專利名稱：一種陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)—SO₄^2-的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)一 SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定裝置及方法。
背景技術(shù)：
電廠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，用于汽輪機(jī)(透平機(jī))作功后，經(jīng)冷卻水在冷凝器(凝汽器) 冷凝成的水為凝結(jié)水。凝結(jié)水一般與補(bǔ)給水混合作為鍋爐的給水而得以回收利用。由于凝汽器泄漏以及汽水系統(tǒng)設(shè)備和管道某些金屬腐蝕產(chǎn)物的帶入，凝結(jié)水中金屬氧化物顆粒和各種其他離子濃度往往不能達(dá)到鍋爐給水的要求，而需在與補(bǔ)給水混合前進(jìn)行精處理。目前凝結(jié)水精處理裝置主要有兩種(1)前置過濾器+高速混床+后置過濾器； (2)高速混床+后置過濾器。在凝結(jié)水精處理中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)由新樹脂組成的高速混床，出水電導(dǎo)率很低，運行一段時間后，由于陰樹脂交換動力學(xué)性能下降，出水電導(dǎo)率上升，而樹脂其理化性能并無變化。故陰離子交換樹脂動力學(xué)試驗是凝結(jié)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(xué)性能的檢測研究，通過檢測陰樹脂的S042_的物質(zhì)傳遞系數(shù)實現(xiàn)了對陰樹脂的運行狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，并成功地將其研究成果應(yīng)用于凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂性能變化的監(jiān)督。在此基礎(chǔ)上，美國已制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn) [Standard Practice for Evaluating the Kinetic Behavior of Ion Exchange Resins, Designation: D 6302 - 98 (Reapproved 2009)]。美國標(biāo)準(zhǔn)方法的主要特點是整個測試裝置在測試時處于完全封閉狀態(tài)；同時測試液中的硫酸鈉和氨測定前分置于兩個溶藥箱， 測定時再通過比例計量泵和混合室進(jìn)行混合。該測試方法，由于測試時整個測試裝置處于完全封閉狀態(tài)，完全消除了空氣中CO2對電導(dǎo)率測定的影響，測定準(zhǔn)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(fā)明，參照美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)，自行設(shè)計并加工得到一高速混床中陰樹脂S042_的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定裝置，并成功將其用于凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂性能變化的動態(tài)監(jiān)督。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的技術(shù)問題而提供了一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定裝置及測定方法。本發(fā)明的技術(shù)原理
陰樹脂動力學(xué)性能一般用陰離子的傳質(zhì)系數(shù)來表征，電廠鍋爐凝結(jié)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(shù)的硫酸根離子所引起的陰樹脂動力學(xué)性能變化要遠(yuǎn)大于氯離子。通過檢測出水電導(dǎo)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(zhì)系數(shù)，最后根據(jù)陰樹脂的S042—傳質(zhì)系數(shù)大小來判斷其運行狀態(tài)。本發(fā)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
試柱后接一氫交換柱。當(dāng)測試液流經(jīng)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(tǒng)一置換為H+，0H_與H+反應(yīng)生成水， 使氫交換柱后的電導(dǎo)率儀的讀數(shù)變化能反映測試液出水中SO/—的濃度變化。當(dāng)測試柱混床中陰樹脂動力學(xué)性能發(fā)生變化時，測試液通過測試柱時陰樹脂交換SO42-的量也發(fā)生，因此氫交換柱后的電導(dǎo)率儀的讀數(shù)亦發(fā)生變化。根據(jù)氫交換柱后的電導(dǎo)率儀讀數(shù)的變化值，得到測試液出水中SO42-的濃度，再根據(jù)Harries模型((ASTM International. D 6302-98 (Reapproved 2009) [S], United States :2009))得出陰樹脂的SO/—傳質(zhì)系數(shù)。最后根據(jù)陰樹脂的SO/—傳質(zhì)系數(shù)大小來判斷其運行狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)測定所用的裝置，包括高壓泵、轉(zhuǎn)子流量計、氫交換柱和電導(dǎo)率儀A及電導(dǎo)率儀B，還包括沖洗液進(jìn)水箱、測試液進(jìn)水箱、恒溫水浴箱、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(xiàn)沖洗液測試液切換功能的裝置進(jìn)行替換； 所述的沖洗液進(jìn)水箱的出口及測試液進(jìn)水箱的出口通過管道會合后通過一個切換閥與高壓水泵的入口管道相連；
