以離子交換作水去離子化的實驗及模擬探討

Abstract

隨著電子及微電子工業的快速發展,其製程 中之純水或超純水的需求也更重要,在純水的 過程中,去離水普通是由離子交換樹脂床式產 生,樹脂床式樣設計可分為混合床或陰陽離子 交換床分開操作,本研究將對兩分開式陽離子 換床及陰離子床作實驗及摸擬的探討,使用數 學模型將含一薄膜速率控制線性驅動程式,變 化性的選擇係數,此一模型將可用於多成分陽 離子及陰離子交換系統.在陰離子交換床的摸 擬,將包括除質量傳遞外的中和作用.規劃出之 偏微分式將先轉變成二組聯立常微分方程式再 以Euler數值積分法求解.這些微分方程式屬於非 常陡峭性,因此數值積分所用之增量大小需要非常微小,為減少計算時間及提高計算效能,擬 使用目前PC演算速率最高CPU為586/Pentium的微電 腦,使用此型微電腦也可方便模擬含成分甚多 的離子交換系統.實驗用之交換劑將為強酸陽 性離子交換劑如DOWEX 50W及強鹼性陰離子交換打 劑如DOWEX-1,樹脂大小將為25-50mesh,樹脂床高度將 設為30-50公分,圓柱器直徑定為0.75-1.25公分,流 速將設定在10-25gpm/sq ft.實驗用之輸入水將為普 通自來水或自配備水,其離子總濃度將不超過 500ppm,化學分析擬以傳統法及儀器處理.在不同 床高度及流速作實驗將獲得一連串陽離子交換 床及陰離子交換床的貫穿曲線,這些實驗數據 可用於考證數學模型的可靠性及準確性.此研 究所進行之摸擬及實驗探討可望對去離子化的 製程有深入的瞭解,由摸擬探討成果及選擇性 實驗,可在實用設計上減少裝置成本及操作費 用,改善整個程序使用的經濟效益.