文珍琼 2016.9
主题词： 离子交换器 水帽
摘 要： 离子交换器是水处理、制药、制糖行业常见的设备，它主要用于盛装阴阳等各种树脂，让树脂在设备再生、交换，除去介质中各种离子. 离子交换器是一种常见的工业设备，它广泛用于水处理、制药、制糖行业。在整个工艺过程中，离子交换器内部主要介质为阴树脂或阳树脂和原料液，原料液中含有许多有机物如钙、铁、镁、钾、氯等等，因此，当树脂和原料强制运行每20小时后，需要对树脂进行再生，再生的媒介为NaOH和HCL。常规的离交柱设备结构主要由上下封头、筒体、多孔板、孔板加强筋、水帽等各部件组成（见图1.1、图1.2）。
图 1.2
图 1.1
根据 图1.2 我们可以看出，离子交换器按照正常运行工艺为顶部管口进料，由水帽和孔板组合成的布水器将料液均匀分布进入树脂层中与树脂进行交换，当设备运行20小时后停机并进行强制再生，在再生过程中需要有大流量的正洗水对设备内的树脂进行清洗，正洗水的流量一般为进料流量的3倍，因此我们在设计离交柱的时候最先考虑孔板上安装的水帽。
水帽的作用是截留细小的树脂的流失，因为用于制糖的树脂非常昂贵，基本在12万元/吨，树脂的流失对每个企业来说就是成本的增加，所以水帽的选材、缝隙、强度等的设计至关重要。一般水帽的缝隙宽度是被截留树脂最小颗粒的二分之一，缝隙尺寸的大小直接决定了布水器装置的水力分布的均匀性问题。试验表明，缝隙越小，缝隙阻力系数越大；缝隙越大，阻力系数越小，其公式如下:
表1：
序号 | 缝隙面积系数 S% | 缝隙阻力系数ζ |
| 65mn冷轧钢带 1 | 5 | 1030 |
2 | 10 | 257 |
网络节点3 | 15 | 套管头>ca185114 |
4 | 20 | 66 |
5 | 氢氧化锰30 | 25 |
6 | 40 | 12 |
| | |
水帽的缝隙面积与设备的总流量密切相连，在设计中我们计算水帽的数量按照以下步骤进行：
1.水帽流量的确定
常规的水帽外径为53mm，高28mm，缝隙0.2-0.25mm，最大运行流量为1.0t/h。这种水帽的面积系数为：0.143，流通面积为：666.3mm2，可以算出缝隙的流速是：0.417m/sec。如果缝隙为.02mm，则面积系数为：0.118，流通面积为：550mm2。如果我们还是定义水帽的流量是一吨，那么缝隙流速则增加为：0.505m/sec。
2.管道直径的确定
体积流量（Q）＝ 流速（v）×管道截面积（A）。
假定我们的进料量为60m3/h,物料粘度为8000cps.管道流速为20m/s,
环视制作者
物料进口管道直径为:
A=Q/v=10800mm2
A=(Di/2)2xπ
Di=117.5mm
管道圆整为：DN125 ( 接管尺寸：φ133*6mm).
反洗进水的流量为180m3/h，管道流速为20m/s,
进水管道直径为：
A=Q/v=32400mm2
A=(Di/2)2xπ
Di=203mm
管道圆整为：DN200 ( 接管尺寸：φ219*6mm).
常规的离交柱设计都是将物料进口和正洗水进口合并成一个管口，过滤的水帽的强度是一
个固定值，如果我们按照物料进口流量来设置水帽的数量，那么在反洗时，大水量的冲洗必定会对水帽造成损伤，特别是在进口管辐射半径内的水帽损伤更为严重，见图1.3、图1.4.
图 1.3 图1.4
由此可见，受损面积较大，水帽受损后会导致大量树脂流失，加重企业的生产成本。经过不断的讨论，我们设计了一个可行的方案，将正洗水进口移至布水器装置下面，详见 图1.5.
图 1.5
为了防止在设备正常运行中树脂通过正洗管道流失，我们还在分支口设置了防树脂流失装置。经过试验，我们还发现设备管口移动后，在正洗进水过程中，不但保护了水帽，还对水帽有喷淋冲洗的作用，延长了离子交换器设备的使用寿命 。