所述的恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)有不銹鋼管，不銹鋼管的一端與高壓水泵的出口相連，另一端依次通過轉(zhuǎn)子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導(dǎo)率儀A、氫交換柱及電導(dǎo)率儀B。一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)S042_的物質(zhì)傳遞系數(shù)測定所用裝置的工藝路線，即裝置沖洗液和測試液分別由不同的帶有蓋板的進(jìn)水箱通過高壓泵提供的動力經(jīng)切換閥、恒溫水浴箱中的不銹鋼盤管、轉(zhuǎn)子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導(dǎo)率儀A、氫交換柱和電導(dǎo)率儀B，最終流出。其中，水浴箱和測試柱夾套中水保持循環(huán)和恒溫，其作用是通過測試液盤管和測試柱調(diào)節(jié)測試液的溫度為25士0. 5°C，保證電導(dǎo)率儀顯示的測試液溫度恒為25士0. 5°C，使電導(dǎo)率儀讀數(shù)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余的銨離子和鈉離子全部轉(zhuǎn)化氫離子。一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)S042_的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定方法，包括如下步驟
(1)、混床陽樹脂的準(zhǔn)備
取150mL陽樹脂，使其浸沒于自來水中并立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝于玻璃再生柱中，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(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用5(T60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo) <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于150mL的玻璃柱；(2)、混床陰樹脂的準(zhǔn)備
取75mL觀 30目陰樹脂，使其浸沒于自來水中，并立即濾出；然后用4%HC1清洗水浸陽樹脂2遍，將鹽酸清洗后的陰樹脂裝于玻璃再生柱中，再用體積為酸洗后的陰樹脂體積的沈-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(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用50 60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo)<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于75mL的玻璃柱；
(3)、混床陰陽樹脂混合裝柱
將步驟(1)及(2)沖洗好的陰、陽樹脂倒入一洗凈的500mL大燒杯中，傾倒出上層多余水分，混合均勻，用去離子水清洗帶夾套的樹脂測試柱混床，清洗完后，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(chǎn)生氣泡和分層；
(4)、氫交換柱樹脂的準(zhǔn)備
將IL陽樹脂浸沒于自來水中并立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝于玻璃再生柱中，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(dāng)HCl再生液出水濃度與進(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用50-60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo) <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于IL的玻璃柱；
(5)、混床測試柱的沖洗
將去離子水通過超純水樹脂制得所用超純水；
待帶夾套的測試柱混床和氫交換柱分別裝入相應(yīng)的樹脂后，調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度在30°C 左右，保證電導(dǎo)率儀溫度為25士0. 5°C，打開高壓泵，以超純水作為沖洗液沖洗帶夾套的測試柱和氫交換柱，沖洗速度控制在廣1. 2L/min,使出水電導(dǎo)率<0. 07 μ s/cm,并至少穩(wěn)定 IOmin ；
如果穩(wěn)定時間短于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(jìn)行再生、混合和裝柱；
(6)、SO/—的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測試
將0. 0900g無水Na2SO4溶于IL超純水中制得所用Na2SO4溶液； 將27. 3g NH3溶于IL純水中制得所用氨水；
現(xiàn)場制備25L超純水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，制得測試液；
將測試液裝入測試液浸水箱中，并控制以lL/min的流速經(jīng)過切換閥、高壓泵、恒溫水浴箱內(nèi)的不銹鋼管、轉(zhuǎn)子流量計、帶夾套的樹脂測試柱、電導(dǎo)率儀A、氫交換柱和電導(dǎo)率儀 B，測量并記錄電導(dǎo)率儀B的讀數(shù)，至讀數(shù)在Imin內(nèi)保持不變，測試結(jié)束，以超純水沖洗管路，至電導(dǎo)率儀讀數(shù)為0. 07μ8/αιι ；
(7)、陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)一SO/—的物質(zhì)傳遞系數(shù)的計算
根據(jù)Harries模型(ASTM International. D 6302-98(Reapproved 2009)[S], UnitedStates :2009)，計算S042—的物質(zhì)傳遞系數(shù) Harries模型為 1 F
權(quán)利要求
