一种阴树脂动力学性能指标—SO₄^2-的物质传递系数的测定装置及方法

专利名称：一种阴树脂动力学性能指标—SO₄^2-的物质传递系数的测定装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标一 SO42-的物质传递系数的测定装置及方法。
背景技术：
电厂锅炉产生的蒸汽，用于汽轮机(透平机)作功后，经冷却水在冷凝器(凝汽器) 冷凝成的水为凝结水。凝结水一般与补给水混合作为锅炉的给水而得以回收利用。由于凝汽器泄漏以及汽水系统设备和管道某些金属腐蚀产物的带入，凝结水中金属氧化物颗粒和各种其他离子浓度往往不能达到锅炉给水的要求，而需在与补给水混合前进行精处理。目前凝结水精处理装置主要有两种(1)前置过滤器+高速混床+后置过滤器； (2)高速混床+后置过滤器。在凝结水精处理中经常会发现由新树脂组成的高速混床，出水电导率很低，运行一段时间后，由于阴树脂交换动力学性能下降，出水电导率上升，而树脂其理化性能并无变化。故阴离子交换树脂动力学试验是凝结水精处理装置故障检测不可缺少的手段。早在 1980 年左右，Ray Ball 及 Coates 等人[International Water Conference (IWC), 1985-2003 ]开始阴离子交换树脂动力学性能的检测研究，通过检测阴树脂的S042_的物质传递系数实现了对阴树脂的运行状态的准确判断，并成功地将其研究成果应用于凝结水精处理高速混床中阴树脂性能变化的监督。在此基础上，美国已制定了相关的标准 [Standard Practice for Evaluating the Kinetic Behavior of Ion Exchange Resins, Designation: D 6302 - 98 (Reapproved 2009)]。美国标准方法的主要特点是整个测试装置在测试时处于完全封闭状态；同时测试液中的硫酸钠和氨测定前分置于两个溶药箱， 测定时再通过比例计量泵和混合室进行混合。该测试方法，由于测试时整个测试装置处于完全封闭状态，完全消除了空气中CO2对电导率测定的影响，测定准确度较高；同时，测试液中硫酸钠和氨的混合是通过比例计量泵和混合室完成的，测试费用比较昂贵。本发明，参照美国ASTM标准，自行设计并加工得到一高速混床中阴树脂S042_的物质传递系数的测定装置，并成功将其用于凝结水精处理高速混床中阴树脂性能变化的动态监督。

发明内容
本发明为了解决上述的技术问题而提供了一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标SO42-的物质传递系数的测定装置及测定方法。本发明的技术原理
阴树脂动力学性能一般用阴离子的传质系数来表征，电厂锅炉凝结水中常见的阴离子有SO42-和Cl—等，其中以SO42-的离子半径最大，所以阴树脂吸收相同摩尔数的硫酸根离子所引起的阴树脂动力学性能变化要远大于氯离子。通过检测出水电导率的变化得出出水中
4SO/—的浓度，再利用Harries模型计算阴树脂的S042—传质系数，最后根据阴树脂的S042—传质系数大小来判断其运行状态。本发明以超纯水为对照液，以SO/—溶液为测试液，以阴阳树脂混床为测试柱，在测
试柱后接一氢交换柱。当测试液流经测试柱时，测试柱混床中的阴树脂将测试液中部分SO/—将置换为 0H_，氢交换柱将测试液出水中的阳离子(Na+和NH4+)统一置换为H+，0H_与H+反应生成水， 使氢交换柱后的电导率仪的读数变化能反映测试液出水中SO/—的浓度变化。当测试柱混床中阴树脂动力学性能发生变化时，测试液通过测试柱时阴树脂交换SO42-的量也发生，因此氢交换柱后的电导率仪的读数亦发生变化。根据氢交换柱后的电导率仪读数的变化值，得到测试液出水中SO42-的浓度，再根据Harries模型((ASTM International. D 6302-98 (Reapproved 2009) [S], United States :2009))得出阴树脂的SO/—传质系数。最后根据阴树脂的SO/—传质系数大小来判断其运行状态。本发明的技术方案
一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标SO42-的物质传递系数测定所用的装置，包括高压泵、转子流量计、氢交换柱和电导率仪A及电导率仪B，还包括冲洗液进水箱、测试液进水箱、恒温水浴箱、带夹套的树脂测试柱混床和切换阀；
所述的切换阀可以用其他任意可以实现冲洗液测试液切换功能的装置进行替换； 所述的冲洗液进水箱的出口及测试液进水箱的出口通过管道会合后通过一个切换阀与高压水泵的入口管道相连；
所述的恒温水浴箱内设有不锈钢管，不锈钢管的一端与高压水泵的出口相连，另一端依次通过转子流量计、带夹套的树脂测试柱混床、电导率仪A、氢交换柱及电导率仪B。一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标S042_的物质传递系数测定所用装置的工艺路线，即装置冲洗液和测试液分别由不同的带有盖板的进水箱通过高压泵提供的动力经切换阀、恒温水浴箱中的不锈钢盘管、转子流量计、带夹套的树脂测试柱混床、电导率仪A、氢交换柱和电导率仪B，最终流出。其中，水浴箱和测试柱夹套中水保持循环和恒温，其作用是通过测试液盘管和测试柱调节测试液的温度为25士0. 5°C，保证电导率仪显示的测试液温度恒为25士0. 5°C，使电导率仪读数不受测试液温度的影响；
