連續(xù)離子交換技術(shù)

    連續(xù)離子交換技術(shù)可用于分離、精制和回收各種工業(yè)用水及其他溶液中的特定有效物質(zhì)及有害物質(zhì)，連續(xù)離子交換系統(tǒng)可使用傳統(tǒng)的吸附劑，如：離子交換樹脂、活性炭及合成吸附劑等。由于連續(xù)離子交換系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行，不需要設(shè)置備用設(shè)備；離子交換樹脂再生時(shí)也不必中斷正常的生產(chǎn)。由于多柱吸附以及在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行，可以處理雜質(zhì)濃度較高的物料，保證產(chǎn)品具有穩(wěn)定的成分和濃度。同時(shí)，因非活性樹脂用量的減少及采用多通道逆向流動(dòng)再生方式，離子交換樹脂的用量及再生劑和洗滌水的消耗量可大大減少。因?yàn)槟苁苟嗉?jí)分離步驟同時(shí)進(jìn)行，所以越是復(fù)雜的分離過程，越能發(fā)揮其優(yōu)越性。
一、連續(xù)離子交換技術(shù)特點(diǎn)
1）、由于連續(xù)運(yùn)行，吸附或者離子交換后的產(chǎn)品成分和濃度保持穩(wěn)定。
2）、因連續(xù)生產(chǎn)，不需要重復(fù)的設(shè)備，為了再生不需要停止運(yùn)行。同時(shí)，投資費(fèi)用少，維修簡(jiǎn)單。
3）、相對(duì)固定床系統(tǒng)，樹脂用量可減少50-90%。由于采用逆流再生方式和接近當(dāng)量比的再生劑，使再生劑的用量大幅度減少，洗滌水的用量最高可節(jié)約50-70%。
4）、同時(shí)可去除或者分離具有不同特性的物質(zhì)，因此可將復(fù)雜的工藝簡(jiǎn)單化。
5）、由于設(shè)備緊湊，易于安裝在任何位置，易與原生產(chǎn)過程和設(shè)備匹配。
6）、根據(jù)生產(chǎn)過程的需要隨流入流體的質(zhì)量和流量的變化可自動(dòng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度。因此能保證經(jīng)濟(jì)上最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
7）、根據(jù)生產(chǎn)過程的便利，使流體的流向可聯(lián)接成逆流或者并流方式。

二、連續(xù)離子交換系統(tǒng)的工作原理描述
根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)盤以一定速度旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)位于其中心的閥體（旋轉(zhuǎn)閥和指示閥）一起轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤上的離交柱與旋轉(zhuǎn)閥由剛性管連接。指示閥通過較短的金屬軟管與外部供料系統(tǒng)一一對(duì)應(yīng)連接。實(shí)際的工藝操作在樹脂柱內(nèi)完成。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)盤、樹脂柱、柱與閥間的管路、旋轉(zhuǎn)閥作為一個(gè)整體一直向右（從上往下）連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)備運(yùn)行過程中，指示閥與驅(qū)動(dòng)閥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度后，指示閥反轉(zhuǎn)回到下一個(gè)閥口的位置，每次轉(zhuǎn)過的角度取決于閥口的數(shù)量（360°/n），系統(tǒng)一直重復(fù)下去。
三、 連續(xù)離子交換系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)描述
為實(shí)現(xiàn)每個(gè)區(qū)域不用的工藝目標(biāo)，不同區(qū)域在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)工藝要求比較方便的進(jìn)行如下各方式設(shè)計(jì)：
1、串聯(lián)流程
串聯(lián)流程是指將多個(gè)閥孔(對(duì)應(yīng)同等數(shù)量的樹脂柱)串在一起，形成單柱床或多柱床。
2、并聯(lián)流程
使用并聯(lián)有利于克服流速高時(shí)產(chǎn)生的大壓降，將多個(gè)管口(柱位)并聯(lián)成一個(gè)匯聚點(diǎn)再均衡分配。
3、料液頂洗
用少量的產(chǎn)品溶液置換樹脂柱內(nèi)空隙間的水(可帶入產(chǎn)品中) ，這樣可以避免稀釋產(chǎn)品，同時(shí)可回用水，節(jié)約系統(tǒng)總耗水量。
4、單柱內(nèi)逆流進(jìn)料
單柱內(nèi)逆流進(jìn)料可以很方便的從樹脂柱頂部去除固體懸浮物，疏松樹脂，防止結(jié)塊。
5、系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)回用
系統(tǒng)內(nèi)各步洗水及再生試劑可以在系統(tǒng)內(nèi)直接回用，相應(yīng)減少水、化學(xué)試劑的耗量。

四、連續(xù)離子交換系統(tǒng)的工藝流程例舉
如下圖所示，3~9#為吸附區(qū)域，料液在3、4#位并聯(lián)進(jìn)入系統(tǒng)，利用樹脂對(duì)各種組分吸附能力的不同，在固定相（樹脂）不斷移動(dòng)的過程中，產(chǎn)品和其他組分得到了分離純化。1~2#為吸附水洗區(qū)域，在1#位，采用去離子水對(duì)吸附飽和的樹脂進(jìn)行水洗，使樹脂間隙內(nèi)的產(chǎn)品和其他未被吸附物質(zhì)留出，以保證產(chǎn)品解析時(shí)的純度；由于洗滌下來的液體還含有產(chǎn)品，水洗液同3、4#流出液混合后再進(jìn)入二級(jí)吸附區(qū)域，以保證產(chǎn)品的收率。20#為ER（夾帶排除）區(qū)，采用解析的產(chǎn)品將樹脂間隙內(nèi)的水頂出，以保證解析時(shí)產(chǎn)品的濃度不被稀釋。14~19為解析區(qū)域產(chǎn)品在18、19#位得到收集。12~13#為解析水洗區(qū)，其流出液還含有大量未被利用的解析溶劑和洗滌下來的產(chǎn)品，為了提供溶劑的利用效率及提高產(chǎn)品收率，洗滌水同14、15#流出液混合后進(jìn)入二級(jí)解析區(qū)域。10~12#為再生區(qū)域，采用的再生劑根據(jù)樹脂的型號(hào)來決定，本工藝中主要采用酸堿再生。
由于每個(gè)柱都能得到充分的利用，可保證每個(gè)進(jìn)入下一區(qū)域的柱都能達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)，可使得產(chǎn)品與雜質(zhì)完全分離，產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高；解析時(shí)產(chǎn)品得到完全的解析，并通過ER（夾帶排除）區(qū)保證解析產(chǎn)品的濃度，有利于后工序的濃縮。
 

五、綜述
利用連續(xù)離子交換與色譜技術(shù)純化物質(zhì)，具有如下優(yōu)勢(shì)：
1、 使產(chǎn)物得到徹底分離，產(chǎn)品質(zhì)量提高；
2、 生產(chǎn)收率得到提高；
3、 得到的產(chǎn)品濃度提高，降低后工序的生產(chǎn)成本；
4、 大量減少溶劑、水的消耗，降低生產(chǎn)成本；
5、 固定相（樹脂）減少50%以上，廠房面積減少。

附件1：StarSep設(shè)計(jì)原理圖
 

附件2：StarSep的連續(xù)離子交換的轉(zhuǎn)動(dòng)原理