1.一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)測定所用的裝置，包括高壓泵、轉(zhuǎn)子流量計、氫交換柱和電導(dǎo)率儀A及電導(dǎo)率儀B，其特征在于還包括沖洗液進(jìn)水箱、測試液進(jìn)水箱、恒溫水浴箱、帶夾套的樹脂測試柱混床和切換閥；所述的沖洗液進(jìn)水箱的出口及測試液進(jìn)水箱的出口通過管道會合后通過一個切換閥與高壓水泵的入口管道相連；所述的恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)有不銹鋼管，不銹鋼管的一端與高壓水泵的出口相連，另一端依次通過轉(zhuǎn)子流量計、帶夾套的樹脂測試柱混床、電導(dǎo)率儀A、氫交換柱及電導(dǎo)率儀B。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)SO/—的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測定方法，其特征在于包括如下步驟(1)、混床陽樹脂的準(zhǔn)備取150mL陽樹脂，使其浸沒于自來水中并立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝于玻璃再生柱中，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(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用50 60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo) <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于150mL的玻璃柱；(2)、混床陰樹脂的準(zhǔn)備取75mL觀 30目陰樹脂，使其浸沒于自來水中，并立即濾出；然后用4%HC1清洗水浸陽樹脂2遍，將鹽酸清洗后的陰樹脂裝于玻璃再生柱中，再用體積為酸洗后的陰樹脂體積的沈-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(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用50 60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo)<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于75mL的玻璃柱；(3)、混床陰陽樹脂混合裝柱將步驟(1)及(2)沖洗好的陰、陽樹脂倒入一洗凈的500mL大燒杯中，傾倒出上層多余水分，混合均勻，用去離子水清洗測試柱混床，清洗完后，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(zhǔn)備將IL陽樹脂浸沒于自來水中并立即濾出，得水浸陽樹脂，將水浸陽樹脂裝于玻璃再生柱中，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(dāng)HCl再生液出水濃度與進(jìn)水濃度一致時，再生結(jié)束，用50-60°C的純水沖洗至出水電導(dǎo) <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于IL的玻璃柱；(5)、混床測試柱的沖洗將去離子水通過超純水樹脂制得所用超純水；待帶夾套的測試柱混床和氫交換柱分別裝入相應(yīng)的樹脂后，調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度在30°C 左右，保證電導(dǎo)率儀溫度為25士0. 5°C，打開高壓泵，以超純水作為沖洗液沖洗帶夾套的測 試柱和氫交換柱，沖洗速度控制在廣1. 2L/min,使出水電導(dǎo)率<0. 07 u s/cm,并至少穩(wěn)定 IOmin ；(6)、SO/—的物質(zhì)傳遞系數(shù)的測試將0. 0900g無水Na2SO4溶于IL超純水中制得所用Na2SO4溶液； 將27. 3g NH3溶于IL純水中制得所用氨水；現(xiàn)場制備25L超純水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，制得測 試液；將測試液裝入測試液浸水箱中，并控制以lL/min的流速經(jīng)過切換閥、高壓泵、恒溫水 浴箱內(nèi)的不銹鋼管、轉(zhuǎn)子流量計、帶夾套的樹脂測試柱、電導(dǎo)率儀A、氫交換柱和電導(dǎo)率儀 B，測量并記錄電導(dǎo)率儀B的讀數(shù)，至讀數(shù)在Imin內(nèi)保持不變，測試結(jié)束，以超純水沖洗管 路，至電導(dǎo)率儀讀數(shù)為0. 07ドs/cm ；(7)、陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)一SO/—的物質(zhì)傳遞系數(shù)K的計算 根據(jù)Harries模型，計算S042—的物質(zhì)傳遞系數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開一種凝結(jié)水精處理高速混床中陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)測定所用的裝置及測試方法。裝置包括高壓泵、轉(zhuǎn)子流量計、氫交換柱和電導(dǎo)率儀A及電導(dǎo)率儀B，還包括沖洗液進(jìn)水箱、測試液進(jìn)水箱、恒溫水浴箱、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(zhǔn)備、混床陰樹脂準(zhǔn)備、混床陰陽樹脂混合裝柱、氫交換柱樹脂準(zhǔn)備、混床測試柱沖洗、SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)測試及最終根據(jù)Harries模型計算陰樹脂動力學(xué)性能指標(biāo)—SO42-的物質(zhì)傳遞系數(shù)K等7個步驟。本發(fā)明的測定方法的測定結(jié)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(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者丁桓如, 付毅, 傅潔琦, 周振, 曾郁楠, 王羅春, 王英俊, 鄭黎明, 陳英 申請人:上海電力學(xué)院