Hệ thống sản xuất nước khử khoáng nhà máy đạm phú mỹ

CÔNG TY CỔ PHẦN PHÂN ĐẠM VÀ HOÁ CHẤT DẦU KHÍ

NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

HỆ THỐNG SẢN XUẤT
NƯỚC KHỬ KHOÁNG
NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
Xưởng Phụ Trợ

KHU CÔNG NGHIỆ P PHÚ MỸ 1, HUYỆ N TÂN THÀNH, TỈ NH BÀ RỊ A VŨ NG TÀU

TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
2 / 82

HỆ THỐNG
SẢN XUẤT NƯỚC KHỬ KHOÁNG

NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ




Ngày ban hành Soạn thảo Kiểm tra Phê duyệt
20/09/2007






L.T.Chiến
L.Q.Hưng

TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
3 / 82

NỘI DUNG

Trang
I.
 MỤC ĐÍCH 5
II. CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP 5
III. PHẠM VI ÁP DỤNG 5
IV. TÀI LIỆU VIỆN DẪN 6
V. ĐỊNH NGHĨA-THUẬT NGỮ 6
VI. LÝ THUYẾT CƠ SỞ 6
1. NƯỚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC 6
2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NƯỚC. 8
3. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC KHỬ KHOÁNG 9
4. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC 11
5. CHẤT TRAO ĐỔI ION 15
6. HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION 16
7. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ TRAO ĐỔI ION 21
8. TÁI SINH HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION 22
9. XỬ LÝ BAN ĐẦU NHỰA MỚI 25
10. PHỤC HỒI NHỰA BỊ NHIỄM BẨN 25
11. CÁC HOÁ CHẤT THÔNG DỤNG 26
VII. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 32
1. Các thiết bị chính 32
2. Thiết bị trao đổi ion dương 30PK1001/V1 (A/B/C) 33
3. Thiết bị khử khí 30PK1001/V2 34
4. Thiết bị trao đổi ion âm 30PK1001/V3 36
5. Thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 30PK1001/V4 37
6. Bồn pha loãng axít để tái sinh thiết bị trao đổi ion dương 30PK1001/TK10 38
7. Bồn pha loãng axít để tái sinh thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 30PK1001/TK11 39
8. Bồn định lượng axít để tái sinh thiết bị trao đổi ion dương 30PK1001/TK3 39
9. Bồn định lượng axít để tái sinh thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 30PK1001/TK4 39
10. Bồn định lượng xút để tái sinh thiết bị trao đổi ion âm 30PK1001/TK5 39

11. Bồn định lượng xút để tái sinh thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 30PK1001/TK6 40
12. Bơm nước tái sinh 40
13. Bồn định lượng Natri Sulphit Na
2
SO
3
30PK1001/TK7 40
14. Bể trung hoà 30PK1001/BA1 41
15. Bể cân bằng 30PK1001/BA2 41
16. Bồn chứa axít để trung hoà 30PK1001/TK9 41
17. Bơm định lượng axit để trung hoà nước thải tái sinh 30PK1001/ P8 A/B 41
18. Bồn chứa xút để trung hoà 30PK1001/TK8 41
19. Bơm định lượng xút để trung hoà nước thải tái sinh 30PK1001/ P7 A/B 42
20. Bơm nước thải tái sinh đã trung hoà 30PK1001/ P5 A/B 42
21. Quạt không khí bể trung hoà 30PK1001/ K1 A/B 42
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
4 / 82

22. Bồn chứa khí nén để tái sinh thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 30PK1001/V5 42
23. Các thiết bị đo lường, điều khiển, các loại van 42
VIII. TIÊU HAO HOÁ CHẤT VÀ YÊU CẦU SẢN PHẨM NƯỚC 43
1. Đặc tính của nước cấp (nước thô) 43
2. Tính chất nước khử khí đầu vào thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp. 44

3. Đặc tính nước khử khoáng ra khỏi thiết bị trao đổi ion tầng hỗn hợp 44
4. Các thông số thiết kế khi hệ thống chỉ sử dụng nước thô 45
5. Tiêu hao hoá chất chỉ trong trường hợp chỉ sử dụng nước thô 48
6. Các thông số thiết kế khi hệ thống sử dụng nước hỗn hợp 49
7. Tiêu hao hoá chất trong trường hợp sử dụng nước hỗn hợp 50
IX. NHIỆM VỤ CƯƠNG VỊ VÀ MỐI QUAN HỆ 51
1. Nhiệm vụ 51
2. Mối quan hệ 51
3. Nguyên lý sản xuất 51
4. Dây chuyền công nghệ 52
5. Thiết bị, đường ống phải quản lý 52
X. CHỈ TIÊU KỸ THUẬT NƯỚC KHỬ KHOÁNG 53
XI. QUY TRÌNH KHỞI ĐỘNG HỆ THỐNG 54
1. Công tác chuẩn bị trước khi khởi động 54
2. Quy trình khởi động công đoạn khử ion 54
3. Quy trình khởi động các bình trao đổi ion tầng hỗn hợp 56
XII. QUY TRÌNH TÁI SINH NHỰA TRAO ĐỔI ION 57
1. Các phản ứng hóa học trong quá trình tái sinh hạt nhựa trao đổi ion 57
2. Tái sinh cụm khử ion 57
3. Tái sinh cụm trao đổi tầng hỗn hợp 66
4. Sự khác nhau giữa tái sinh bình thường và tái sinh kép 72
XIII. QUY TRÌNH NGỪNG BÌNH THƯỜNG 73
1. Ngừng bình thường cụm khử ion 73
2. Ngừng bình thường thiết bị trao đổi tầng hỗn hợp 74
XIV. QUY TRÌNH XỬ LÝ SỰ CỐ 75
1. Cụm khử ion 75
2. Cụm trao đổi tầng hỗn hợp 77
XV. SỰ KHÁC NHAU GIỮA QUY TRÌNH ĐÃ BAN HÀNH VÀ THỰC TẾ SẢN XUẤT HIỆN
ĐANG ÁP DỤNG 80


XVI. GIÁM SÁT HỆ THỐNG VẬN HÀNH 81
XVII.CHẾ ĐỘ GIAO NHẬN CA 82




TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
5 / 82

I. MỤC ĐÍCH
Tài liệu này:
• Giới thiệu lý thuyết chuyên môn liên quan đến các quá trình hoá học trong hệ thống xử lý nước
khử khoàng áp dụng tại nhà máy Đạm Phú Mỹ.
• Mô tả các thiết bị chính và nguyên tắc hoạt động, quy trình vận hành của chúng.
• Mô tả từng bước chi tiết trong quy trình xử lý nước khử khoáng từ nước công nghiệp, quy trình
tái sinh hạt nhựa trao đổi ion trong hệ thống xử lý nước khử khoáng áp dụng tại Nhà máy
Đạm Phú Mỹ
.
• Chỉ ra các thông số cần theo dõi, giám sát trong quá trình vận hành các thiết bị của hệ thống
nước khử khoáng nhằm sản xuất đủ khối lượng nước khử khoáng đạt các chỉ tiêu công nghệ
phục vụ sản xuất của nhà máy.
• Giới thiệu các hoá chất sử dụng trong quá trình xử lý nước khử khoáng, cách tồn chứa, vận
chuyển, quy tắc sử dụng an toàn hoá chất, các biện pháp sơ cấ

p cứu khi tai nạn với hoá chất.

II. CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP
• Mục đích của việc khử khoáng nước trong nhà máy Đạm Phú Mỹ là gì?
• Nêu các thiết bị chính, ứng dụng của chúng ?
• Nêu các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình khử khoáng nước công nghiệp ?
• Nêu các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình tái sinh nhựa trao đổi ion dương, âm?
• Tại sao phải lắp thiết bị khử khí trong dây chuyền khử khoáng nước?
• Nêu các thông số vận hành cần theo dõi trong hệ thống khử
khoáng nước?
• Nêu các hoá chất sử dụng để tái sinh hạt nhựa? Các mối nguy hiểm của các hoá chất đó?
• Quá trình tái sinh thường tự động, vậy khi nào thì cần tái sinh thủ công?
• Nước thải tái sinh có cần phải trung hoà không? Tại sao?
• Nêu các bước trung hoà nước thải tái sinh?
• Làm thế nào để vận chuyển, tồn chứa nước khử khoáng?

