shè)計(jì) 采用支承式支座</p><p>　　用鋼板組焊接的支承式支座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，通過查表得</p>

69、<p>　　Di=1700mm時(shí)，支座的主體負(fù)荷為2.36T</p><p>　　支座的支承面積為345cm2</p><p>　　支承面上的單位壓力為5.6×10-1MPa</p><p>　　支座尺寸L=290mm H=350mm a=170mm b=215mm c=250mm e=90mm s=16mm</p><p&g

70、t;　　地腳螺栓尺寸孔徑d=30mm 直徑M24</p><p>　　每個(gè)支座質(zhì)量23.4kg 采用三個(gè)支座</p><p>　　3.10、離子交換柱的開孔及補(bǔ)強(qiáng)，凸緣設(shè)計(jì)。</p><p>　　當(dāng)筒體內(nèi)徑Di﹥1500mm時(shí)，開孔最大直徑d≦Di/3 且d≦1000mm</p><p>　　接入再生液進(jìn)口管時(shí)，S封=4mm d排=40mm

71、查表得開孔規(guī)格</p><p>　　外徑D=160mm 內(nèi)徑d=80mm </p><p>　　轉(zhuǎn)型液進(jìn)口管和淋洗水進(jìn)口管管徑均為40mm S封=6mm 查表得開孔規(guī)格</p><p>　　外徑D=160mm 內(nèi)徑d=80mm</p><p>　　接入排氣管時(shí) S封=6mm d排=90mm 查表得開孔規(guī)格</p><p&g

72、t;　　外徑D=180mm 內(nèi)徑d=93mm</p><p>　　接入進(jìn)水管時(shí) S封=6mm d進(jìn)=100mm 查表得開孔規(guī)格</p><p>　　外徑D=200mm 內(nèi)徑d=112mm</p><p>　　以上開孔后均采用凸緣代替接管，凸緣本身具有加強(qiáng)開孔的作用，不需要另行補(bǔ)強(qiáng)缺點(diǎn)是螺栓斷在螺栓孔中后，取出較困難。凸緣與管道法蘭配用，因此其連接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管

73、法蘭確定。</p><p>　　3.11、離子交換柱法蘭聯(lián)接設(shè)計(jì)</p><p>　　法蘭聯(lián)接是由一對法蘭，若干螺栓螺母和一個(gè)墊片組成法蘭技術(shù)發(fā)展至今，已有一套法蘭標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。</p><p>　　對于離子交換柱筒體其公稱直徑Di=1700mm </p><p>　　采用甲型平焊法蘭，平面型密封面，法蘭的各部分尺寸查表得知：</p>

74、<p>　　法蘭的標(biāo)準(zhǔn)號為JB1158—82</p><p>　　法蘭尺寸 D=1930㎜，D1=1890㎜，D2=1855㎜，D3=1841㎜，D4=1838㎜，</p><p>　　δ=56㎜，d=23㎜，</p><p>　　螺栓規(guī)格：M20 數(shù)量52，墊片材料選用石棉橡膠板，螺栓材料選用Q235-A，</p><p>　

75、　螺母材料選用Q215-A。</p><p>　　法蘭尺寸示意圖規(guī)格如右圖：</p><p>　　對于離子交換柱的管道法蘭，如下表：</p><p>　　PN0.6MPa凸面板式平焊鋼制管法蘭（GB9119.6 －88）㎜</p><p>　　再生液進(jìn)水管，淋洗水進(jìn)水管，轉(zhuǎn)型液進(jìn)水管的管徑均為40㎜，排氣管管徑為90㎜，進(jìn)水管管徑為100㎜，

76、所以采取以上兩種法蘭。</p><p>　　管法蘭尺寸示意圖規(guī)格如下：</p><p>　　3.12、離子交換柱的人孔設(shè)計(jì)</p><p>　　因本離子交換柱直徑為1700㎜，所以應(yīng)開設(shè)人孔，人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種，圓形人孔的直徑一般為450－600㎜，本設(shè)計(jì)中取D=500㎜。</p><p>　　人孔主要由簡節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成，

77、本設(shè)計(jì)中采用回轉(zhuǎn)蓋人孔。</p><p>　　人孔的規(guī)格為：人孔AⅣPN1.0DN500 JB580－79，</p><p>　　人孔補(bǔ)強(qiáng)，本設(shè)計(jì)選用的人孔簡節(jié)內(nèi)徑d=500㎜，厚δn=4㎜，</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸確定如下：內(nèi)徑D1=534㎜，外徑D2=840㎜，</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)圈厚度按下式估算：δ補(bǔ)=d×δe/

78、（D2- D1）=500×（4-0.5）/（840-534）=5.7㎜，</p><p>　　考慮離子交換柱體與人孔簡節(jié)都有一定的壁厚裕量，故補(bǔ)強(qiáng)圈取5㎜。</p><p><b>　　人孔簡圖如下:</b></p><p>　　3.13、離子交換柱支承裝置及填料壓板</p><p>　　填料支承結(jié)構(gòu)不但要有足