上述的装置中的氢交换柱将带夹套的树脂测试柱混床出水中残余的铵离子和钠离子全部转化氢离子。一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标S042_的物质传递系数的测定方法，包括如下步骤
(1)、混床阳树脂的准备
取150mL阳树脂，使其浸没于自来水中并立即滤出，得水浸阳树脂，将水浸阳树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为水浸阳树脂体积的13 14倍的4%HC1以约lOmL/min的流速再生，HCl再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用5(T60°C的纯水冲洗至出水电导 <0.5 μ s/cm ；
所述的HCl再生液为4%的HCl水溶液；
所述的阳树脂为陶氏650C型新树脂；
上述所用的玻璃再生柱为体积大于150mL的玻璃柱；(2)、混床阴树脂的准备
取75mL观 30目阴树脂，使其浸没于自来水中，并立即滤出；然后用4%HC1清洗水浸阳树脂2遍，将盐酸清洗后的阴树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为酸洗后的阴树脂体积的沈-27倍的NaOH再生液以约lOmL/min的流速再生，NaOH再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用50 60°C的纯水冲洗至出水电导<0. 5μ s/cm ； 所述的NaOH再生液为浓度为2mol/L的NaOH水溶液； 所述的阴树脂为陶氏^OA型树脂或日本三菱的CPA02型新树脂； 上述所用的玻璃再生柱为体积大于75mL的玻璃柱；
(3)、混床阴阳树脂混合装柱
将步骤(1)及(2)冲洗好的阴、阳树脂倒入一洗净的500mL大烧杯中，倾倒出上层多余水分，混合均勻，用去离子水清洗带夹套的树脂测试柱混床，清洗完后，密封下端出水管，倒入10 20mL纯水，将混合好的树脂灌入带有夹套的测试柱混床中，避免产生气泡和分层；
(4)、氢交换柱树脂的准备
将IL阳树脂浸没于自来水中并立即滤出，得水浸阳树脂，将水浸阳树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为水浸阳树脂体积的2倍的4%HC1再生液以约lOmL/min的流速再生， 当HCl再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用50-60°C的纯水冲洗至出水电导 <0.5 μ s/cm ；
所述的HCl再生液为4%的HCl水溶液； 所述的阳树脂为陶氏650C型新树脂； 上述所用的玻璃再生柱为体积大于IL的玻璃柱；
(5)、混床测试柱的冲洗
将去离子水通过超纯水树脂制得所用超纯水；
待带夹套的测试柱混床和氢交换柱分别装入相应的树脂后，调节恒温水浴温度在30°C 左右，保证电导率仪温度为25士0. 5°C，打开高压泵，以超纯水作为冲洗液冲洗带夹套的测试柱和氢交换柱，冲洗速度控制在广1. 2L/min,使出水电导率<0. 07 μ s/cm,并至少稳定 IOmin ；
如果稳定时间短于lOmin，说明树脂再生效果不好或者混合不均勻，需要重新对树脂进行再生、混合和装柱；
(6)、SO/—的物质传递系数的测试
将0. 0900g无水Na2SO4溶于IL超纯水中制得所用Na2SO4溶液； 将27. 3g NH3溶于IL纯水中制得所用氨水；
现场制备25L超纯水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，制得测试液；
将测试液装入测试液浸水箱中，并控制以lL/min的流速经过切换阀、高压泵、恒温水浴箱内的不锈钢管、转子流量计、带夹套的树脂测试柱、电导率仪A、氢交换柱和电导率仪 B，测量并记录电导率仪B的读数，至读数在Imin内保持不变，测试结束，以超纯水冲洗管路，至电导率仪读数为0. 07μ8/αιι ；
(7)、阴树脂动力学性能指标一SO/—的物质传递系数的计算
根据Harries模型(ASTM International. D 6302-98(Reapproved 2009)[S], UnitedStates :2009)，计算S042—的物质传递系数 Harries模型为 1 F
权利要求