III. PHẠM VI ÁP DỤNG
Quy trình này áp dụng đối với hệ thống nước khử khoáng trong Xưởng Phụ Trợ Nhà máy Đạm
Phú Mỹ ở điều kiện sản xuất và ngừng máy bình thường.
Quy trình này liên quan mật thiết với Quy trình vận hành hệ thống nước thô, Quy trình vận hành
hệ thống xử lý nước thải.


TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02

Trang
6 / 82

IV. TÀI LIỆU VIỆN DẪN
) Operating manual “Utilities production” Vol.1, Vol.2, Vol.3.
) Utility & Offsite PFD 2098-31-PFD-0010-01’ 2098-31-PID-0031-01~09
V. ĐỊNH NGHĨA-THUẬT NGỮ
) Nước khử khoáng là nước đã được sử lý, loại bỏ phần lớn các ion kim loại, phi kim
thường có trong nước đạt đến các chỉ tiêu kỹ thuật cho việc sản xuất hơi nước.
) Nước thô
là nước công nghiệp.
) Nước ngưng công nghệ
là nước thu được sau khi ngưng tụ hơi từ các quá trình công
nghệ của các xưởng công nghệ.
) Nước ngưng hơi
là nước thu được từ quá trình ngưng tụ trực tiếp hơi nước.
) Nước ngưng tua bin
là nước thu được từ các tua bin hơi nước.
) Tái sinh
là quá trình khôi phục khả năng trao đổi ion của hạt nhựa trao đổi ion bằng Axít
và bazơ.

VI. LÝ THUYẾT CƠ SỞ
1. NƯỚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC.
Phân tử nước H2O do 2 nguyên tử Hydro (H) và 1 nguyên tử Oxy (O) liên kết cộng hoá trị với
nhau dựa trên cặp electron dùng chung. Phân tử H2O được biểu diễn ở dạng đơn giản liên kết
cộng hoá trị như sau:
H : O : H
hoặc
H = O = H

Các phân tử nước lại liên kết với nhau bằng các lực hoá học như liên kết hydro, liên kết tĩnh
điện tạo thành pha lỏng ở điều kiện thường như ta đã biết.
Ở điều kiện thường, nước tinh khiết sôi ở 100
0
C, hoá rắn ở 0
0
C. Nước là chất lỏng không màu,
không mùi, không vị. Ở 4
0
C nước có khối lượng riêng lớn nhất. Nhiệt dung riêng của nước lớn
nhất trong các vật chất rắn lỏng. Vì vậy khi nhiệt độ của nước tăng hoặc giảm thì lượng nhiệt toả
ra hay thu vào cũng lớn nhất. Đây là một đặc điểm có nhiều ứng dụng của nước.
Nước có tính phân ly yếu tạo thành các ion H
+
và ion OH
-
. Nước là dung môi trung tính (pH = 7)
có khả năng hoà tan rất nhiều các hoá chất khác nhau và là thành phần cơ bản của cơ thể sống.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
7 / 82

Nước trong tự nhiên tồn tại ở cả 3 pha, dưới dạng các dung dịch với nhiều loại tạp chất khác
nhau ( các muối kim loại, các hợp chất keo tụ, các hợp chất hữu cơ, các vi sinh vật, tảo…) với

hàm lượng không giống nhau và chiếm trên 70% diện tích bề mặt trái đất: pha rắn (băng ở các
vùng lạnh, ôn đới), Pha lỏng (biển, ao, hồ, sông suối, mạch ngầm…), pha hơi (bay lơ lửng trong
không khí, mây…).
Trong công nghiệ
p nước được sử dụng ở cả dạng thô (không qua sử lý) và cả dạng đã qua xử lý ở
các cấp độ khác nhau tuỳ theo mục đích và quá trình công nghệ.
Nước sông, biển có thể dùng làm nguồn lạnh trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Sau khi qua xử lý
sơ bộ bằng lắng, lọc, trao đổi ion, chưng cất… để thu được nước công nghiệp, nước uống, nước
khử khoáng dùng cho lò hơi, nước nguyên chất…
Nước nguyên chất được sử dụng làm dung môi, chất chuẩn, dùng trong công nghiệp dược…
Nước khử khoáng dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước được sử dụng như một nguồn động lực
để làm quay các tuabin hơi, chưng theo hơi nước (tripping), làm nguyên liệu cho các phản ứng
hoá học…
Nước công nghiệp sử dụng làm nguồn nhiệt nóng, lạnh…trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Nước
công nghiệp còn làm nguyên liệu cho các quá trình xử lý nước để thu nước khử khoáng, nước
nguyên chất.
Nước cứng là nước có tạp chất là các muối hoà tan của kim loại Canxi (Ca), Magie (Mg) ở dạng
ion Ca
2+
, Mg
2+
. Ở nồng độ cao, các muối kim loại này hoà tan kém hơn và kết tủa trên bề mặt
thiết bị truyền dẫn, thiết bị tồn chứa sẽ gây tắc nghẽn các đường ống, giảm khả năng truyền dẫn
nhiệt của thiết bị, làm giảm năng suất và lâu dài sẽ gây hư hỏng thiết bị nghiêm trọng. Do vậy
vấn đề xử lý nước trong công nghiệp luôn được đặ
t ra và nghiên cứu từ lâu. Ở quy mô công
nghiệp, người ta dùng hạt nhựa trao đổi ion dương ROH để trao đổi loại bỏ các ion ion dương
Ca
2+
, Mg

2+
Nước đã khử các ion dương Ca
2+
, Mg
2+
(hoặc còn, nhưng ở nồng độ rất thấp)
được gọi là nước mềm.
Ngoài ra, trong nước công nghiệp cũng thường có Clo tự do Cl
2
, ion Cl
-
(trong hoá chất khử
trùng nước) gây ăn mòn thiết bị kim loại rất mạnh. Do vậy người ta cũng phải loại bỏ chúng
trong nước. Clo tự do Cl
2
được khử thành ion âm Cl
-
trong nước bằng Na
2
SO
3
. Trong các dây
chuyền công nghiệp, các ion âm được loại bỏ bằng nhựa trao đổi ion âm R’OH.
Nhà máy Đạm Phú Mỹ là một đặc trưng về sử dụng nước ở tất cả các dạng nêu trên.



TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
8 / 82

2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NƯỚC.
a) Ứng dụng động lực
Nước được sử dụng như một nguồn động lực từ xa xưa trong lịch sử để làm quay guồng nước
vận chuyển nước tưới tiêu cho đồng ruộng.
Khi xã hội phát triển, nước dùng để quay các tuabin phát điện trong các nhà máy thuỷ điện. Hiện
nay nhiều quốc gia vẫn đang tiếp tục xây dựng nhiều nhà máy điện vì những l
ợi ích lâu dài và lợi
ích môi trường…
Hiện nay nước được xử lý khử khoáng để sản xuất hơi nước. Hơi nước cũng dùng để quay các
tuabin nhưng cho nhiều mục đích khác nhau như làm nguồn động lực dẫn động máy phát điện,
máy nén khí hay bơm…trong công nghiệp.
b) Ứng dụng truyền dẫn nhiệt
Do nhiệt dung riêng lớn - lượng nhiệt toả ra/thu vào để làm cho nước giảm/tăng thêm 1
0
C – nên
nước được dùng làm chất truyền dẫn nhiệt trong công nghiệp. Đặc biệt, hơi nước có áp suất càng
cao thì nhiệt độ càng cao. Đây là một trong những tính chất có ứng dụng kinh tế nhất của nước.
Người ta dùng hơi nước áp suất cao để làm nguồn nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong
các thiết bị phản ứng…Việc khống chế nguồn nhiệt hơi nước rất dễ dàng b
ằng sự thay đổi áp suất
của hơi nước. Nếu không sử dụng hơi nước thì không biết khoa học ứng dụng hiện nay còn đang
ở giai đoạn nào trong lịch sử.
c) Ứng dụng làm tác nhân lạnh

