提高螯合树脂塔再生操作过程效率的措施探讨

王世荣

（淄博职业学院，山东 淄博255314）

离子膜电解的精制盐水（以下简称“二次盐水”）质量决定着离子膜电解槽运行电流效率高低与离子膜寿命长短，是离子膜电解能否长时间稳定运行的关键因素，同时也直接影响着离子膜烧碱生产电解电耗的高低，因此，如何控制二次盐水质量是二次盐水精制生产岗位操作的核心任务。螯合树脂是完成二次盐水精制过程的基本载体，如何保障螯合树脂最大程度吸附Ca2+、Mg2+等金属阳离子，螯合树脂吸附Ca2+、Mg2+等金属阳离子后实现其再生是确保其性能稳定的基础。只有全面了解螯合树脂再生过程控制要素，才能实现螯合树脂理想再生效果，现就螯合树脂再生控制过程进行分析，提出优化螯合树脂再生操作的主要措施。

1 二次盐水精制生产流程概况

从一次盐水（凯膜过滤后）工序送来合格一次盐水（含Ca2+和Mg2+之和的总硬度约为4 mg/L）经盐水预热器，加热至60～65℃后，自树脂“主塔”顶部盐水进口管送入，经盐水分布器均匀分布在塔内的螯合树脂床层上，流经树脂床层后，从塔底流出再送到“次塔”的盐水进口管，进入“次塔”内的树脂床层内，从“次塔”下部盐水管流出，如果第三塔没有进行再生，可考虑送入第三塔内。如第三塔内的螯合树脂需要进行再生，就进行离线再生，再生合格后，继续串入盐水系统使用，从最后一台螯合树脂塔流出盐水含Ca2+和Mg2+总硬度应小于20×10-9，送入二次盐水精制工序盐水罐里，作为离子膜电解槽电解过程供液使用。二次盐水工艺流程框图见图1。

图1 二次盐水工艺流程框图

2 螯合树脂再生过程机理分析

螯合树脂是一种带有螯合能力基团的高分子化合物，是一种环状结构的配合物，也是一种离子交换树脂，和普通交换树脂不同的是螯合树脂吸附金属离子后，能形成环状结构的螯合物。螯合物又称内络合物，是螯合物形成体（中心离子）和某些合乎一定条件的螯合剂（配位体）配合而成具有环状结构的配合物。“螯合”即成环的意思，犹如螃蟹的两个螯把形成体（中心离子）钳住似的，故称螯合树脂。它对特定离子具有特殊的选择能力。

以“CR-10”螯合树脂为例，螯合树脂的交换机理是螯合树脂在水合离子作用下，交换基团—COONa水解成—COO—和Na+。在盐水精制时，由于螯合树脂对离子的选择性H+＞Ca2+＞Mg2+＞Ba2+＞Na+，所以盐水中Ca2+、Mg2+能被树脂螯合形成稳定性高的环状螯合物[1]。

盐水中的Ca2+、Mg2+与树脂发生了如下离子交换过程。

在连续操作中，第一塔作为主塔，除去盐水中绝大多数的钙镁离子，第二塔作为次塔，确保盐水中的钙镁离子降到控制指标以下。当塔内螯合树脂床达到最大吸附能力时，再流出塔的盐水溶液中的钙镁离子量就会急剧增加。因此在螯合树脂床还未达到最大处理能力时，就要对主塔进行再生操作。

树脂的再生机理，可采用以下两个表达式进行分析：（1）钙（镁）型树脂转变成“氢型”树脂，如下：

3 螯合树脂塔再生操作步骤及其作用

螯合树脂再生过程按照操作功能分为9步，即水洗Ⅰ、反洗、酸洗、水洗Ⅱ、碱洗、水洗Ⅲ、静置Ⅰ、盐水置换和静置Ⅱ。

（1）水洗Ⅰ是用纯水将螯合树脂塔内的盐水进行置换，并洗涤树脂表面上附着的少量盐泥、有机物等杂质。

（2）反洗是用较大流量的纯水从树脂塔底部进入，将树脂床层均匀地进行反冲洗，使树脂床层处于完全蓬松状态，同时将树脂床层内破碎的树脂通过漂洗带出树脂塔。

（3）酸洗是用配置的稀盐酸溶液中的H+与螯合树脂吸附的Ca2+、Mg2+等金属离子发生离子交换吸附，依据螯合树脂吸附中心离子的能力大小，可通过盐酸溶液中的H+去交换螯合树脂上吸附的中心离子Ca2+、Mg2+等金属离子，使之成为“氢型”树脂。

（4）水洗Ⅱ是用纯水将树脂塔内酸再生后的酸性废水置换送出，使塔内液体成为中性液体。

（5）碱洗是用配制好的稀NaOH溶液，通过螯合树脂上吸附的中心离子H+与OH-发生酸碱中和反应，生成H2O，使螯合树脂重新恢复为能吸附Ca2+、Mg2+等金属离子的“钠型”树脂。

（6）水洗Ⅲ是用纯水将树脂塔内碱洗后的废水置换送出，使树脂塔内的液体呈弱碱性。

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（7）静置Ⅰ是完成上述螯合树脂再生处理后悬浮在液体中的树脂颗粒通过自然沉降，让树脂床层恢复成高度一致、表面平整的床层。