1.一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标SO42-的物质传递系数测定所用的装置，包括高压泵、转子流量计、氢交换柱和电导率仪A及电导率仪B，其特征在于还包括冲洗液进水箱、测试液进水箱、恒温水浴箱、带夹套的树脂测试柱混床和切换阀；所述的冲洗液进水箱的出口及测试液进水箱的出口通过管道会合后通过一个切换阀与高压水泵的入口管道相连；所述的恒温水浴箱内设有不锈钢管，不锈钢管的一端与高压水泵的出口相连，另一端依次通过转子流量计、带夹套的树脂测试柱混床、电导率仪A、氢交换柱及电导率仪B。
2.一种采用权利要求1所述的装置进行凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标SO/—的物质传递系数的测定方法，其特征在于包括如下步骤(1)、混床阳树脂的准备取150mL阳树脂，使其浸没于自来水中并立即滤出，得水浸阳树脂，将水浸阳树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为水浸阳树脂体积的13 14倍的4%HC1以约lOmL/min的流速再生，HCl再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用50 60°C的纯水冲洗至出水电导 <0.5 μ s/cm ；所述的HCl再生液为4%的HCl水溶液；所述的阳树脂为陶氏650C型新树脂；上述所用的玻璃再生柱为体积大于150mL的玻璃柱；(2)、混床阴树脂的准备取75mL观 30目阴树脂，使其浸没于自来水中，并立即滤出；然后用4%HC1清洗水浸阳树脂2遍，将盐酸清洗后的阴树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为酸洗后的阴树脂体积的沈-27倍的NaOH再生液以约lOmL/min的流速再生，NaOH再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用50 60°C的纯水冲洗至出水电导<0. 5 μ s/cm ； 所述的NaOH再生液为浓度为2mol/L的NaOH水溶液； 所述的阴树脂为陶氏^OA型树脂或日本三菱的CPA02型新树脂； 上述所用的玻璃再生柱为体积大于75mL的玻璃柱；(3)、混床阴阳树脂混合装柱将步骤(1)及(2)冲洗好的阴、阳树脂倒入一洗净的500mL大烧杯中，倾倒出上层多余水分，混合均勻，用去离子水清洗测试柱混床，清洗完后，密封下端出水管，倒入10 20mL 纯水，将混合好的树脂灌入带有夹套的测试柱混床中；(4)、氢交换柱树脂的准备将IL阳树脂浸没于自来水中并立即滤出，得水浸阳树脂，将水浸阳树脂装于玻璃再生柱中，再用体积为水浸阳树脂体积的2倍的4%HC1再生液以约lOmL/min的流速再生， 当HCl再生液出水浓度与进水浓度一致时，再生结束，用50-60°C的纯水冲洗至出水电导 <0.5 μ s/cm ；所述的HCl再生液为4%的HCl水溶液； 所述的阳树脂为陶氏650C型新树脂； 上述所用的玻璃再生柱为体积大于IL的玻璃柱；(5)、混床测试柱的冲洗将去离子水通过超纯水树脂制得所用超纯水；待带夹套的测试柱混床和氢交換柱分別装入相应的树脂后，调节恒温水浴温度在30°C 左右，保证电导率仪温度为25士0. 5°C，打开高压泵，以超纯水作为冲洗液冲洗带夹套的测 试柱和氢交換柱，冲洗速度控制在广1. 2L/min,使出水电导率<0. 07 u s/cm,并至少稳定 IOmin ；(6)、SO/—的物质传递系数的测试将0. 0900g无水Na2SO4溶于IL超纯水中制得所用Na2SO4溶液； 将27. 3g NH3溶于IL纯水中制得所用氨水；现场制备25L超纯水，立即加入所得的Na2SO4溶液12. 5mL和所得的氨水50mL，制得测 试液；将测试液装入测试液浸水箱中，并控制以lL/min的流速经过切換阀、高压泵、恒温水 浴箱内的不锈钢管、转子流量计、带夹套的树脂测试柱、电导率仪A、氢交換柱和电导率仪 B，测量并记录电导率仪B的读数，至读数在Imin内保持不变，测试结束，以超纯水冲洗管 路，至电导率仪读数为0. 07ドs/cm ；(7)、阴树脂动力学性能指标一SO/—的物质传递系数K的计算 根据Harries模型，计算S042—的物质传递系数
全文摘要
本发明公开一种凝结水精处理高速混床中阴树脂动力学性能指标SO42-的物质传递系数测定所用的装置及测试方法。装置包括高压泵、转子流量计、氢交换柱和电导率仪A及电导率仪B，还包括冲洗液进水箱、测试液进水箱、恒温水浴箱、带夹套的树脂测试柱混床和切换阀。所述的测定方法包括混床阳树脂准备、混床阴树脂准备、混床阴阳树脂混合装柱、氢交换柱树脂准备、混床测试柱冲洗、SO42-的物质传递系数测试及最终根据Harries模型计算阴树脂动力学性能指标—SO42-的物质传递系数K等7个步骤。本发明的测定方法的测定结果受空气中CO2及测试液温度影响小，测试成本也较低。
文档编号G01N27/00GK102305811SQ20111013629
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者丁桓如, 付毅, 傅洁琦, 周振, 曾郁楠, 王罗春, 王英俊, 郑黎明, 陈英 申请人:上海电力学院