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          • 連續離交技術

            連續離交技術

            目前,工業應用的移動床基本上都不是樹脂在流動的,而是采用特定的設計模擬樹脂流動的過程,所以也叫模擬移動床(SMB)。模擬移動床的工業設備,可按照技術特點分為三個時代的產品。

            第一代產品,樹脂柱不動,僅依靠電磁閥組的切換,對料液體系進行分配,從而模擬樹脂的流動的模擬移動床,如日本、法國開發的SSMB系統。

            第二代產品,通過轉盤系統帶動樹脂柱轉動,來模擬樹脂的流動過程的移動床,如美國開發的ISEP、Septor系統。

            這兩代產品,都有各自的優缺點.第一代電磁閥切換的模擬移動床設備,需要繁多的電磁閥組及復雜的控制程序,電磁閥隨樹脂柱的增加而成倍增加,所以這種設備的樹脂柱個數一般只做到6個或者8個,樹脂效率提高有限。但整套設備日常維護簡單,硬件更換容易。出于成本的考慮,這種模擬移動床設備一般用于進料較為簡單的色譜分離領域。第二代轉盤式的移動床系統,一般可以做成20或者30個樹脂柱的設備,樹脂效率比第一代系統大幅提高,在進料體系比較復雜的離子交換領域應用比較成功。但是,該系統需要體積龐大的轉盤來帶動樹脂柱的轉動,對設備的密封性能要求非常高,如發生泄漏,轉盤和閥體的更換非常麻煩,不利于生產管理。

            為了吸收電磁閥切換模擬移動床維護簡便以及轉盤式移動床樹脂效率高的優點,Puritech公司開發出了第三代移動床技術---IONEX連續離交技術。IONEX系統使用一個多功能閥(圖1所示)來取代模擬移動床系統繁復的電磁閥組,實現料液的切換分配和交換過程的連續進行,不僅硬件設施變得更為簡單,而且控制程序也更加簡易,因而生產管理非常便利;同時,IONEX系統保留了轉盤式移動床多個樹脂柱輕松切換的優點,可以實現40個以上樹脂柱的有效切換,而又無需體積巨大的轉盤帶動,維護方便。所以,IONEX技術實現了設備功能效率與簡易性的統一,是新一代的移動床技術。

              1IONEX多功能閥示意圖

            2IONEX系統實現連續離子交換過程示意圖



            新型連續離子交換系統特點:

            圖3:轉盤式系統結構設計示意圖

            1、此系統由四部分組成:
            (1) 綠色的地面固定部分作為整個系統的支撐結構。
            (2) 當系統進行傳動時,樹脂罐整體與轉盤一起移動,實現閥門切換。
            (3) 閥芯分為上閥芯與下閥芯。 轉盤上的樹脂柱進出口與閥板中的開口一一對應,經由程序控制每次順序旋轉一定角度。
            (4) 樹脂罐安放于轉盤之上,可根據物料、生產需求等定制不同尺寸、材質的樹脂罐,以滿足生產需求。

            2、系統主要部件為系統中間的旋轉分配閥和樹脂柱轉盤,轉盤用于擺放樹脂柱,一般有若干個一圈排列,與樹脂柱一對一連接, 組成 24 柱或 30 柱系統;旋轉閥板和指示閥板相應的閥口對應連通,保證物料在適當的時間進入相應的樹脂柱,旋轉分配閥通過液壓實現平面密封,保證多孔閥門不泄露不串料。


          • 連續離交工作原理

            連續離交技術的工作原理

                首先從分析固定床的離子交換過程著手,以說明連續離交工藝技術的特點和優勢。圖4為典型的固定床離子交換過程示意圖。當操作一段時間后,樹脂床將分為三段,即飽和區、傳質區和新鮮樹脂區。隨著運行時間的延長,傳質區在不斷下降,直至床層的底部被傳質區穿透后,整個樹脂床層失效,然后切換至下一步驟。從這個動態過程可以看出,固定床離交過程存在著樹脂的利用率低,整個床層只有傳質區的少量樹脂在工作,大部分樹脂處于非傳質的閑置和等待狀態;并且,大量的物料或洗脫劑(再生劑)需穿過或浸泡已經失活的樹脂層,造成了對樹脂的料負荷污染。

                

                   

            圖4  固定床吸附傳質側面圖

                理想的離交過程如圖5所示,當樹脂床的上層有很少一部分樹脂飽和后,則立即將這部分樹脂從系統中移出而送去再生,再生后又及時返回補充至傳質區。只要移出和補充的速度與傳質區的前進速度相匹配,系統就可以實現連續的操作。分析可見,理想過程提高了樹脂的工作效率,只用少量的樹脂,即可達到和裝有大量樹脂的固定床同等的工作效果,而且由于樹脂飽和后及時進行再生,使得樹脂免受長時間物料浸泡帶來的污染。


            圖5 離交過程拆分圖

                連續式離子交換系統正是根據這一理念而設計的。如圖6所示,它將固定床傳質區橫切為若干個小段,每一段做成一個獨立的小樹脂柱,這些小樹脂柱依次排列,和固定床中的情況一樣,物料則按照1、2、3、4、5 的順序依次通過各個小樹脂柱(以 12 柱為例,實際工業設備為 20 柱以上)。但不同的是,當7號柱吸附飽和后,可以立即離開吸附區送去再生,而2號柱是已經再生好的新鮮樹脂,則補充進入吸附區,從而將一個間歇的過程變成連續的工作過程,效率得到大大的提高。              

                

            圖6  連續離交工藝展開圖

            連續離交的優點

                1.顯著的減少樹脂的用量。由于連續離交技術在運行中沒有閑置的樹脂,充分發揮了樹脂的效能,在完成同樣生產能力的情況下,樹脂用量比固定床大幅降低。根據不同的生產工藝,通常其樹脂用量只有固定床的幾分之一到十分之一。

                2.減少水和化學品的耗量,減少污水排放。連續離交技術每一步驟中的多個樹脂柱可以按照工藝的要求,串聯或并聯連接,樹脂柱之間沒有死角。在洗脫和再生操作中,幾乎可以按化學計量的理論量進行工作,顯著地降低了化學品和水的用量。

                3.提高了產品的收率、純度和濃度。連續離交技術采用的是小樹脂床和逆向流動技術,每一個離交步驟由若干個樹脂柱構成,可以根據工藝要求靈活地排列組合,以最大限度地完成離交過程中每一步驟的任務,保證了整個離交過程的收率和純度的穩定。

                4. 設備緊湊、占地面積空間小,全自動化操作,保證了生產的連續穩定運行,獲得高純度和濃度的產品。


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