Ngoài dùng làm tác nhân nóng thì nước còn được dùng làm tác nhân lạnh như để lấy nhiệt trong
các thiết bị trao đổi nhiệt.
d) Ứng dụng làm sạch
Nước dùng để hoà tan, xối rửa chất bẩn bám trên bề
mặt các thiết bị, vật dụng rất hiệu quả ngay
cả trong đời sống thường nhật như chúng ta đã biết.
e) Ứng dụng làm nguyên liệu
Nước và hơi nước được dùng làm nguyên liệu trong rất nhiều các phản ứng hoá học.
Trong công nghiệp đạm nước dùng làm nguồn cấp Hydro để sản xuất NH
3
làm thành phần chính
của đạm ( NH
2
)
2
CO.
f) Ứng dụng làm dung môi.
Nước là chất dễ dàng hoà tan nhiều chất khác nhau nên được sử dụng làm dung môi rất tốt trong
công nghiệp hoá chất, công nghiệp dược. Trong công nghiệp tuyển khoáng, nước sử dụng để
dung môi tuyển ( thanh lọc ) được nhiều loại khoáng chất.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
9 / 82

3. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC KHỬ KHOÁNG.
a) Độ pH
Độ pH là một chỉ tiêu quan trọng, nó biểu thị tính chất axit hoặc tính kiềm của nước. Nước
nguyên chất có tính trung hoà, trong nước đó chỉ có khoảng một phần mười triệu phân tử nước
phân ly thành ion H
+
và OH
-
.
Trong nước nguyên chất ở 22
0
C, nồng độ các ion H
+
và OH
-
như sau:
[H
+
] = [OH
-
] = 10
-7
g/l.
Độ pH định nghĩa (tính bằng ) âm logarit cơ số 10 của nồng độ ion H
+
như sau:
pH = -lg[H
+
]
Vậy với nước nguyên chất thì:

pH = -lg[H
+
] = -lg[10
-7
] = +7
Dựa vào độ pH người ta phân nước ra các loại như sau:
Nước có pH < 5,5 là nước có tính chất axit mạnh.
Nước có pH = 5,5 ÷ 6,5 là nước có tính chất axit yếu.
Nước có pH = 6,5 ÷ 7,5 là nước trung tính.
Nước có pH = 7,5 ÷ 8,5 là nước có tính chất kiềm yếu.
Nước có pH > 8,5 là nước có tính chất kiềm mạnh.
Tuỳ theo độ pH mà các axit lẫn trong nước có các cấp phân ly khác nhau. Thí dụ với axit silicxic
H
2
SiO
3
. Khi pH < 7 hầu như không phân ly thành ion, khi 7 < pH < 11, chỉ phân ly ở cấp thứ
nhất theo phương trình phản ứng.
H
2
SiO
3
↔ H
+
+ HSiO
3
-
Khi pH ≥ 11 có phân ly cấp thứ 2:
HSiO
3

↔ H
+
+ SiO
3
2-
Đối với axit cacbonic, khi pH ≤ 4,3, axit không phân ly. Khi pH = 8,3 ÷ 8,4 thì phân ly toàn bộ
theo cấp thứ nhất:
H
2
CO
3
↔ H
+
+ HCO
3
-

Khi pH > 12 thì phân ly hoàn toàn theo cấp thứ 2:
HCO
3
-
↔ H
+
+ CO
3
2-

TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
10 / 82

Tuỳ theo cấp phân ly của axit trong nước có pH khác nhau có thể giúp ta khảo sát quá trình hình
thành cáu cặn trong lò hơi, vì các ion dương có thể liên kết với các ion kim loại hình thành các
chất có độ hoà tan khác nhau.
Ví dụ, trong nước có pH = 8,3 ÷ 8,4, có chứa nhiều ion HCO
3
-
thì khó đóng cáu cặn trong thiết bị
do khi đó sẽ tạo ra Ca (HCO
3
)
2
, Mg(HCO
3
)
2
dễ hoà tan. Ngược lại khi pH > 12 thì lại tạo thành
CaCO
3
, MgCO
3
khó hoà tan bám trên bề mặt thiết bị.

b) Độ cứng của nước

Độ cứng của nước biểu thị nồng độ các ion Ca
2+
và Mg
2+
có trong nước và cũng là khả năng
bám cáu cặn trên bề mặt thiết bị truyền nhiệt, thường đo bằng độ cứng Đức hoặc cứng miligam
đương lượng.
Độ cứng Đức : 1
0
H = 10 mg CaO/lit.
Độ cứng miligam đương lượng: 1 mgd/lit = 20,04 mg Ca
2+
/lit
hoặc 1 mgd/lit = 12,16mg Mg
2+
/lit .
Dựa theo độ cứng có thể chia nước thành các loại như sau:
- Nước rất mềm, độ cứng < 4
0
H
- Nước mềm, độ cứng = 4 ÷ 8
0
H
- Nước bình thường, độ cứng = 8 ÷ 16
0
H
- Nước cứng, độ cứng = 16 ÷ 30
0
H
- Nước rất cứng, độ cứng > 30

0
H
Độ cứng còn chia thành độ cứng tạnm thời và độ cứng vĩnh cửu. Độ cứng tạm thời là độ cứng
của nước gồm cả Ca(HCO
3
)
2
và Mg(HCO
3
)
2
. Độ cứng tạm thời có thể khử được bằng nhiệt độ.
Độ cứng vĩnh cửu không khử được bằng nhiệt độ.
Tổng độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu gọi là độ cứng toàn phần.
c) Độ kiềm
Độ kiềm biểu thị tổng hàm lượng HCO
3
-
, CO
3
2-
, OH
-
và gốc muối của các axit yếu khác. Tuỳ
theo thành phần, có thể chia ra thành độ kiềm bicacbonat (có gốc HCO
3
-
), cacbonat (có gốc
CO
3

2-
), hydrat (có gốc OH
-
), photphat (có gốc PO
4
3-
), silicat (có gốc SiO
3
2-
)… Độ kiềm có ảnh
hưởng xấu đến chất lượng của hơi và tuổi thọ các thiết bị, bề mặt truyền nhiệt.
Ngoài ra người ta đôi khi còn dùng độ cặn hoặc độ khô kết làm một trong các chỉ tiêu của nước.
Độ cặn là tổng hàm lượng các vật chất còn lại sau khi làm cho nước bay hơi hết. Đơn vị đo độ
cặn là mg/lit.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
11 / 82

d) Tác hại của tạp chất
Các tạp chất khí như O
2
, CO
2
, H

2
S…trong nước, hơi nước sẽ tạo thành các axit, gốc axit gây ăn
mòn hoá học và ăn mòn điện hoá các bề mặt kim loại. Thường phải khử bớt các chất khí bằng
cách gia nhiệt theo nguyên lý, nhiệt độ càng cao thì khả năng hoà tan các khí càng giảm. do vậy
khi gia nhiệt nước trong bộ khử khí thì các chất khí tách ra khỏi nước và được thải ra ngoài.
Các tạp chất rắn thì có thể tách ra thành cáu cặn bám vào các bề mặt truyền nhiệt như các bộ hâm
nóng nướ
c, ống sinh hơi, bộ quá nhiệt…gây giảm hiệu suất trao đổi nhiệt và quá nhiệt cục bộ
trong thiết bị, giảm tuổi thọ của thiết bị rất nhanh chóng.
Sở dĩ các tạp chất tách ra được, một mặt vì nhiệt độ tăng cao thì độ hoà tan của một số muối
trong nước giảm xuống, mặt khác khi vận hành, nước dùng để sản xuất hơi liên tục bay hơi, làm
cho n
ồng độ tạp chất tăng dần (do tích luỹ), khi nồng độ tạp chất vượt quá nồng độ bão hoà thì
tách ra, tạo thành cáu cặn trên bề mặt thiết bị. Ngoài ra do tác dụng nhiệt, nhiều tạp chất bị biến
đổi tạo thành chất khó hoà tan, đóng cáu lên bề mặt thiết bị.
Người ta cũng phân ra hai loại cáu cặn: Cáu cặn sơ cấp và cáu cặn thứ cấp.
Cáu cặn sơ cấp là cáu cặn sinh ra l
ập tức bám ngay vào bề mặt thiết bị. Cáu cặn này khó xử lý
loại bỏ khỏi bề mặt thiết bị.
Cáu cặn thứ cấp là cáu cặn do tích tụ lại rồi mới bám lên bề mặt thiết bị. Cáu cặn thứ cấp dễ xử lý
hơn cáu cặn sơ cấp.
Cáu cặn cũng thường mang điện tích và gây ăn mòn điện hoá cục bộ tạo thành các vết lõm, hố

sâu, những kẽ nứt trên đường ống, thiết bị.

4. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC
Để tránh các tác hại của các tạp chất trong nước gây nên đối với lò hơi, người ta thường quy định
các cỉ tiêu chất lượng nước hoặc độ dày lớp cáu cặn cho phép.
Đối với lò hơi năng suất dưới 2 tấn/h, áp suất dưới 16 bar, chiều dày lớp cáu cặn không được quá
1mm, áp suất từ 16 ÷ 22 bar, chiều dày lớp cáu cặn không được quá 0,5 mm.

Đối với lò hơi lớn hơn, nước cấp phải đạt các tiêu chuẩn sau:
-
Độ cứng:
+ Với lò hơi ống lò và ống lửa H
0
≤ 0,5 mgd/l ( Độ cứng theo tiêu chuẩn Đức)
+ Với lò hơi ống nước:
 Áp suất P < 16 bar, H
0
< 0,3 mgd/l
 Áp suất P = 16 ÷ 32 bar, H
0
≤ 0,2 mgd/l
 Áp suất P = 32 ÷ 100 bar, H
0
≤ 0,01 mgd/l
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
12 / 82

 Áp suất P > 100 bar, H
0
≤ 0,005 mgd/l
+ Với lò hơi trục lưu, H

0
≤ 0,001 mgd/l
- Hàm lượng Ôxy trong nước không được vượt quá 0,03 mg/l khi áp suất P ≤ 32 bar và
không vượt quá 0,02 mg/l khi áp suất P > 32 bar.
- Các tạp chất khác cần trong phạm vi cho phép như bảng sau:

Hàm lượng tạp chất cực đại cho phép, mg/l
Áp suất trong
lò hơi, bar
SiO
3
2-
Fe
2+
Cu
2+
Dầu
< 40 - 70 - 3
40 ÷ 100 0,1 35 20 1
>100 0,05 20 10 0,5

Để giảm bớt tác hại của cáu cặn đối với lò hơi, thường dùng các biện pháp sau:
- Hạn chế đến mức tối thiểu các tạp chất trong nước cấp lò hơi, túc là xử lý nước nước khi
đưa vào lò hơi, hay gọi là xử lý nước ngoài lò.
- Dùng biện pháp biến những tạp chất có nhiều khả năng đóng cáu thành những chất rắn
tách ra dưới dạng bùn để dễ dàng thả
i ra ngoài. Biện pháp này còn gọi là xử lý nước trong
lò.
Trước khi đưa nước vào lò hơi có thể tiến hành kết hợp các phương pháp xử lý nước sau:
4.1. Phương pháp lắng lọc:

Có tác dụng khử trực tiếp các hạt bùn có đường kính trên 10
-3
mm (1 phần nghìn mm) hoặc
những hạt keo sau khi đã cho chúng kết hợp lại với nhau.
4.2. Phương pháp xử lý bằng hoá chất kết hợp với lắng lọc:
Có thể dùng vôi Ca(OH)
2

để thực hiện các phản ứng:
Ca(OH)
2

+ Ca(HCO
3
)
2

→ 2CaCO
3
+ 2H
2
O
2Ca(OH)
2

+ Mg(HCO
3
)
2

→ 2CaCO
3
↓ + Mg(OH)
2
↓ + 2H
2
O
Ca(OH)
2

+ MgCl
2



→ Mg(OH)
2

↓ + CaCl
2


Ca(OH)
2

+ MgSO
4

→ Mg(OH)
2

↓ + CaSO
4

Ca(OH)
2

+ CO
2



→ CaCO
3
↓ + H
2
O
Ta thấy như trên chỉ khử được độ cứng cacbonat bằng cách lắng lọc các kết tủa, còn độ cứng
không cacbonat không khử được. Do vậy có thể cho thêm sôđa Na
2
SO
3
.
Có thể dùng xút NaOH, quá trình xảy ra như sau:
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
13 / 82

2NaOH

+ Ca(HCO
3
)
2



→ CaCO
3
↓ + Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
2NaOH

+ Mg(HCO
3

)
2



→ MgCO
3
↓ + Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
2NaOH

+ MgCO
3



→ Mg(OH)
2
↓ + 2Na
2
CO
3

2NaOH

+ MgCl
2



→ Mg(OH)
2
↓ + 2NaCl
2NaOH

+ CO
2



→ Na
2
CO
3
↓ + H
2
O
Sôđa Na
2
SO
3
sinh ra, có thể tiến hành các phản ứng sau:
Na
2
CO

3

+ CaCl
2



→ CaCO
3
↓ + 2NaCl
Na
2
CO
3

+ CaSO
4



→ CaCO
3
↓ + Na
2
SO
4
Đặc điểm của phương pháp dùng xút là có sinh ra sôđa, nó có thể làm mềm độ cứng của canxi.
Nếu lượng sôđa sinh ra vừa đủ là tốt nhất, không đủ thì có thể bổ xung thêm. Do đó còn gọi là
phương pháp xút + sôđa. Nếu thừa ion CO
3

2-
thì đưa thêm vôi, gọi là phương pháp xút + vôi.
Ngoài ra người ta còn dùng một số hoá chất khác như Na
3
PO
4
, BaCO
3
, Ba(OH)
2
, BaAl
2
O
4
…

4.3. Phương pháp xử lý nước bằng trao đổi cation (ion dương)
Cho nước cấp nồi hơi đi qua bình đựng các cationit (hạt nhựa trao đổi ion dương ) như R-Na, R-
H, R-NH
4
…trong đó R- là gốc của cationit không hoà tan trong nước, đóng vai trò là anion (ion
âm) trong nước. Khi đó các cation dễ đóng cáu cặn có trong nước như Ca
2+
, Mg
2+
…sẽ trao đổi
với các cation dễ hoà tan của cationit như Na
+
, H
+

, NH
4
+
… Như vậy các cation dễ đóng cáu cặn
được cationit giữ lại, còn các cation dễ hoà tan theo nước cấp vào lò.
Khi dùng Cationit Natri, phản ứng xảy ra như sau:
2NaR + Ca(HCO
3
)
2
→ CaR
2
+ 2NaHCO
3

2NaR + Mg(HCO
3
)
2
→ MgR
2
+ 2NaHCO
3

2NaR + CaCl
2
→ CaR
2
+ 2NaCl
2NaR + MgCl

2
→ MgR
2
+ 2NaCl
2NaR + CaSO
4
→ CaR
2
+ Na
2
SO
4

2NaR + MgSO
4
→ MgR
2
+ Na
2
SO
4
Khi dùng Cationit Hydro, thì xảy ra phản ứng sau:
2HR + Ca(HCO
3
)
2
→ CaR
2
+ 2CO
2

↑ + 2H
2
O
2HR + Mg(HCO
3
)
2
→ MgR
2
+ 2CO
2
↑ + 2H
2
O
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
14 / 82

2HR + CaCl
2
→ CaR
2
+ 2HCl
2HR + MgSO

4
→ MgR
2
+ H
2
SO
4

Khi dùng Cationit Amôn, thì xảy ra các phản ứng sau:
2NH
4
R + Ca(HCO
3
)
2
→ CaR
2
+ 2NH
4
HCO
3
2NH
4
R + Mg(HCO
3
)
2
→ MgR
2
+ 2NH

4
HCO
3


2NH
4
R + CaCl
2
→ CaR
2
+ 2NH
4
Cl
2NH
4
R + MgSO
4
→ MgR
2
+ (NH
4
)
2
SO
4

Từ các phản ứng trên ta thấy rằng khi dùng cationit thì toàn bộ độ cứng đều được khử, có thể đạt
đến trị số nhỏ, thậm chí tới mức chỉ còn 0,01 ÷ 0,015 mgd/l, song độ kiềm và các thành phần
anion khác có trong nước không thay đổi.

