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鍋外離子交換軟化法，就是將水在進(jìn)入鍋爐之前，通過(guò)與離子交換樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)，除去水中的離子態(tài)雜質(zhì)。離子交換軟化法一般采用強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，型號(hào)為001×7，舊型號(hào)為732。

球形的離子交換樹(shù)脂是由苯乙烯和二乙烯苯的共聚體為骨架組成的立體結(jié)構(gòu)，其空間被結(jié)合水所充滿。這種結(jié)構(gòu)類似排布錯(cuò)亂的蜂巢，在樹(shù)脂內(nèi)形成縱橫交錯(cuò)的“孔道”，離子交換基團(tuán)就分布在孔道的骨架上，水中的離子通過(guò)孔道到達(dá)交換位置進(jìn)行交換反應(yīng)，交換下來(lái)的離子由孔道擴(kuò)散到水中，從而完成了離子交換的全部過(guò)程。

樹(shù)脂顆粒的微觀結(jié)構(gòu)如右圖。離子交換樹(shù)脂在使用時(shí)，如何保持表面的清潔，孔道不被除數(shù)堵塞，離子在孔道內(nèi)移動(dòng)暢通等，對(duì)離子交換反應(yīng)速度是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。

離子交換樹(shù)脂的性質(zhì)

1、形狀

離子交換樹(shù)脂一般均呈球形狀。呈球狀顆粒的樹(shù)脂與樹(shù)脂總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為圓球率。對(duì)于軟化水處理來(lái)說(shuō)，圓球率越大越好，一般應(yīng)達(dá)90%以上。

2、顏色

離子交換樹(shù)脂因其組成的成份、基團(tuán)和結(jié)構(gòu)等不同，而呈現(xiàn)出不同的顏色，苯乙烯樹(shù)脂大都呈黃色。

樹(shù)脂的本身顏色一般與其物理性能和化學(xué)性能并無(wú)大的關(guān)系。在使用中，因交換離子的轉(zhuǎn)換，樹(shù)脂顏色也會(huì)發(fā)生一些變化，這一般是正?，F(xiàn)象。但如果樹(shù)脂受鐵離子或有機(jī)物等雜質(zhì)的污染，顏色明顯變深、變暗，就很可能會(huì)影響到樹(shù)脂的性能，尤其是交換容量會(huì)大大降低，在這種情況下，應(yīng)對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)蘇處理。

另外，雖然有時(shí)同一型號(hào)的樹(shù)脂，各批生產(chǎn)的顏色會(huì)略有不同，但同一批生產(chǎn)的樹(shù)脂顏色應(yīng)是均勻一致的。如果樹(shù)脂中明顯混雜有不同顏色的顆粒，則該樹(shù)脂的質(zhì)量就很難保證，購(gòu)買時(shí)應(yīng)注意鑒別。

3、粒度

離子交換樹(shù)脂的粒度是指樹(shù)脂以出廠時(shí)的活性基團(tuán)形式，在水中充分膨脹后的顆粒直徑。樹(shù)脂的粒度一般為0.3-1.2mm。

樹(shù)脂顆粒的大小，對(duì)離子交換水處理工藝有較大的影響。顆粒大，離子交換速度慢，樹(shù)脂交換容量??；顆粒小，水流通過(guò)樹(shù)脂層的壓力損失大，當(dāng)樹(shù)脂顆粒過(guò)小時(shí)，還會(huì)嚴(yán)重影響交換器的出水，且樹(shù)脂易跑失；如果顆粒大小相差很大，對(duì)交換器的運(yùn)行和再生也很不利，首先會(huì)造成水流分布不勻，阻力增大；其次在反洗時(shí)，若流速過(guò)大易沖走小顆粒樹(shù)脂，流速過(guò)小則不能松動(dòng)大顆粒樹(shù)脂。

