第七章：离子交换与电渗析设备
电渗析实验设备
电渗析实验装置实验说明书手册上海同广科教仪器有限公司2015年10月目录第一章实验目的： (1)第二章实验原理： (1)第三章电渗析器构造： (1)第四章实验装置与实验流程图： (2)第五章实验步骤： (3)第六章实验结果整理： (3)第七章实验结果讨论： (4)第八章设备的组成和规格： (4)第九章定期检查项目 (4)第十章设备发生故障，请拨打电话 (4)电渗析实验说明书注意：(本说明书及提供的计算方法和实验数据仅供参考：根据学校实际实验得出的数据为准。
)一、实验目的：电渗析是近期发展起来的膜分离技术，它广泛应用于水处理各个行业，即可用于苦咸水淡化和工业生产用水的处理，又可用于冶金、化工、食品、医药等行业的废液回收利用。
在电渗析运行过程中，由于离子在溶液中和在交换膜中的迁移率不等，导致电渗析在高电流密度下出现极化现象，使溶液中的pH发生变化、交换膜上生成水垢，造成产水能力下降和额外的能量损失。
因此，在电渗析运行前必须测定出它的极限电流密度，确保电渗析极限电流密度的方法很多，常用的方法是电压——电流法。
本实验就是采用的这种方法。
通过实验希望达到下述目的：1、熟悉电渗析器各部分构造、功能、安装方法及操作方法；2、掌握电渗析器极限电流的测定、计算方法；3、加深理解电渗析运行中的电流密度、液体流速、溶液中含盐量三者关系。
二、实验原理：在电渗析运行中，电流密度的大小，直接影响了电渗析的效率。
电流密度与单位时间内溶液中离子的多少成正比关系，通常以威尔逊公式表示：i lim＝KC dp u （20-1）式中：i lim——极限电流密度（Ma/cm2）；K——水力特性参数；u——淡水隔板流水道中的水流速度（cm/s）；；C dp——淡水室水中的对数平均浓度（mmol/l）C dp＝ C di－Cde2.31 lg Cdi/CdeC di——淡水室进水含盐量（mmol/l）；C de——淡水室出水含盐量（mmol/l）。
电渗析(ED)装置介绍讲解
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工程案例 二
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它是直流式和循环式除盐相结合的一种方式：在部分循环式除盐工艺系统中 ，电渗析器的出口淡水分成两路，一路连续出水供用户使用；另一路返回电渗析 器与水箱中水相混，继续进行除盐。其特点是用定型设备．可适用不同水质和水 量的要求。在原水含盐量变化时，可调节循环量去保持出水水质稳定，但系统较 复杂。
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电渗析法除盐工艺系统介绍 三
二)电渗析器与其他水处理设备的组合除盐系统 电渗析一般用于含盐量较高的苦咸水、高硬度水的部分除盐，以
作深度除盐的顶处理。由于电渗析法除盐有其适用范围．在应用中， 应根据原水水质和除盐水水质要求，与离子交换水处理技术等相结合 ，使其在水处理工艺中各自发挥其优势，以达到合理的技术经济效果 ，并能稳定运行。其常用的组合除盐水处理系统如下。 1．“预处理－电渗析－离子交换”的组合除盐系统 2．“预处理－离子交换－电渗析”的组合除盐系统 3．“预处理－离子交换(软化)－电渗析离子交换(软化)”的组合除盐 系统
装置。
： 二 结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
1: 膜块；是由相当数量膜对组装而成。 a) 膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲
）组成。 b) 离子交换膜：是电渗析器关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗
离子交换与电渗析设备概述(31张)PPT
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四、树脂的再生
• 逆流的再生流动方式 • 并流的再生流动方式 • 混合的再生流动方式
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五、离子交换过程的设备与操作
• 操作方式
静态交换与动态交换
• 设备类型
P284
一般离子交换罐；反吸附离子交换罐；
混合床离子交换罐；
流动床离子交换设备；
固定床连续作业设备流程。
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• 电流 电渗析器所需电压为电极电位、膜电位 和克服各项电阻所需电压之和。
离子从淡化室向浓缩室的迁移量是 按化学当量，随电流的大小而定，电流 大，淡化室向浓缩室迁移的离子量就大。
为减少电耗，电渗析器均采用很多 膜对串联结构。通常有200～300膜对。
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• 电极反应 • 膜电位 • 电阻 • 电流