Khi dùng Cationit Hydro thì độ cứng và độ kiềm đều được khử nhưng các anion của các muối
Ca(HCO
3
)
2
, Mg(HCO
3
)
2
, CaCl
2
, MgSO
4
đều tạo thành các axit, không có lợi cho lò hơi, do vậy
người ta thường dùng phối hợp hai phương pháp trao đổi cationit Natri và Hydro.
Khi trao đổi bằng cationit amôn thì lại tạo thành các muối Amôn. Khi đi vào lò hơi thì các muối
amôn sẽ bị phân huỷ thành các hợp chất gây ăn mòn thiết bị:
NH
4
Cl → NH
3
+ HCl
(NH
4
)
2
SO
4
→ 2NH
3

+ H
2
SO
4
Việc tạo ra NH
3
cùng với sự có mặt của Oxy trong nước sẽ gây ăn mòn các hợp kim đồng, do
vậy thường cũng phối hợp cationit amôn với cationit natri.
Sau quá trình phản ứng, các cationit sẽ mất dần khả năng trao đổi cationit. Do vậy phải hoàn
nguyên khả năng trao đổi cation cho các cationit, hay còn gọi là tái sinh hạt nhựa trao đổi ion
dương.
Để hoàn nguyên các cationit natri, thường dùng dung dịch muối NaCl, nồng độ 6 ÷ 8%, theo
phản ứng sau:
CaR
2
+ 2NaCl → 2NaR + CaCl
2
MgR
2
+ 2NaCl → 2NaR + MgCl
2

Với cationit hydro, dùng dung dịch H
2
SO
4
nồng độ 1 ÷ 1,5% hoặc HCl theo phản ứng:
CaR
2
+ H

2
SO
4
→ 2HR + CaSO
4

Với cationit amôn thì dùng các muối amôn, ví dụ:
CaR
2
+ 2NH
4
Cl → 2NH
4
R + CaCl
2
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
15 / 82

Các hợp chất tách ra sau khi hoàn nguyên cần dùng phương pháp rửa ngược để thải ra ngoài.

4.4. Phương pháp xử lý nước bằng trao đổi anion:
Cho nước đi qua lớp anionit R’OH, các phản ứng như sau:
2R’OH + H

2
SO
4
→ R’
2
SO
4
+ H
2
O
R’OH + HCl → R’Cl + H
2
O
Người ta dùng phương pháp này kết hợp phương pháp trao đổi cation ở trên để khử hoàn toàn
các ion có trong nước.
Ngoài ra người ta còn dùng các phương pháp điện trường, từ trường, siêu âm… để xử lý nước.
Nước khử khoáng cấp cho lò hơi cần phải được tiếp tục được xử lý để đảm bảo thu được hơi
nước theo tiêu chuẩn mà không ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ các thiết bị sản sử
dụng hơi nước.
Do vậy người ta còn dùng các biện pháp nhiệt độ và bổ xung hoá chất vào lò hơi để xử lý cặn,
bùn…Các biện pháp nhiệt sẽ được đề cập trong các tài liệu liên quan đến lò hơi.

5. CHẤT TRAO ĐỔI ION
5.1. Phân loại
Dựa vào nguồn gốc và tính chất có thể phân loại các chất trao đổi ion như sau
a) Chất trao đổi ion vô cơ
- Tự nhiên: Khoáng chất Zeolit, Permutit, đất tẩy màu…
- Nhân tạo: Các Zeolit được sản xuất nhân tạo từ đất sét với Na
2
CO

3
, K
2
CO
3
…
b) Chất trao đổi ion hữu cơ
- Tự nhiên: Than nâu, than bùn…bản thân chúng có các nhóm -COOH, -OH…trong
axit Humic có khả năng trao đổi ion kém. Để tăng khả năng trao đổi ion của chúng,
người ta ôxy hoá than nâu, than bùn bằng HNO
3
hoặc sunphô hoá bằng H
2
SO
3
để tạo
thành than sunphô hoá ( còn gọi là lưu hoàng hoá )
- Nhân tạo: Được chia làm 3 loại:
Ion dương, Cationit: có thể trao đổi các ion dương (cation).
Loại axit mạnh có chứa các gốc axit mạnh – SO
3
H.
Loại axit yếu có chứa các gốc axit yếu: -COOH, -OH…
Ion âm, Anionit: Có thể trao đổi ion âm (anion).
Loại kiềm mạnh có chứa các gốc: - N
+
(R)
3
OH, - N
+

(R)
2
.
Loại kiềm yếu có chứa các gốc : - NH
2
, -NHR
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
16 / 82

Các loại nhựa có tác dụng trao đổi ion đặc biệt: Chỉ giữ lại chọn lọc một
vài ion.

6. HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION
6.1. Khái niệm chung

Nhựa trao đổi ion được điều chế bằng các phản ứng polyme hay copolyme hoá dưới dạng các hạt
hình cầu có đường kính khoảng 0,5 mm để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc trong quá trình xử lý
nước.
Hạt nhựa trao đổi ion là hợp chất hữu cơ cao phân tử gồm 2 phần: Phần 1 là khung hữu cơ cao
phân tử có cấu trúc không gian và phần 2 là gốc ion trao đổi. Gốc ion trao đổi lại do 2 thành phần
nhỏ hơn c
ấu thành, một phần gắn chặt vào khung hữu cơ cao phân tử tạo thành một ion cố định
(âm hoặc dương) và một phần là ion linh hoạt, hoạt động có điện tích ngược dấu (dương hoặc

âm). Phần ion linh hoạt chính là phần có thể trao đổi ion.
Để cho ngắn gọn một cách gần đúng, ta có thể coi hạt nhựa trao đổi ion có hai thành phần là ion
trao đổi (H
+
hoặc OH
-
) gắn trên thành phần gốc polyme (R- hoặc R’-). Hạt nhựa trao đổi ion có
phần ion linh hoạt là ion H
+
gọi là hạt nhựa trao đổi ion dương hay Cationit (Cation Resin). Hạt
nhựa trao đổi ion có ion linh hoạt là ion âm OH
-
gọi là hạt nhựa trao đổi ion âm hay Anionit
(Anion Resin).

6.2. Hạt nhựa trao đổi ion dương
Hạt nhựa trao đổi ion dương dùng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ là hợp chất hữu cơ tổng hợp có
tên thương mại Rohm & Haas – Amberlite 120 Na với thành phần chủ yếu là gốc Hydrocacbon
(viết rút gọn là gốc R- ) liên kết yếu với ion H
+
. Hạt nhựa trao đổi ion dương thường được ký
hiệu trong công thức hoá học là RH hoặc R-H.
Trong dung dịch có pH cao, liên kết yếu của ion H+ trong hạt nhựa sẽ bị phân ly tạo thành các
ion H
+
và gốc R- mang điện tích âm. Trong nước có các ion dương Ca
2+
, Mg
2+
…sẽ tạo liên kết

mới với gốc R- mang điện tích âm. Như vậy các hạt nhựa đã “giữ” các ion dương Ca
2+
, Mg
2+

…là thành phần cơ bản làm cứng nước.
Để tăng diện tích tiếp xúc giữa hạt nhựa hữu cơ với nước người ta tổng hợp hạt nhựa trao đổi ion
với kích thước nhỏ phù hợp mà vẫn đảm bảo hiệu suất, công suất thích hợp.





TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
17 / 82

6.3. Hạt nhựa trao đổi ion âm
Hạt nhựa trao đổi ion âm dùng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ là hợp chất hữu cơ tổng hợp có tên
thương mại Rohm & Haas – Amberlite 910 Cl với thành phần chủ yếu là gốc Hydrocacbon (viết
rút gọn là gốc R’- ) liên kết yếu với ion OH
-
. Hạt nhựa trao đổi ion âm thường được ký hiệu trong
công thức hoá học là: R’OH hoặc R’-OH.

Trong dung dịch có pH thấp, liên kết yếu của ion H
-
trong hạt nhựa sẽ bị phân ly tạo thành các
ion OH
-
và gốc R’- mang điện tích dương.
Trong nước có các ion Cl
-
, SO
4
2-
, SO
3
2-
, HCO
3
-
, HSiO
3
-
, CO
3
2-
…sẽ tạo liên kết mới với gốc R-
mang điện tích dương.
Như vậy các hạt nhựa đã “giữ” các ion Cl
-
, SO
4
2-

, SO
3
2-
, HCO
3
-
, HSiO
3
-
, CO
3
2-
…là thành phần
tạp chất cơ bản trong nước.
Trong thực tế các ion HCO
3
-
, CO
3
2-
tồn tại trong nước với nồng độ rất thấp. Trong dung dịch, các
ion HCO
3
-
, CO
3
2-
thường phân ly như sau:
HCO
3

-
+ H
+
→ H
2
O + CO
2
↑
CO
3
2-
+ 2H
+
→ H
2
O + CO
2
↑
Khí CO
2
được đẩy ra khỏi nước bằng thiết bị khử khí trước khi đưa vào thiết bị trao đổi ion âm
để giảm tiêu hao năng lực trao đổi của ion âm.
Đây cũng là lý do người ta thiết kế hệ thống thiết bị khử khoáng nước như sau: thiết bị trao đổi
ion dương, thiết bị khử khí, cuối cùng là thiết bị trao đổi ion âm.

6.4. Tính chất vật lý của hạt nhựa trao đổi ion âm
a) Hình dạng bên ngoài: Hạt nhựa trao đổi ion trong công nghiệp có dạng cầu (trên 90%)
đường kính khoảng 0.5 mm, không màu.
b) Hệ số ngậm nước: Hệ số ngậm nước phản ánh hệ số khe hở mao quản của nhựa. Hệ số
ngậm nước càng lớn thì hệ số liên kết trong hạt nhựa càng nhỏ. Trong quá trình sử dụng,

nếu hệ số này thay đổi thì nói lên hạt nhựa có thể bị h
ư hỏng.
c) Hệ số trương nở: Nhựa trao đổi ion ngâm trong nước sẽ trương nở. Độ trương nở có liên
quan đến độ bền liên kết giữa khung hữu cơ và các nhóm hoạt động, dung lượng trao đổi,
nồng độ chất điện giải, đặc tính trao đổi ion. Hạt nhựa có hệ số trương nở lớn thường dễ
nứt vỡ, hư hỏng.
d)
Tính chịu mài mòn: Tính chịu mài mòn phản ánh cường độ cơ giới của hạt nhựa. Trong
quá trình sử dụng, các hạt nhựa va chạm vào nhau gây bào mòn, nứt vỡ. Đây là chỉ tiêu
quan trọng của hạt nhựa.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
18 / 82

e) Tính hoà tan: Khung cao phân tử dần bị lão hoá, hoà tan trong nước dưới dạng keo. Do
vậy tính hoà tan phản ánh tuổi thọ của hạt nhựa.
f) Tính chịu nhiệt: Hạt nhựa trao đổi ion dương có thể làm việc trong môi trường nước đến
100
0
C. Hạt nhựa trao đổi ion âm có thể chịu được nhiệt độ đến 80
0
C.
g) Tính dẫn điện: Hạt nhựa trao đổi ion khô không dẫn điện.

6.5. Tính chất hoá học của hạt nhựa trao đổi ion
h) Tính axít - kiềm : Hạt nhựa trong nước phân ly yếu làm cho nước có tính axít hoặc tính
kiềm.
i) Tính ổn định hoá học: Tính ổn định hoá học phản ánh khả năng ôxy hoá và quá trình lão
hoá phần khung cao phân tử. Các hạt nhựa khác nhau thì có tính ổn định hoá học khác
nhau.
j) Tính phản ứng thuận nghịch: Phản ứng trao đổi ion có tính chất thuận nghịch, đây là
tính chất hoá học rất quan trọng để tái sinh hạt nhựa trao
đổi ion.
k) Tính chất chọn lọc: Nhựa trao đổi ion có ái lực khác nhau với các ion khác nhau, do vậy
nó có “ưu tiên thứ tự” cho các ion trao đổi.
l) Dung lượng trao đổi ion: Dung lượng trao đổi ion phản ánh khả năng trao đổi được khối
lượng ion là bao nhiêu. Đây là chỉ tiêu quan trọng hàng đầu của hạt nhựa.
Dung lượng trao đổi hoàn toàn (hay dung lượng trao đổi lý thuyết – trao đổi trong điều
kiện thí nghiệm) là khả năng trao đổi hoàn toàn ph
ần ion linh hoạt của hạt nhựa.
Dung lượng trao đổi làm việc là dung lượng trao đổi thực tế trong quá trình làm việc,
chịu ảnh hưởng của điều kiện làm việc thực tế. Các điều kiện thực tế như hàm lượng các
muối hoà tan trong nước, thành phần các muối đó, chiều dày của lớp nhựa, vận tốc nước
vận hành, nhiệt độ nước, phương thức tái sinh, ch
ủng loại hoá chất tái sinh, độ thuần của
hoá chất tái sinh, nồng độ dung dịch tái sinh, vận tốc, nhiệt độ tái sinh…đều có ảnh
hưởng trục tiếp đến dung lượng trao đổi làm việc của hạt nhựa.

6.6. Đặc tính trao đổi ion của hạt nhựa trao đổi ion
6.6.1. Nhựa trao đổi ion [ H
+
] axít mạnh
Các nhóm R-H của nhựa trao đổi ion dương ( Cationit ) mạnh đều có khả năng trao đổi tương đối
mạnh với mọi nhóm cation có trong nước, có thể khử được độ cứng có trong nước đồng thời làm

giảm độ kiềm của nước. Nước ra khỏi cột trao đổi ion dương sẽ có tính axit.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
19 / 82

Thay đổi tính chất của nước ra
Khi trong nước thiên nhiên có các ion Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
đi qua lớp nhựa cationit R-H thì thứ tự
chọn lọc của nhựa cationit đối với các ion trong nước là Ca
2+
> Mg
2+
> Na
+
. Nghĩa là khi nước
đi qua lớp hạt nhựa thì hạt nhựa sẽ ưu tiên giữ Ca
2+
trước, sau đó tới Mg
2+

và Na
+
. Vì vậy thứ tự
các ion trong nước ra sẽ là H
+
, Na
+
, Mg
2+
, Ca
2+
. Thứ tự này không phụ thuộc vào nồng độ
tương đối của các ion này trong nước đầu vào.








