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斜发沸石工业热能系统离子交换除硬研究

作　者: 陈远超
导　师: 王栋
学　校: 大连理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 热力系统斜发沸石除硬动态吸附模型
分类号: TK12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 72次
引　用: 2次
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内容摘要

热力系统的水垢主要是由于硬度离子引起的,结垢对热力系统管道的危害很大。它可以使结垢部位的管道鼓泡局部变形,存在安全隐患,厚结垢层会影响传热正常进行,消耗和浪费能量,致热力系统经济性下降。工业上主要用的化学阻垢法加入药物会带来二次污染,而离子交换所用的传统树脂为有机物不能在高温下使用。斜发沸石作为一种天然无机矿物,高温下稳定性较好,还具有一定耐酸性,且价格低廉、原料易得。可以实现高温下在线除垢,提高工艺流畅性。本文以活化天然斜发沸石为研究对象,根据工业热水系统特点,通过静态和动态实验,进行了主要结垢离子Ca²⁺交换除硬研究,对斜发沸石吸附特性和吸附机理进行了探讨。一、静念实验测定了活化斜发沸石吸附Ca²⁺的浓度等温线和时间等温线,考察了吸附时间、初始浓度、pH、吸附剂量对吸附的影响,并对比了其和分子筛吸附性能的差异。实验发现该吸附过程符合动力学二级模型,活化能Ea 41.89KJ/mol,反应速率随温度升高而加快。在各温度下符合Langmuir吸附等温式,温度变化对最大吸附量影响较小,最大吸附量为60.976mg/g。表明温度越高浓度越大吸附性能越好。计算了ΔH、ΔS、ΔG表明该过程为吸热的熵增反应。各温度下溶液pH变化对吸附效果影响趋势相同,碱性环境下吸附性能优于酸性环境,当pH在4-8范围内吸附量基本不变。4A分子筛各浓度下吸附率较活化斜发沸石小,特别在浓度＜400mg/L时,活化斜发沸石与4A分子吸附率差别较大。二、动态实验采用柱状实验考察了浓度、温度、流速、柱高对穿透曲线的影响。并用Thomas、BDST、Adams、Yoon模型进行了描述。实验发现浓度越低,流速越小,温度越高,柱高越长对动态吸附有利,吸附百分数越大。各吸附模型对动态吸附穿透曲线的拟合都较好,相关系数R大于0.9,不同流速、温度、浓度和温度影响条件下,用yoon和Thomas模型拟合的单位活化斜发沸石吸附量和τ值实验所得数据相近。用BDST模型可以较好的模拟出穿透时间。穿透系数与穿透阻力相关,随着温度升高,浓度变小,柱高变小,流速变大和穿透阻力变小。实验证明利用活化斜发沸石进行热水系统除硬具有良好的工业化应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-22
  1.1 天然斜发沸石性质结构及应用  10-14
    1.1.1 天然沸石性质简介  10
    1.1.2 斜发沸石结构  10-12
    1.1.3 斜发沸石性质  12-13
    1.1.4 斜发沸石应用研究  13-14
  1.2 斜发沸石的改性  14-16
    1.2.1 非骨架元素改性  15
    1.2.2 骨架元素的改性  15-16
  1.3 工业热水系统  16-21
    1.3.1 工业热水系统简介  16
    1.3.2 工业热水系统中硬度离子水垢问题  16-17
    1.3.3 硬度离子水垢形成及影响原因  17-18
    1.3.4 工业除硬技术  18-21
  1.3 本课题任务及意义  21-22
2 实验方法与实验内容  22-27
  2.1 实验仪器、药品  22
    2.1.1 实验材料  22
    2.1.2 主要仪器  22
    2.1.3 主要药品  22
  2.2 实验方法  22-27
    2.2.1 斜发沸石活化实验  22
    2.2.2 静态吸附实验  22-24
    2.2.3 动态吸附实验  24-25
    2.2.4 测定方法  25-27
3 斜发沸石活化结果分析  27-31
  3.1 活化次数选择  27
  3.2 活化后斜发沸石元素及结构分析  27-30
  3.3 小结  30-31
4 静态实验分析结果  31-45
  4.1 活化斜发沸石除硬过程的动力学研究  31-34
  4.2 除硬过程吸附等温线研究  34-37
  4.3 静态吸附影响因素分析  37-43
    4.3.1 正交水平实验数据分析与研究  37-39
    4.3.2 溶液浓度静态影响  39-40
    4.3.3 溶液温度静态影响  40
    4.3.4 溶液pH静态影响  40-41
    4.3.5 不同固液比对活化斜发沸石吸附效果的影响  41-42
    4.3.6 活化斜发沸石与4A分子筛吸附比较  42-43
  4.4 小结  43-45
5 动态实验分析结果  45-63
  5.1 斜发沸石动态吸附影响因素研究  45-52
    5.1.1 不同流速对吸附影响  48-49
    5.1.2 不同原水浓度对吸附影响  49-50
    5.1.3 吸附柱柱高影响  50-51
    5.1.4 吸附柱温度影响  51-52
  5.2 斜发沸石吸附柱动态模型拟合分析  52-62
    5.2.1 Adams-Bohart模型和 Wolborska模型  52-55
    5.2.2 Thomas模型  55-57
    5.2.3 Yoon-Nelson模型  57-58
    5.2.4 BDST模型  58-62
  5.3 小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

斜发沸石工业热能系统离子交换除硬研究

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