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• 电极反应 指在阳极和阴极分别进行的氧化和还原 反应。
在阳极上：
H2O === H++OH4OH- - 4e === O2 + 2H2O 2Cl- - 2e === Cl2 H+ + Cl- === HCl
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第二节：电渗析与设备
一、渗析 二、电渗析 三、电渗析的传递过程 四、电渗析中的电化学过程 五、浓差极化 六、电渗析设备与操作
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电渗析设备的工作原理及其基本概况
电渗析设备的工作原理及其基本概况渗析法在海水和苦咸水淡化或初级除盐中，既能制取满足生产和生活用水要求，而且设备简单，运行管理方便，因此备受推广使用。
工作原理电渗析是利用离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，以直流电场为推动力的膜分离方法，它是使溶质和溶液分离的一种物理化学过程。
工艺选择及原水预处理说明电渗析是脱盐工艺中的一个单元，可与其他脱盐技术配合，达到理想的目的。
集中电渗析脱盐工艺如下：1．原水→预处理→电渗析→脱盐水；这是制取工业用脱盐水或初级纯水的简单工艺。
2．原水→预处理→电渗析→消毒→脱盐水；由海水，苦咸水制取饮用水或从自来水制取食品，饮料用水可采取此工艺。
3．原水→预处理→电渗析→离子交换→脱盐水；此工艺用于制取纯水或高纯水。
电渗析首先将水中含盐量去除80%~90%，剩余的少量盐由离子交换树脂去除，这样可以大大减轻离子交换的负担，从而可以减少酸，碱的用量，利于环境保护。
此工艺应用最为广泛。
4．原水→预处理→软化→电渗析→脱盐水；此工艺适用于处理高硬度，高硫酸水，或地硬度苦咸水（可用浓水作软化再生剂）。
5．其他：还可以与反渗透，超滤相配合，制取医药，电子工业用水。
预处理方法视原水水质而定1．深井水一般水质透明，悬浮物较少，采用简单的过滤和精密过滤即可。
2．但地下水硬度高或含Fe 、Mn ，则需采用软化，除Fe 、Mn 措施。
3．自来水常含有微量的悬浮物质，有机物和游离氯，采用过滤和活性炭吸附过滤是必要的。
4．如采用地面水为水源，一般需采用混凝沉淀或微絮凝或加氯再过滤，活性炭和精密过滤等方法。
5．但不论采用何种水源水，在电渗析器前设置孔径为5-25μm 的精密过滤器作为保安过滤器是必要的它可以使电渗析免受各种杂志的影响，以保证其正常工作。
电渗析进水水质指标1．原水经过处理后应符合电渗析器进水水质指标，电渗析技术国家标准规定：水温5~40℃；耗氧量（KmnO4）＜3mg/L，游离氯＜0.1mg/L，铁＜0.3mg./L，锰＜0.1mg/L，浊度＜3mg/L，浊度≯3mg/1，色度<15度，污染指数<7。
海水、苦咸水淡化解决方案
海水、苦咸水淡化解决方案引言概述：海水和苦咸水淡化一直是世界各国面临的重要问题。
随着全球水资源的日益紧缺，淡化海水和苦咸水成为了一种可行的解决方案。
本文将介绍海水、苦咸水淡化的背景和挑战，并详细阐述五种解决方案，包括蒸馏、反渗透、电渗析、离子交换和太阳能淡化技术。
一、蒸馏1.1 蒸馏的原理：蒸馏是通过加热海水或苦咸水，将水分子蒸发并冷凝成淡水的过程。
1.2 蒸馏的方法：传统蒸馏方法包括多效蒸馏和闪蒸，其中多效蒸馏效率更高，但能耗较高。
1.3 蒸馏的应用：蒸馏广泛应用于海水淡化厂和苦咸水处理厂，是一种成熟的淡化技术。
二、反渗透2.1 反渗透的原理：反渗透是通过半透膜将海水或苦咸水中的盐分和杂质截留，使淡水通过的过程。
2.2 反渗透的设备：反渗透设备包括反渗透膜、高压泵和膜组件等。
2.3 反渗透的优势：反渗透技术具有能耗低、操作简便以及适用范围广等优势，被广泛应用于海水和苦咸水淡化领域。
三、电渗析3.1 电渗析的原理：电渗析是利用电场作用力将海水或苦咸水中的离子分离的过程。
3.2 电渗析的设备：电渗析设备包括电渗析膜、电极和电源等。
3.3 电渗析的应用：电渗析技术适用于高浓度盐水的处理，如海水和工业废水处理。
四、离子交换4.1 离子交换的原理：离子交换是利用离子交换树脂将海水或苦咸水中的盐分和杂质去除的过程。
4.2 离子交换的设备：离子交换设备包括离子交换树脂柱和再生设备等。
4.3 离子交换的应用：离子交换技术广泛应用于水处理、饮用水净化和工业废水处理等领域。
五、太阳能淡化技术5.1 太阳能淡化技术的原理：太阳能淡化技术是利用太阳能驱动海水或苦咸水的蒸发和冷凝过程，实现淡水的产生。
5.2 太阳能淡化技术的设备：太阳能淡化设备包括太阳能蒸发器、冷凝器和储水装置等。
5.3 太阳能淡化技术的优势：太阳能淡化技术具有能源可再生、环境友好等优势，是一种可持续发展的淡化解决方案。
结论：海水、苦咸水淡化是解决水资源短缺问题的重要途径。
药剂学：第七章 液体制剂的单元操作
阳离子交换树脂： 钠型（稳定）: RSO3- Na+ 氢型：RSO3- H+
阴离子交换树脂： 氢氧型：RN +(CH3)3OH氯型（稳定）： RN +(CH3)3Cl-
当原水含盐高达3000mg/L时,不宜采用离子交换法制备纯化水.