Khi nước đi qua lớp nhựa, các ion dương trong nước bị nhựa giữ lại và đồng thời nhựa giải
phóng H
+
.
Theo tính chọn lọc của hạt nhựa, trước khi hạt nhựa bị bão hoà ion Na
+
, các ion H
+
được giải

phóng ra sẽ trung hoà các ion âm ( OH
-
, HCO
3
-
, CO
3
2-
…) làm giảm độ kiềm của nước (pH giảm
xuống).
Do các phản ứng trao đổi không xảy ra tức thời, nên nồng độ ion Na
+
sẽ bắt đầu xuất hiện (điểm
a) và tăng dần lên (do hạt nhựa chọn lọc kém với Na
+
) , tương ứng độ axit giảm mạnh (pH lại bắt
đầu tăng lên). Khi nồng độ Na
+
tương đương với lượng axit mạnh thì nước ra có độ pH trung tính
(điểm b). Khi nước ra có nồng độ ion Na
+
lớn hơn nữa thì nước ra sẽ có tính kiềm ( pH > 7 ) vì
H
+
sinh ra không đủ để trung hoà độ kiềm của nước. Độ kiềm của nước ra tăng cho tới khi bằng
với độ kiềm của nước vào thì nghĩa là hạt nhựa không còn giải phóng H
+
nữa. Toàn bộ hạt nhựa
đã chuyển sang dạng R
2

-Ca, R
2
-Mg, R-Na.
Khi nước ra bắt đầu xuất hiện các ion Mg
2+
và sau đó là Ca
2+
(điểm d trên biểu đồ), nồng độ Na
+
giảm dần đến khi nước ra hoàn toàn giống nước vào thì hạt nhựa hết khả năng trao đổi ion.
Như vậy : Điểm a là điểm cuối của quá trình khử muối hiệu quả.
Điểm d là điểm cuối của quá trình trao đổi ion khử độ cứng của hạt nhựa.

Na
Độ axít
Độ kiềm
a b c d e
Độ axit mạnh
Na
Độ cứng
H1 - Sự thay đổi tính chất của nước ra
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
20 / 82

6.6.2. Trao đổi ion kiềm mạnh (anionit mạnh)
Thứ tự chọn lọc của nhựa anionit R-OH đối với các anion trong nước là SO
4
2-
> NO
3
-
> Cl
-
>
HCO
3
-
> HSiO
3
-
.
Khả năng trao đổi HSiO
3
-
của anionit là kém nhất, vì vậy trong nước ra thường có một lượng nhỏ
ion HSiO
3
-
và tính kiềm yếu.
Nâng cao khả năng khử Silic (Si).

HSiO
3

-
là một trong các nguyên nhân chủ yếu gây nên các vấn đề cáu cặn trong hệ thống hơi
nước sử dụng nước khử khoáng. Do vậy người ta thường coi sự xuất hiện của ion HSiO
3
-
là báo
hiệu sự kết thúc quá trình trao đổi anion. Hay là lớp nhựa đã hết khả năng trao đổi. Nhưng vì lý
do kinh tế mà người ta chấp nhận nước ra có nồng độ ion HSiO
3
-
nhất định và sau đó sẽ được
tiếp tục xử lý để giảm đi tác hại của ion HSiO
3
-
trong nước.
Để nâng cao hiệu quả khử HSiO
3
-
, yêu cầu phải có nhựa anionit mạnh, chất lượng nước vào có
pH thấp và nâng cao hiệu quả quá trình tái sinh hạt nhựa.
a) Yêu cầu chất lượng nước vào.

Khi nước vào có độ pH thấp (tính axit cao), các hợp chất Silic sẽ tồn tại ở dạng ion HSiO
3
-
do
phản ứng trao đổi sau:
R-OH + HSiO
3
-

→ RHSiO
3
-
+ OH
-

Do đó khi nước có độ pH thấp thì cân bằng phản ứng có lợi nghiêng về phía hấp thụ HSiO
3
-
.
Ngoài ra giảm thấp các nồng độ của các ion khác trong nước cũng làm thuận lợi cho quá trình
khử Silic. Do tính chọn lọc của anionit nên thực tế chỉ có nồng độ của ion HCO
3
-
là ảnh hưởng
trực tiếp (xét ở khía cạnh nồng độ các ion ) đến hiệu quả khử Silic nên người ta thường khử ion
HCO
3
-
trước bằng thiết bị đuổi khí CO
2
( Degasifier ) đặt trước thiết bị khử Anion.
b) Yêu cầu đối với điều kiện tái sinh

- Các chất dùng để tái sinh phải là kiềm mạnh.
- Phải dùng dư hoá chất một lượng nhất định nhưng phải khống chế nồng độ dịch tái sinh.
- Nâng cao nhiệt độ tái sinh và tăng thời gian tiếp xúc.
- Nâng cao độ thuần của chất tái sinh.

TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
21 / 82

7. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ TRAO ĐỔI ION
7.1. Nồng độ dung dịch
Sự chênh lệch nồng độ là động lực quá trình khuyếch tán.
Khi nồng độ ion linh động trong nước > 0,003 mol/l, tốc độ khuyếch tán màng của ion rất lớn, sự
khuyếch tán trong hạt nhựa trở thành tốc độ khuyếch tán chung của quá trình trao đổi ion. Quá
trình này xảy ra khi tái sinh hạt nhựa.
Khi nồng độ ion linh động trong nước < 0,003 mol/l, tốc độ khuyếch tán màng nhỏ. Khi đó tốc
độ khuyếch tán này trở thành tốc độ khuyếch tán chung của quá trình trao đổi ion. Quá trình s
ản
xuất nước khử khoáng thuộc dạng này.
Nồng độ ion trong dung dịch cũng ảnh hưởng đến độ trương của hạt nhựa và tốc độ khuyếch tán
mao quản.

7.2. Lưu tốc dung dịch

Nói chung lưu tốc dung dịch không ảnh hưởng đến tốc độ khuyếch tán màng của ion.
7.3. Nhiệt độ dung dịch
Nhiệt độ cao thì tốc độ khuyếch tán màng và mao quản cao. Thông thường nhiệt độ dung dịch

giữ khoảng 20 ÷ 40
0
C. Nhiệt độ không được cao quá giới hạn cho phép của hạt nhựa, không
thấp quá làm giảm tốc độ khuyếch tán của ion.
7.4. Độ liên kết của khung nhựa trao đổi ion
Độ liên kết của hạt nhựa lớn thì đường kính mao quản thường nhỏ, làm giảm tốc độ trao đổi ion.
7.5. Đường kính hạt nhựa
Đường kính hạt nhựa càng nhỏ thì tổng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hạt nhựa và dung dịch
càng cao, chiều dài ống mao quản giảm, do đó tăng độ trao đổi ion mạnh.
Nhưng đường kính hạt nhựa không thể quá nhỏ vì sẽ làm tăng trở lực của tầng nhựa và khi vận
hành thì dễ bị rửa trôi, hạt nhựa thoát ra ngoài.
7.6. Kích thước mao quản
Nhựa có mao quản kích thước lớn thường dùng để xử lý nước có nhiều khoáng hữu cơ. Thường
là hạt nhựa được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp.
Nhựa có mao quản kích thước nhỏ thường dùng để xử lý nước có nhiều khoáng vô cơ. Thường là
hạt nhựa được tổng hợp bằng phương pháp trùng ngưng.
Nói chung nhựa có mao quản lớn thì tốc độ khuyếch tán mao quản cao, tăng tốc
độ trao đổi ion.

TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
22 / 82

8. TÁI SINH HẠT NHỰA TRAO ĐỔI ION

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch. Khi khử ion trong nước, các ion bị nhựa hấp
thụ. Ngược lại, khi tái sinh, các ion này bị dung dịch tái sinh lấy đi khỏi hạt nhựa. Vì thế khi vận
hành hệ thống, hạt nhựa sẽ suy giảm khả năng trao đổi ion đến mức cho bắt đầu cho ra nước đạt
tiêu chuẩn giới hạn. Khi đó ta phải tái sinh để phục hồi khả nă
ng trao đổi ion cho hạt nhựa. Đây
là bước quan trọng trong công nghệ xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion sử dụng hạt nhựa.
Tái sinh tốt hay xấu không những ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng trao đổi làm việc của ion,
chất lượng nước sản phẩm và hiệu quả kinh tế trong sản xuất.
8.1. Phương thức tái sinh
Người ta phân chia phương thức tái sinh theo hướng dòng chảy của dịch tái sinh: Tái sinh thuận
dòng và tái sinh ngược dòng.
8.1.1.Tái sinh thuận dòng
Khi hàm lượng muối khoáng trong nước không lớn, độ cứng của nước không cao thì người ta
thường dùng phương thức tái sinh thuận dòng.
Tái sinh thuận dòng là phương thức tái sinh cho dung dịch tái sinh đi cùng hướng với hướng
dòng chảy của nước khi sản xuất. Thông thường dòng chảy đi từ trên xuống. Phương pháp đơn
giản và hiệu quả kinh t
ế, kỹ thuật cao.