4、含水量

由離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)可知，樹(shù)脂中孔道內(nèi)的自由水分和交換基團(tuán)上的結(jié)合水分構(gòu)成了樹(shù)脂水分，001×7樹(shù)脂的含水量占其質(zhì)量的一半，約為45-55%。

樹(shù)脂在使用中，如果發(fā)生鏈的斷裂、微孔結(jié)構(gòu)的變化，交換容量下降等現(xiàn)象，含水量也隨著起變化。因此，樹(shù)脂含水量的變化也反映出樹(shù)脂內(nèi)在的質(zhì)量變化。

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5、密度

樹(shù)脂的密度，根據(jù)含水情況可分為干密度和濕密度，干密度大，實(shí)用意義不大，所以不常用。

濕密度又有濕真密度和濕視密度之分。它的區(qū)別是，前者在計(jì)算樹(shù)脂的體積時(shí)樹(shù)脂顆粒之間的空隙不計(jì)入，叫真實(shí)體積；后者則包括孔隙所占的體積，叫堆積體積?？捎蓾褚暶芏扔?jì)算出樹(shù)脂的裝載量。

經(jīng)常應(yīng)用的是濕視密度，計(jì)算式為：

6、耐磨性

耐磨性是樹(shù)脂的一項(xiàng)重要指標(biāo)，耐磨性差，機(jī)械強(qiáng)度就低，在使用中破碎嚴(yán)重，損耗量大，樹(shù)脂層阻力大，嚴(yán)重的會(huì)影響設(shè)備的產(chǎn)水量。正常情況下樹(shù)脂每年破損率不超過(guò)5%。

7、溶脹性

將干燥的樹(shù)脂浸入水中時(shí)，其體積往往會(huì)變大。有時(shí)樹(shù)脂在失效時(shí)和再生后，體積也會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為樹(shù)脂的溶脹性。由于樹(shù)脂具有這樣的性能，因而在其交換和再生的過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象，多次的脹縮會(huì)促使顆粒破碎。另外，干燥的樹(shù)脂如直接浸泡在水中，樹(shù)脂也會(huì)因一下子溶脹而碎裂，故干燥樹(shù)脂需先浸泡在飽和食鹽水中，讓其逐漸溶脹。

8、溶解性

樹(shù)脂是一種不溶于水的高分子化合物，但在產(chǎn)品中免不了會(huì)含有少量低聚合物。這些低聚合物較易溶解，因此新樹(shù)脂在使用初期，往往會(huì)因低聚合物逐漸溶解，而使出水帶有顏色。

樹(shù)脂在使用中，有時(shí)也會(huì)發(fā)生某些高分子轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中的現(xiàn)象，Na型樹(shù)脂比Ca型易膠溶，所再生后備用的軟水器剛投入運(yùn)行時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生出水帶黃色的現(xiàn)象，就是樹(shù)脂發(fā)生膠溶的緣故。

9、交換容量

樹(shù)脂的交換容量是離子交換劑最重要的性能指標(biāo)，它是衡量樹(shù)脂可能交換離子數(shù)量多少的指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，一般有以下兩種交換容量：

全交換容量：表示樹(shù)脂內(nèi)離子交換基團(tuán)全部發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)的交換容量，單位為mmol（一價(jià)基本單元物質(zhì)）/g（干樹(shù)脂）或mmol（一價(jià)基本

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單元物質(zhì)）/mL（濕樹(shù)脂）兩種。當(dāng)樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)一定時(shí)，全交換容量基本上是一個(gè)常數(shù)，001×7陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的全交換換容量規(guī)定≥4.5mmol/g。全交換容量?jī)H應(yīng)用在樹(shù)脂的試驗(yàn)研究上，而在實(shí)際使用時(shí)，常用工作交換容量。

工作交換容量：表示在工作條件下，單位體積樹(shù)脂所具有的離子交換量，單位為mmol（一價(jià)基本單元物質(zhì)）/mL（濕樹(shù)脂）或mol/L（濕樹(shù)脂）