第一节、制药用水的制备
(三)纯化水的处理技术
第一节、制药用水的制备
垂熔玻璃漏斗(芽胞>0.5μm)
第三节 灭菌与无菌操作
微孔滤膜滤器
出液口 内装微孔滤膜 进液口
第三节 灭菌与无菌操作
垂熔玻璃滤器
第三节 灭菌与无菌操作
二、物理灭菌法
c)射线灭菌法 辐射灭菌 不耐热 微波灭菌 不耐热 紫外线灭菌 (紫外线和臭氧)表面/空气/蒸馏水
d)湿热灭菌法 流通蒸汽灭菌 消毒、不耐热制剂 煮沸灭菌 消毒 低温间歇式灭菌 对热敏感制剂 热压灭菌**
第三节 灭菌与无菌操作
二、物理灭菌法
热压灭菌法 耐高温高压
用大于常压的饱和水蒸气进行灭菌的方法。
影响热压灭菌的因素：
➢ 微生物的数量和种类 芽胞>繁殖体>衰老体
➢ 蒸气性质
饱和蒸气(湿、过) 除去空气
➢ 药品稳定性和灭菌时间
➢ 其他
pH环境、介质营养成分
二、物理灭菌法
热压灭菌法
首先开启进气阀对夹套进行加热，待夹套压力上升至 所需压力时，将待灭菌物品整齐排列于格车架上，推入 柜室，关紧柜门并旋紧。将加热蒸气通入柜内，当柜内 温度上升至规定温度，柜内压力应达到相应数值时（如 115.5C、67 kPa），开始记录灭菌时间。到达灭菌时 间后，先关闭蒸气进气阀，打开排气阀，待压力表指针 为零时，即可开启柜门，冷却后取出灭菌物品。
离子交换膜与电渗析.
二、离子交换膜的选择透过性
离子交换膜对离子选择性透过机理和离子在膜中的迁移历程可以由膜的孔隙作用、静电作用和扩散作用加以说明。
1.孔隙作用离子交换膜具有贯穿膜体内部的弯曲孔隙,其孔径多为几十纳米至几百纳米,这些孔隙形成的通道可以使被选择吸附的离子从膜的一侧移动到另一侧。孔隙作用的强弱主要取决于孔隙度的大小与均匀程度。而且只有当被选择的离子的水合半径小于孔隙半径时,才有可能使离子透过膜。
J i(d = - D i ln (
dx
f d dx dC i
i + (7-3式中i f是离子i的活度系数,对于理想溶液i f = 1式(7-3扩散速率则转变为Fick第一定律的形式:
J i(d = 移传质当存在电位梯度时,离子在电场力的作用下发生迁移,由于正负离子带相反符号的电荷,其运动方向相
路上安装了第一台电渗析法苦咸水淡化装置。1981年我国在西沙永兴岛建成日产200吨饮用水的电渗析海水淡化装置。几十年来,在离子交换膜、隔板、电极等主要部件方面不断创新,电渗析装置不断向定型化、标准化方向发展。
第一节、电渗析基本原理
一、电渗析的工作原理
电渗析是在直流电场作用下,溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。图7-1是电渗析工作原理示意图。
J i(c = C i V x (7-1
离子交换树脂电渗析
离子交换树脂电渗析—示意图 离子交换树脂电渗析 示意图
填充混合离子交换树脂电渗析过程制高纯水
离子交换树脂电渗析
同时参与综合作用的过程可能是：
电渗析过程 离子通过离子交换树脂的迁移过程 离子交换树脂的交换过程 电化学再生作用
离子交换树脂电渗析
在离子交换树脂电渗析器中，上述几个过 程是同时发生的。前三个作用能提高水质，后 一个过程保证电渗析器能长期运行。这几个作 用显然是相互对立而又相辅相成的，也正因为 如此，它才兼备了电渗析法和离子交换法的一 些优点，而又不同于它们，成为制备高纯水的 一种独特的新工艺。
电渗析技术
电渗析器
电渗析技术—缺陷 电渗析技术 缺陷
A 能耗与脱盐量成正比（更适合含盐低的苦 咸水淡化） B 不能除去非电解质 C 原水中盐浓度过低，溶液电阻大，不经济 （电渗析—离子交换树脂联合使用）
离子交换树脂电渗析
对普通电渗析器来说，随着电渗析过程 的进行，淡室电阻越来越高，浓室电阻越来 越低。为了克服淡室电阻增大的弊病，可在 淡室隔板中填充混合阴、阳离子交换树脂。 交换树脂电渗析器。 这是一种将电渗析和离子交换优点巧妙 结合的脱盐方法。
离子交换法是以离子交换树脂过滤原水，离子交换树脂是 一种聚合物，带有相应的功能基团，能使水中的离子固定在树 脂上以完成离子交换。通常离子交换树脂利用氢离子交换阳离 子，而以氢氧根离子交换阴离子。 阳离子交换树脂： R − H + Na + → R − Na + H + R − OH + Cl − → R − Cl + OH − 阴离子交换树脂： 阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成：
电渗析技术—离子交换膜 电渗析技术 离子交换膜
选择透过性
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第二节：电渗析与设备
一、渗析 二、电渗析 三、电渗析的传递过程 四、电渗析中的电化学过程 五、浓差极化 六、电渗析设备与操作
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一、渗析
• 渗透 • 渗析
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二、电渗析