8.1.2.Tái sinh ngược dòng
Tái sinh ngược dòng là phương thức tái sinh mà dung dịch tái sinh đi ngược hướng với hướng
dòng chảy của nước vào trong sản xuất. Trong sản xuất, thông thường nước đi từ trên xuống, khi
tái sinh, dung dịch tái sinh đi từ dưới lên. Khi đó gọi là công nghệ tái sinh chảy ngược tầng cố

định. Khi sản xuất, nước chảy từ dưới lên, khi tái sinh, dung dịch tái sinh đ
i từ trên xuống thì gọi
là công nghệ tầng nổi.
Hướng dòng chảy của nước sản xuất Hướng dòng chảy của dịch tái sinh
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
23 / 82

Kỹ thuật tái sinh ngược dòng được ứng dụng rộng rãi, mở rộng phạm vi thích ứng của trao đổi
ion với hàm lượng ion cao của nước cấp, nâng cao chất lượng nước sản phẩm, giảm tiêu hao hoá
chất.

8.2. Chủng loại và độ thuần của hoá chất tái sinh
Chủng loại của hoá chất trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả tái sinh và giá thành tái sinh.
So sánh 2 hoá chất dùng trong tái sinh hạt nhựa trao đổi ion dương: Axit Clohydric HCl và Axit
Sulphuric.
Xem bảng dưới đây:

Hướng dòng chảy của dịch tái sinh Hướng dòng chảy của nước sản xuất
H2 - Công nghệ tái sinh chảy ngược tầng cố định
H3 - Công nghệ tái sinh tầng nổi
Hướng dòng chảy của dịch tái sinh Hướng dòng chảy của nước sản xuất
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
24 / 82

Thông số so sánh HCl H
2
SO

4
Giá thành Cao Thấp
Hiệu quả tái sinh Cao Thấp
Tạo muối khó xử lý Không Có: CaSO
4
Phương thức có thể áp dụng tái
sinh
Dễ dàng
Khó khăn khi dùng phương
thức chảy ngược từ dưới lên
Tính ăn mòn thiết bị Cao Thấp
Vận chuyển, bảo quản. Khó Dễ
Xử lý sắt (Fe) Được Không
Độ thuần của dịch tái sinh cao, hàm lượng tap chất ít, độ tái sinh của hạt nhựa cao, chất lượng
nước sản phẩm tái sinh tốt. Ảnh hưởng của độ thuần chất tái sinh trong phương pháp tái sinh
ngược đối với hạt nhựa trao đổi ion âm lớn hơn đối với hạt nhựa trao đổi ion dương.
8.3. Lượng dùng chất tái sinh
Lượng chất tái sinh nhiều hay ít ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng trao đổi làm việc của nhựa
sau tái sinh và giá thành nước sản phẩm. Phải cân bằng giữa hiệu quả tái sinh và hiệu quả kinh tế
liên quan đến tiêu hao hoá chất tái sinh.
Lượng dùng chất tái sinh cũng liên quan đến tính chất của hạt nhựa trao đổi ion. Nói chung nhựa
loại mạnh lượng dùng chất tái sinh cao hơn với loại hạt nhựa yếu.
Tái sinh thuận chi
ều tiêu hao lượng chất dùng tái sinh lớn hơn tái sinh ngược chiều.
Nói chung dùng lượng chất tái sinh cao thì nâng cao hiệu quả khử Silic.
8.4. Nồng độ dịch tái sinh
Khi dùng cùng một lượng chất tái sinh nhất định, nồng độ dịch tái sinh (ở một phạm vi nhất
định) càng lớn thì độ tái sinh nhựa sau tái sinh càng cao. Nhưng nồng độ dịch tái sinh quá cao
làm cho thể tích dịch tái sinh giảm, diện tích tiếp xúc bề mặt của hạt nhựa với dịch tái sinh giảm,
nhựa không dễ tiếp xúc đều với dịch tái sinh và đủ thời gian lưu cần thiết.

Tái sinh thuận dòng thường dùng dịch tái sinh nồng
độ cao hơn khi dùng tái sinh ngược dòng.
8.5. Nhiệt độ dịch tái sinh
Nhiệt độ dịch tái sinh cao thì tốc độ khuyếch tán mao quản và khuyếch tán màng cao, tăng hiệu
quả tái sinh. Nhưng nhiệt độ tái sinh không được cao hơn nhiệt độ cho phép của hạt nhựa, tránh
ảnh hưởng tuổi thọ hạt nhựa.
Tái sinh hạt nhựa trao đổi ion dương mạnh dùng axit Clohydric thì không cần gia nhiệt khi tái
sinh. Với tái sinh hạt nhựa trao đổi ion âm mạnh dùng NaOH, nhiệt độ không ảnh hưởng rõ rệt.
TỔNG CÔNG TY DẦU KHÍ VIỆT NAM
CÔNG TY PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT DẦU KHÍ

Mã số tài liệu
G2-30-QT-01-010
Lần ban hành
02
Trang
25 / 82

8.6. Lưu tốc dịch tái sinh
Lưu tốc dịch tái sinh ảnh hưởng đến thời gian tiếp xúc của chất tái sinh và hạt nhựa. Thông
thường lưu tốc dịch tái sinh khoảng từ 4 ÷ 8 m/h.

9. XỬ LÝ BAN ĐẦU NHỰA MỚI
Trong nhựa trao đổi ion thường có một lượng nhỏ hợp chất cao phân tử có phân tử lượng thấp và
đơn thể không tham gia các phản ứng polyme hoá. Cho nên khi mới lần đầu tiếp xúc với các
dung dịch nước, axit, kiềm… chúng sẽ chuyển vào dung dịch, ảnh hưởng xấu đến chất lượng
nước sản phẩm.
Khi đóng gói, vận chuyển cũng có thể làm hạt nhựa bị nhiễm các tạp chất vô cơ cho nên nhự
a
mới trong công nghệ khử khoáng nước cần phải xử lý trước khi sử dụng để nâng cao hoạt tính,

tính ổn định và độ sạch của hạt nhựa.
Các bước xử lý:
Bước 1. Ngâm nhựa mới trong dung dịch NaCl 10% trong thời gian 24 giờ.
Bước 2. Rửa sạch đến khi nước rửa không còn màu vàng.
Bước 3. Rửa lại để khử sạch mùn nhỏ và tạp chất cơ giới lẫn trong nhựa.
Bước 4. Nhựa trao đổi ion dương ngâm trong dung dịch NaOH 2% trong 2 ÷ 4 giờ.
Ngâm nhựa trao đổi ion âm trong dung dịch HCl 5% trong 2 ÷ 4 giờ.
Bước 5. Rửa sạch cho đến khi nước rửa là trung tính.
Bước 6.
Thực hiện lại bước 4 . và bước 5.
Bước 7. Đưa vào sản xuất hoặc dự phòng.

10. PHỤC HỒI NHỰA BỊ NHIỄM BẨN
Hạt nhựa thường bị hai loại nhiễm bẩn:
• Nhiễm bẩn bề mặt do hình thành các kết tủa dạng màng mỏng hoặc cặn mỏng trên bề mặt
hạt nhựa. Các kết tảu chủ yếu do các huyền phù hữu cơ và chất vô cơ trong nước mang
vào
• Nhiễm bẩn bên trong hạt nhựa do các chất hữu cơ và vô cơ ngấm vào bên trong cấu trúc
của hạt nhựa.
Th
ường hạt nhựa trao đổi ion dương bị nhiễm bẩn do các chất vô cơ. Hạt nhựa trao đổi ion âm
nhiễm bẩn do các chất hữu cơ.