兩種。樹(shù)脂的工作條件，包括原水的成分、雜質(zhì)濃度、溫度、流速、出水水質(zhì)要求、樹(shù)脂層高度、運(yùn)行方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性等。

工作交換容量受工作條件影響很大，所以數(shù)值不可能是一個(gè)常數(shù)，它的變化幅度很大。工作交換容量與全交換容量的關(guān)系不大，但與再生條件有直接關(guān)系。也就是說(shuō)，樹(shù)脂再生的好壞直接影響其工作交換容量的大小。

10、離子交換的選擇性

離子交換樹(shù)脂對(duì)水中各種離子的交換能力是不同的，有些離子容易與樹(shù)脂發(fā)生交換反應(yīng)，但交換后要將它們?cè)偕聛?lái)就比較困難；而另一些離子較難與樹(shù)脂發(fā)生交換反應(yīng)，但很容易從樹(shù)脂中再生下來(lái)，離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子的交換反應(yīng)難易程度不同的這種性質(zhì)，稱為離子交換的選擇性。

離子交換的選擇性與離子所帶電荷及水合離子半徑等有關(guān)，離子所帶電荷越多，水合離子半徑就越小，也就越容易與樹(shù)脂發(fā)生交換反應(yīng)。001×7樹(shù)脂離子交換的選擇性順序?yàn)椋篎e³⁺>Al³⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺>Na⁺>H⁺。從上面的選擇性順序可以看出鈉型離了交換樹(shù)脂（RNa）與水中的Ca²⁺、Mg²⁺很容易發(fā)生交換反應(yīng)，生成R₂Ca和R₂Mg，但要將它們?cè)偕聛?lái)就比較困難。

001×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂部分性能指標(biāo)

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
指標(biāo)名稱	一級(jí)品	二級(jí)品
含水量（%）	45-55	45-55
質(zhì)量全交換容量mmol/g（干樹(shù)脂）	≥4.2	≥4.0
濕真相對(duì)密度（20℃）	1.23-1.28	1.23-1.28
濕視密度（g/ml）	0.75-0.85	0.75-0.85
耐磨率（%）	≥93.0	≥88.0
粒度0.3-1.2mm（%）	≥95	≥95

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二、離子交換樹(shù)脂的使用

離子交換樹(shù)脂雖然有很高的穩(wěn)定性，但是如果使用或貯存不當(dāng)，也易受到污染或破損，從而導(dǎo)致其交換容量下降甚至喪失。

1、樹(shù)脂使用前處理

新樹(shù)脂在使用之前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，其目的是：洗去樹(shù)脂表面的可溶性雜質(zhì)及樹(shù)脂在制造過(guò)程中所夾雜的金屬離子，并使樹(shù)脂轉(zhuǎn)型成所需的形式。樹(shù)脂經(jīng)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理不僅可提高其穩(wěn)定性，而且還可以起到活化樹(shù)脂、提高工作交換容量和出水質(zhì)量的作用。

新樹(shù)脂在預(yù)處理前，應(yīng)先用水使樹(shù)脂充分膨脹，但如果樹(shù)脂在運(yùn)輸或貯存過(guò)程中脫了水，則不可將干樹(shù)脂直接浸入水中，以防樹(shù)脂因急劇膨脹而破裂。對(duì)于已脫水的樹(shù)脂，須先放在20-24%的食鹽水中浸泡一定時(shí)間，然后逐漸用水稀釋，使樹(shù)脂緩慢地膨脹到體積。

鈉離子交換樹(shù)脂在使用前用10-15%的食鹽水浸泡18-20小時(shí)，然后用水清洗至出水合格，便可投入運(yùn)行。

2、樹(shù)脂使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

要盡量避免或減少樹(shù)脂的磨損，并防止樹(shù)脂交替地風(fēng)干和濕潤(rùn)、冷凍和過(guò)熱等，保持樹(shù)脂的強(qiáng)度。