79、夠的剛度和強(qiáng)度，而且必須要有足夠的自由截面，使在支承處不致首先發(fā)生液泛。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用的支承結(jié)構(gòu)是柵板，因離子交換柱的直徑是1700㎜，故采用分塊式柵板。當(dāng)塔徑為1700㎜時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸得：</p><p><b>　　柵板分塊數(shù)：5</b></p><p><b>　　填料環(huán)直徑50㎜</b>

80、;</p><p><b>　　D=1710㎜</b></p><p><b>　　h×s=60×10</b></p><p><b>　　t=50</b></p><p>　　柵板1：I1=394㎜，柵條數(shù)8，連接板長度394㎜，</p>&

81、lt;p>　　柵板2：I=394㎜，柵條數(shù)7，連接板長度347㎜，</p><p><b>　　支持圈數(shù)量8</b></p><p>　　支持圈：b=60㎜，δ（碳鋼）=10</p><p>　　3.14、上下布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　上下布水系統(tǒng)的作用主要是保證布水均勻，并防止樹脂逸出。</p&

82、gt;<p>　　在本設(shè)計(jì)中，上下布水系統(tǒng)均采用多孔板排水帽式（如下圖），其優(yōu)點(diǎn)是易損壞，其尺寸規(guī)格如下：水帽隙縫長50mm，隙縫寬0.3～0.4mm,材料為聚苯乙烯或尼龍1010（耐熱，機(jī)械強(qiáng)度高）水帽尺寸如下圖</p><p><b>　　離子交換高程圖：</b></p><p>　　3.16設(shè)備及構(gòu)筑物設(shè)置</p><p>

83、　　調(diào)節(jié)池 過濾池 清水池 泵 離子交換柱 鹽池</p><p><b>　?。ㄋ模┲饕O(shè)備</b></p><p><b>　?。ㄎ澹┰O(shè)計(jì)圖紙</b></p><p><b>　　三、工程估算</b></p>

84、<p>　　需要挖掘約220m3</p><p>　　需要混凝土8000m3</p><p>　　投資估算為200萬元，其中設(shè)備購置費(fèi)80萬元，安裝工程費(fèi)10萬元，建筑工程費(fèi)90萬元，設(shè)備調(diào)試等其它費(fèi)用20萬元。</p><p>　　人員配備14人，其中技術(shù)員4人，控制室人員2人，一般工作人員3人，維修工2人，工勤人員3人。</p><

85、;p><b>　　四、小結(jié)</b></p><p>　　初步接觸課程設(shè)計(jì)，本以為很簡單，但是，真到做時(shí)才發(fā)現(xiàn)有很大難度，在這兩周之內(nèi)，我們按照老師的要求，首先是尋求各種途徑查資料，對自己所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行全面的了解，包括要計(jì)算的內(nèi)容也要十分清楚，然后就是畫圖，需要畫出來的有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，還有一些設(shè)備圖，這份設(shè)計(jì)報(bào)告主要就是畫了工藝流程圖，還有就是工程量的估算，另外還有流量，管徑

86、等的計(jì)算，當(dāng)然了，因?yàn)槭亲龅牡谝环菰O(shè)計(jì)報(bào)告，有很多不足之處，有待改進(jìn)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多知識，了解了水污染控制技術(shù)課程的規(guī)范、內(nèi)容和要求，以及環(huán)境工程設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)；了解了工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算；掌握AutoCAD 的應(yīng)用及工藝設(shè)計(jì)圖紙的繪制；了解了設(shè)計(jì)說明書等資料的內(nèi)容、格式與編寫，以及

87、工程量的計(jì)算。</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的工作作風(fēng)，踏實(shí)苦干、勇于創(chuàng)新的敬業(yè)精神。</p><p>　　最要感謝的是老師，感謝您安排了這次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)了那么多知識，為以后的工作打下了基礎(chǔ)，也獲得了一次鍛煉的機(jī)會(huì)，謝謝您，老師！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

88、<p>　　[1] 崔志澂、何為慶編著.工業(yè)廢水處理（第二版）.冶金工業(yè)出版社.1999</p><p>　　[2] 高廷耀、顧國維主編.水污染控制工程（第二版）.高等教育出版社.2000</p><p>　　[3] 機(jī)械工業(yè)部第二設(shè)計(jì)院編.電鍍廢水治理設(shè)計(jì)手冊.浙江科學(xué)技術(shù)出版社.1985</p><p>　　[4] 唐受印、汪大翚等編.廢水處理工程.

89、化學(xué)工業(yè)出版社.1998.</p><p>　　[5] 佟玉衡編.實(shí)用廢水處理技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.1998</p><p>　　[6] 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院主編.給水排水設(shè)計(jì)手冊第六冊（工業(yè)排水）.中國建筑工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[7] 北京水環(huán)境技術(shù)與設(shè)備研究中心、北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院、國家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心.三廢處理工