• 非选择性电渗析 • 选择性电渗析
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• 电阻 主要是溶液电阻和膜电阻。 溶液电阻包括电极室、浓缩室和淡化室 中的溶液电阻，其中淡化室占主要部分。 同时，溶液中产生的沉淀，结垢和 浓差极化将使电阻增加。
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• 电流 电渗析器所需电压为电极电位、膜电位 和克服各项电阻所需电压之和。 离子从淡化室向浓缩室的迁移量是 按化学当量，随电流的大小而定，电流 大，淡化室向浓缩室迁移的离子量就大。 为减少电耗，电渗析器均采用很多 膜对串联结构。通常有200～300膜对。
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五、离子交换过程的设备与操作
• 操作方式 静态交换与动态交换 • 设备类型 P284 一般离子交换罐；反吸附离子交换罐； 混合床离子交换罐； 流动床离子交换设备； 固定床连续作业设备流程。
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在阴极上： H2O === H++ OH2H+ + 2e === H2 Na++ OH- === NaOH
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• 膜电位 膜两侧的溶液浓度存在差异，浓缩室侧 高，淡化室侧低。浓度高的一侧的离子， 有朝浓度低的一侧扩散的倾向，这种倾 向产生的电位差称为膜电位。 为了使离子从浓度低的一侧，向浓 度高的一侧移动，必需克服膜电位。
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• 离子交换过程 是固液两相间的传质与化学反应过程。 通常在离子交换剂表面进行的离子交换 反应很快，过程速率主要由离子在固液 两相间的传质过程决定。
1 1 A(溶液) RB(固相) B R A m m
m
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二、离子交换工艺过程的基本步骤
• 交换反应 • 再生 • 再生后的清洗
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五、浓差极化
• • • • •
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何为浓差极化 极限电流密度 影响浓差极化的因素 浓差极化的危害 措施
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六、电渗析设备与操作
• 基本构造 • 主要部件 • 流程
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反离子迁移 同性离子迁移 电解质浓差扩散 水的渗透（浓差） 水的电渗透（水合作用） 压差渗漏 水的电解
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四、电渗析中的电化学过程
• • • • 电极反应 膜电位 电阻 电流
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• 电极反应 指在阳极和阴极分别进行的氧化和还原 反应。 在阳极上： H2O === H++OH4OH- - 4e === O2 + 2H2O 2Cl- - 2e === Cl2 H+ + Cl- === HCl
第七章：离子交换与电渗析设备
第一节：离子交换设备 第二节：电渗析与设备
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第一节：离子交换设备
一、概述 二、离子交换工艺过程的基本步骤 三、典型的工艺流程 四、树脂的再生 五、离子交换过程的设备与操作
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一、概述
• 发展过程 天然沸石、磺化煤、酚醛树脂、 大孔结构树脂。 • 应用 水的软化、纯化； 水溶液中分离去除金属与非金属离子； 抗生素提取；柠檬酸精制；氨基酸回收；
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三、典型的工艺流程
• 固定床：交换树脂固定 P468 单床；多床；二层床；复床；混合床。 • 流动床：交换树脂流动 P286 旋涡式；筛板式。
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四、树脂的再生
• 逆流的再生流动方式 • 并流的再生流动方式 • 混合的再生流动方式