潛艇的離子交換造水系統原理

Ⅰ 潛水艇排水原理

潛水艇工作原理是基於「浮性定律」(或阿基米德定律)。任何物體在液體中都會受到浮力的作用，浮力的大小等於物體本身所排開液體的重量。當物體的重量大於浮力時它就會下沉;小於浮力時就會上浮;等於浮力時就會懸停在液體中，這兩個力大小相等，但方向正好相反。

潛艇在水中時，這兩種力也都會作用在潛艇上。如上所述，潛艇本身的重量叫做重力，潛艇入水部分所排開海水的重量叫做浮力，要使潛艇下只要使它的重量大於它的浮力就行。

在潛艇上都設有壓載水艙，只要往空的壓載水艙里注水，潛艇就變重了，這時潛艇的重量就會大於它排開水的重量(即大於浮力)，潛艇就逐漸下潛。

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物體在液體中的下沉、上浮兩個動態過程中的受力分析。大家都知道潛水艇是一種軍用艦艇，它可以潛人水下航行，進行偵察和襲擊。

但是對潛水艇的工作原理，有人誤認為:潛水艇浸沒水面後就下沉；直至沉底。其實潛水艇淹沒水中後，排水的體積不再變化，它所受到的浮力就不變，控制它的下潛深度是靠改變水艙的水量(即改變重力)來實現的。當水艙里的水量保持不變時，潛水艇在水下某一深處是處於懸浮狀態而不是沉底。

Ⅱ 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。