（8）盐水置换是用塔后的合格二次盐水去置换树脂塔内的再生残留液体，置换盐水由塔下部进液管口送入，从塔顶的出液管道送出，使之恢复到盐水精制正常运行的盐水控制指标状态。

（9）静置Ⅱ是关闭树脂塔上所有的进出口物料阀，让盐水置换后塔内树脂颗粒通过自然静置沉降，使悬浮在盐水中的树脂颗粒自然沉降到螯合树脂床层上，形成表面平整、床层树脂颗粒空隙率均匀的树脂床，等待上线重新投入生产运行。

4 提高螯合树脂塔再生操作过程效率的措施

（1）水洗Ⅰ要使进塔的纯水流速控制在4 BV/h左右。流速低了，纯水分布不均，容易走偏流，会降低水洗效果，流速过高会使纯水压力升高，导致树脂的破损率上升，破坏螯合树脂床层性能的稳定性。

（2）反洗纯水要从塔底部加入纯水，流速控制在6～11 m/h，通过纯水分布器均匀分布，使之能充分搅动树脂床层，让树脂反洗展开率达到50%～100%，洗水从塔顶管路出口排出，洗至出水澄清、无泡沫、无细碎树脂为止。

（3）酸洗要采用高纯盐酸。酸中不能有残余的游离氯存在，采用纯水将31%的盐酸配置成浓度为5.0%～6.0%的稀盐酸，控制流速4～6 m/h，顺流进入螯合树脂塔，酸洗液确保其能均匀分布在树脂床层上，且要稳定流动，不允许出现沟流、偏流等现象，确保H+均能与螯合树脂载体上的中心离子Ca2+、Mg2+等金属离子发生充分的交换反应。也可根据再生运行具体情况设定酸洗时间长短。

（4）水洗Ⅱ纯水流速要维持在4 BV/h左右，流速不宜低于该流速，否则会出现酸洗液置换水洗不均匀现象，置换流速控制在5～10 m/h，洗至出水pH值6.0～7.0时为止[2]。

（5）碱洗是用纯水将31%NaOH的碱液配置成5.0%～6.0%的稀NaOH溶液，顺流进入，同时要控制流速为2～4 m/h，树脂碱洗时间不少于2 h为宜[2]。

（6）水洗Ⅲ是用纯水将碱洗后的残液从树脂床塔内置换送出，控制流速为2～4 m/h，直到树脂床内纯水的pH值为7.0～8.0。

（7）静置Ⅰ要关闭再生树脂塔上所有的物料进出口阀，让经过上述树脂再生处理过程中悬浮在液体中的树脂颗粒通过自然沉降，均匀地沉降在塔内树脂床层上面，要避免外界因素变化引起床层内树脂高度不一、床面不平整的问题。

（8）盐水置换要采用二次精制盐水，盐水流量维持在20 BV/h左右，盐水置换过程中要维持足够的盐水流量，使树脂塔内的盐水指标达到正常运行指标状态。置换后期，需要将置换出塔盐水回收送到一次盐水罐。

（9）静置Ⅱ要比静置Ⅰ的时间要适当延长，主要是因为盐水溶液的密度比纯水密度大，对树脂颗粒的浮力也大，为确保在盐水中悬浮的树脂颗粒能完全沉降在树脂床层表面，使树脂床层的液固界面平整，树脂塔的工作性能恢复正常，等待上线投入生产过程使用。

5 螯合树脂塔运行过程的注意事项

（1）要依据螯合树脂“主塔”、“次塔”出盐水中钙镁离子总含量的变化情况，不定期地对树脂塔进行倍量再生，确保螯合树脂的吸附钙镁离子能力保持在正常吸附能力范围内。

（2）二次盐水精制流量负荷发生改变时，要及时调整再生周期。

（3）螯合树脂在正常运行和反复再生过程中，往往会导致一小部分螯合树脂破碎、中毒和被再生物料带走的异常现象，要根据螯合树脂塔内的实际运行树脂床层高度变化，及时补充塔内的螯合树脂量，使树脂床层高度不低于工艺操作条件要求的高度值。

（4）为了进一步提高螯合树脂塔的工作能力，延长螯合树脂塔的再生周期，要确保进塔一次盐水质量达标。一次盐水中的Ca2++Mg2+总含量要不大于4×10-6，ss（悬浮物）小于1×10-6（Ca、Mg固体物除外），不含游离氯，pH值维持在8～10，TOC（总有机碳）不超过10×10-6，进塔盐水温度控制在（60±5）℃，塔过滤压差要小于0.08 MPa，确保进入主塔的一次盐水流量控制在正常设计范围内，避免一次盐水流量忽高忽低。

6 结语

延长螯合树脂塔再生周期，提高其再生过程效率是岗位操作人员完成工作重要目标，将吸附Ca2+、Mg2+已饱和的螯合树脂通过提高再生操作过程效率，使之尽可能地恢复成吸附Ca2+、Mg2+性能的“钠型”螯合树脂，就需要严格控制螯合树脂塔再生操作各步骤的运行条件，以达到最佳再生效果，从而延长螯合树脂的使用寿命，确保离子膜电解槽生产工艺装置高效、低耗、平稳运行。