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  • 连续离交技术

    连续离交技术

    目前,工业应用的移动床基本上都不是树脂在流动的,而是采用特定的设计模拟树脂流动的过程,所以也叫模拟移动床(SMB)。模拟移动床的工业设备,可按照技术特点分为三个时代的产品。

    第一代产品,树脂柱不动,仅依靠电磁阀组的切换,对料液体系进行分配,从而模拟树脂的流动的模拟移动床,如日本、法国开发的SSMB系统。

    第二代产品,通过转盘系统带动树脂柱转动,来模拟树脂的流动过程的移动床,如美国开发的ISEP、Septor系统。

    这两代产品,都有各自的优缺点.第一代电磁阀切换的模拟移动床设备,需要繁多的电磁阀组及复杂的控制程序,电磁阀随树脂柱的增加而成倍增加,所以这种设备的树脂柱个数一般只做到6个或者8个,树脂效率提高有限。但整套设备日常维护简单,硬件更换容易。出于成本的考虑,这种模拟移动床设备一般用于进料较为简单的色谱分离领域。第二代转盘式的移动床系统,一般可以做成20或者30个树脂柱的设备,树脂效率比第一代系统大幅提高,在进料体系比较复杂的离子交换领域应用比较成功。但是,该系统需要体积庞大的转盘来带动树脂柱的转动,对设备的密封性能要求非常高,如发生泄漏,转盘和阀体的更换非常麻烦,不利于生产管理。

    为了吸收电磁阀切换模拟移动床维护简便以及转盘式移动床树脂效率高的优点,Puritech公司开发出了第三代移动床技术---IONEX连续离交技术。IONEX系统使用一个多功能阀(图1所示)来取代模拟移动床系统繁复的电磁阀组,实现料液的切换分配和交换过程的连续进行,不仅硬件设施变得更为简单,而且控制程序也更加简易,因而生产管理非常便利;同时,IONEX系统保留了转盘式移动床多个树脂柱轻松切换的优点,可以实现40个以上树脂柱的有效切换,而又无需体积巨大的转盘带动,维护方便。所以,IONEX技术实现了设备功能效率与简易性的统一,是新一代的移动床技术。

      1IONEX多功能阀示意图

    2IONEX系统实现连续离子交换过程示意图



    新型连续离子交换系统特点:

    图3:转盘式系统结构设计示意图

    1、此系统由四部分组成:
    (1) 绿色的地面固定部分作为整个系统的支撑结构。
    (2) 当系统进行传动时,树脂罐整体与转盘一起移动,实现阀门切换。
    (3) 阀芯分为上阀芯与下阀芯。 转盘上的树脂柱进出口与阀板中的开口一一对应,经由程序控制每次顺序旋转一定角度。
    (4) 树脂罐安放于转盘之上,可根据物料、生产需求等定制不同尺寸、材质的树脂罐,以满足生产需求。

    2、系统主要部件为系统中间的旋转分配阀和树脂柱转盘,转盘用于摆放树脂柱,一般有若干个一圈排列,与树脂柱一对一连接, 组成 24 柱或 30 柱系统;旋转阀板和指示阀板相应的阀口对应连通,保证物料在适当的时间进入相应的树脂柱,旋转分配阀通过液压实现平面密封,保证多孔阀门不泄露不串料。


  • 连续离交工作原理

    连续离交技术的工作原理

        首先从分析固定床的离子交换过程着手,以说明连续离交工艺技术的特点和优势。图4为典型的固定床离子交换过程示意图。当操作一段时间后,树脂床将分为三段,即饱和区、传质区和新鲜树脂区。随着运行时间的延长,传质区在不断下降,直至床层的底部被传质区穿透后,整个树脂床层失效,然后切换至下一步骤。从这个动态过程可以看出,固定床离交过程存在着树脂的利用率低,整个床层只有传质区的少量树脂在工作,大部分树脂处于非传质的闲置和等待状态;并且,大量的物料或洗脱剂(再生剂)需穿过或浸泡已经失活的树脂层,造成了对树脂的料负荷污染。

        

           

    图4  固定床吸附传质侧面图

        理想的离交过程如图5所示,当树脂床的上层有很少一部分树脂饱和后,则立即将这部分树脂从系统中移出而送去再生,再生后又及时返回补充至传质区。只要移出和补充的速度与传质区的前进速度相匹配,系统就可以实现连续的操作。分析可见,理想过程提高了树脂的工作效率,只用少量的树脂,即可达到和装有大量树脂的固定床同等的工作效果,而且由于树脂饱和后及时进行再生,使得树脂免受长时间物料浸泡带来的污染。


    图5 离交过程拆分图

        连续式离子交换系统正是根据这一理念而设计的。如图6所示,它将固定床传质区横切为若干个小段,每一段做成一个独立的小树脂柱,这些小树脂柱依次排列,和固定床中的情况一样,物料则按照1、2、3、4、5 的顺序依次通过各个小树脂柱(以 12 柱为例,实际工业设备为 20 柱以上)。但不同的是,当7号柱吸附饱和后,可以立即离开吸附区送去再生,而2号柱是已经再生好的新鲜树脂,则补充进入吸附区,从而将一个间歇的过程变成连续的工作过程,效率得到大大的提高。              

        

    图6  连续离交工艺展开图

    连续离交的优点

        1.显著的减少树脂的用量。由于连续离交技术在运行中没有闲置的树脂,充分发挥了树脂的效能,在完成同样生产能力的情况下,树脂用量比固定床大幅降低。根据不同的生产工艺,通常其树脂用量只有固定床的几分之一到十分之一。

        2.减少水和化学品的耗量,减少污水排放。连续离交技术每一步骤中的多个树脂柱可以按照工艺的要求,串联或并联连接,树脂柱之间没有死角。在洗脱和再生操作中,几乎可以按化学计量的理论量进行工作,显著地降低了化学品和水的用量。

        3.提高了产品的收率、纯度和浓度。连续离交技术采用的是小树脂床和逆向流动技术,每一个离交步骤由若干个树脂柱构成,可以根据工艺要求灵活地排列组合,以最大限度地完成离交过程中每一步骤的任务,保证了整个离交过程的收率和纯度的稳定。

        4. 设备紧凑、占地面积空间小,全自动化操作,保证了生产的连续稳定运行,获得高纯度和浓度的产品。