浅谈排气冷却器冷却水的软化水处理技术

再生液浓度对树脂的再生程度影响较大，当再生剂用量一定时，在一定范围内，可以认为再生液浓度越大，再生程度越高。但浓度超过一定范围时，再生程度反而下降。这是因为再生液浓度过高时，因其体积过小与树脂再生反应不均，并且还会引起树脂活性基团过分遭受压迫，从而影响再生效果。

排气冷却 软水制备 交换器

【中图分类号】U664.81+4文献标识码：B文章编号：1673-8005（2013）02-0020-02

排气冷却系统由排气冷却器和排气冷却水系统组成。向排气冷却器提供符合要求的软化水，满足冷却器对水质、水量的要求，是保证冷却器长期、安全、正常运行的前提，也是保证航空发动机实验正常进行的前提。

由于排气冷却器是处在高温燃气下工作的换热装置，根据实验特点，为防止结垢，延长其使用寿命，在冷却器的运行期间，对水质有严格的要求，需进行软化处理，其硬度必需小于0.04me/L。

1软水制备

1.1流程

来自高位水池的澄清水，由进水总管进入软水站，经减压阀减压后，进入五台并联的双流机械过滤器，在这里去除悬浮杂质，然后进入五台并联的“负压、逆流再生的双流机械过滤器”，在此水被软化，去除硬度（钙离子、镁离子），最后进入各用水点。

1.2软化水制备装置及软化原理

在软化水制备过程中，最主要的及关键的设备是“负压逆流再生钠离子交换器”（简称钠离子交换器），它的内部构造是由进水及中间排液装置、树脂层、压脂层、石英砂垫层和下排水装置等组成。这种交换器的特点是：软化时，原水从交换器上部进入，下部流出；再生时，再生液由下部进入，上部流出。交换器的运行按反洗、还原、正洗和软化四个步骤周期性地进行。此四个步骤所经历的时间为交换器的运行周期，其中反洗、还原、正洗统称“再生”。

钠离子交换器的作用是用来软化水，应用的是离子交换的原理，它是借助于离子交换剂（树脂）中的可交换离子（钠离子Na+）与水中要去除的离子（钙离子Ca2+、镁离子Mg2+）间的离子交换来达到处理水的目的。离子交换树脂是由空间网状结构的骨架（母体）与附着在骨架上的许多活性基团组成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水发生电离，能电离出可在一定范围内自由移动并与周围溶液中的其它同性离子进行交换反映的可交换离子。因此，在与水进行交换反应的过程中，水中的Ca2+、Mg2+被离子交换树脂中的Na+所代替，使易结垢的钙、镁化合物，转变成不易形成水垢的钠化合物，使水得到软化。

1.3水的软化

在制水的过程中，树脂层离子交换过程可为两个阶段。

树脂刚开始交换一段不长时间内，树脂饱和程度曲线形状不断变化，随即形成一定形式的曲线，称交换带的形成阶段

当原水由上部进入钠离子交换器时，水中的Ca2+、Mg2+首先遇到表层的树脂并与这部分树脂中的Na+进行交换反应，此时水中的一部分Ca2+、Mg2+转入树脂中，树脂中的一部分Na+转入水中。随着原水的不断通入，顶部钠型树脂总是与含Ca2+、Mg2+的原水接触，很快变成了钙型和镁型树脂，离子交换达到饱和，失去交换能力。这时树脂层形成了三个层次：上层为失效层，这里树脂由钠型全部变成钙型和镁型，为100%饱和；中部为工作层，为交换区，这里是钠型渐变为钙型和镁型的过渡区，为部分饱和；下部为尚未参加交换的树脂层，树脂仍为钠型，饱和程度为零，称保护层，起着保护出水水质的作用。此时把整个树脂层各点饱和程度连成曲线，即得饱和程度曲线，也就是交换带。是已定型的交换带沿水流方向以一定速度向下移动的过程，此时每股进水的钙、镁离子在瞬间与某一定厚度的交换带进行交换反应

因此，所谓交换带，是指在那一瞬间正在进行交换反应的软化工作层，这个软化层并不是在一段时间内固定不动的，而是随着时间的推移向下移动，直到交换带的下端达到树脂层的底部。

在交换器的实际运行中，根据用水的水质要求，我们将交换器的软化终点控制在水硬度小于0.04me/L的范围内，通过对交换器进出水阀门的控制来调整软化时水的流量，以达到对出水流速的控制，通过定时对出水硬度指标的检验，来确定软化终点。

2钠离子交换器的再生

2.1原理与过程

再生就是使离子交换剂恢复交换能力，再生过程是软化过程的逆过程，它是借助于具有较高浓度的再生液，以一定的速度通过树脂层，使软化过程中吸附的钙、镁离子从树脂上置换出来，恢复树脂的交换能力，该再生液浓度为5%―8%的氯化钠溶液，再生液由交换器的下部进入，由上部排出。这一过程为离子交换器的再生或还原，这种再生方式为逆流再生。

离子交换树脂之所以可以进入软化和再生，是由于离子交换反应同化学反应一样，服从当量定律并且是可逆反应。在软化过程中，钙、镁离子可以取代阳离子树脂上的钠离子，原因在于在常温和低浓度下，强酸性阳离子树脂对水中常见离子有一个选择性顺序（Ca2+>Mg2+>Na+），即位于顺序前面的阳离子，可以从树脂上取代位于顺序后列的阳离子。但是选择性顺序是指常温且水中离子浓度低的情况，而高浓度时，顺序的前后变成了次要问题，而浓度的大小则成为离子交换反应的决定因素，离子交换树脂的再生即属于这一情况。水中由于离子浓度的加大，使之大量扩散、迁移到树脂交换联网孔里去，从而将树脂上原来吸附的离子置换出来。

钠离子交换器的再生操作步骤按小反洗、逆流再生、逆向清洗、正洗几个部分进行。

2.2再生程序与其有关因素

再生是交换制水过程中最重要的环节，再生程度主要与再生剂的单位耗量、再生液浓度、再生速度及人为因素有关。

对于再生剂的耗量，根据离子交换具有可逆性且进行等当量交换，从理论上讲，消耗的再生剂的克当量数与失效的交换剂上所吸附的离子的克当量数相等，就可以获得完全再生。要使交换剂的再生较彻底，就要增加再生剂耗量，但交换剂的交换容量并不与再生剂加大成直线关系。因此，不能无限增加再生剂耗量，而要在满足一定的工作交换容量的条件下，使再生剂耗量最省。

再生液浓度对树脂的再生程度影响较大，当再生剂用量一定时，在一定范围内，可以认为再生液浓度越大，再生程度越高。但浓度超过一定范围时，再生程度反而下降。这是因为再生液浓度过高时，因其体积过小与树脂再生反应不均，并且还会引起树脂活性基团过分遭受压迫，从而影响再生效果。

再生需要维持适当的流速和时间，流速太大或过慢，都会影响再生效果，一般再生流速控制在4m/h为好。

2.3结论

软化水制备系统投入使用以来，经现有时间的运行调试，各项技术指标均达到设计要求，运行状况良好，水的软化效果较好。但它的反洗时间相对过长，这一点对于一个如果是连续制水的生产车间，则势必降低交换器的利用率。出现这种现象，是树脂层高度的增加造成的，因为在安装过程中，压脂层有用的惰性材料是用树脂代替的，而在再生与反洗过程中，溶液是通过整个树脂层的，那么反洗要达到要求的控制终点，相应的反洗时间则必然要延长。