要盡量避免或減少對(duì)樹(shù)脂的污染，如懸浮物、有機(jī)物、鐵離子、游離氯等雜質(zhì)的污染，保持樹(shù)脂的穩(wěn)定性。

三、離子交換樹(shù)脂的貯存

樹(shù)脂的貯存要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1、濕法貯存

樹(shù)脂如失水風(fēng)干會(huì)大大影響其強(qiáng)度和使用壽命，因此必須注意保持樹(shù)脂的水分。貯存時(shí)，可將樹(shù)脂浸泡在清水中或食鹽水中。如果是包裝未拆封的新樹(shù)脂，應(yīng)注意包裝的密封和完整，防止因包裝破損而使樹(shù)脂失水。

2、鹽型存放

軟水器如停用時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將已使用過(guò)的鈉離子交換樹(shù)脂用10%的NaCl溶液轉(zhuǎn)成Na型。

3、防凍防熱

樹(shù)脂在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中，溫度不宜過(guò)高或過(guò)低，一般不超過(guò)40℃，不得在0℃以下。所以樹(shù)脂不宜放在高溫設(shè)備附近，夏季不要放在陽(yáng)光直接照射的地方；冬季應(yīng)注意保溫，如無(wú)保溫條件，可將樹(shù)脂貯存

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在相應(yīng)濃度的食鹽水中，以免凍裂。NaCl溶液的冰點(diǎn)如下表。

NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）	5	10	15	20	23.5
冰點(diǎn)（℃）	-3.0	-7.0	-10.8	-16.3	-21.2

4、防止污染和發(fā)霉

新樹(shù)脂貯存時(shí)，應(yīng)避免和鐵容器、氧化劑、油類及有機(jī)溶劑等接觸，以防樹(shù)脂污染。軟水器如長(zhǎng)期停用時(shí)，為防止交換器內(nèi)壁及樹(shù)脂表面因微生物繁殖而長(zhǎng)青苔等藻類或發(fā)霉，應(yīng)定期更換交換器內(nèi)的清水，尤其是在溫度較高的條件下，更應(yīng)注意。必要時(shí)可用滅菌處理:可用1-2%的過(guò)乙酸或0.5-1%甲醛滅菌溶液浸泡數(shù)小時(shí)，然后用水沖洗至不含滅菌劑為止。

此外，樹(shù)脂在貯存時(shí)還應(yīng)防止重物的擠壓，以免破碎。

001×7是在交聯(lián)為7%的苯乙烯—二乙烯苯共聚體上帶有磺酸基（—SO3H）的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。主要用于硬水軟化和純水制備，也用于濕法冶金、制糖、制藥、味精行業(yè)，以及作為催化劑和脫水劑。

二、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB13659–1992 DL/T519–2004 SH2605.01–2003

三、理化性能指標(biāo)：

指標(biāo) 名稱	指標(biāo)
外觀	棕黃至棕褐色球狀顆粒
出廠型式	鈉型
含水量 %	45.00～50.00
質(zhì)量全交換容量 mmol/g	≥4.50
體積全交換容量 mmol/ml	≥1.90
濕視密度 g/ml	0.77～0.87
濕真密度 g/ml	1.250～1.290
范圍粒度 %	（0.315mm～1.250mm）≥95.0
下限粒度 %	(＜0.315mm)≤1.0
有效粒徑 mm	0.400～0.700
均一系數(shù)	≤ 1.60
磨后圓球率 %	≥ 90.00

四、使用時(shí)參考指標(biāo)：

指標(biāo) 名稱	參考值
pH 范圍	1～14
使用溫度鈉型 ℃	120
轉(zhuǎn)型膨脹率（Na+-H+） %	≤ 10
工作交換容量 mmol/L	≥ 1200
運(yùn) 行流速 m/h	15～30