连续离子交换的技术介绍

作者：张馨予

厦门福美科技公司的连续离子交换技术已广泛应用于各个领域，特别是各大型食品、制药、稀有贵重金属提取等领域，代表客户如中国科学院过程工程研究所、中国科学院青岛能源所、中国科学院医药研究所、中国广核集团、四川天齐锂业、紫金矿业、石药集团、香港城市大学、厦门大学、北京大学等。

一、技术介绍

连续离子交换技术作为一种完全革新的分离工艺技术，不同于传统的固定床、模拟移动床等分离工艺。它是在借鉴传统的固定床工艺的基础上结合连续逆流系统技术优势开发而成。它可用于分离、提纯以及回收工业料液中的有效组分或脱除杂质。它将传统离子交换工艺中的各个工序集中在一套系统中，不需繁琐操作，重复性强，保证产品具有稳定的纯度和浓度，且大幅降低填料、化学试剂、生产用水等消耗及废水排放量等优势。

连续离子交换的技术介绍

图1：连续离子交换系统局部构造

二、系统结构

连续离子交换及色谱分离系统应用适宜采用转盘式系统，此系统具有独特的结构设计,系统组成如下：

连续离子交换的技术介绍

展开全文

1、主机：包括系统支撑、树脂柱、阀芯。支撑固定部分作为整个连续离交系统的支撑结构，采用均匀分布的形式；阀芯主机作为连续离交的核心部分，采用福美科技自有知识产权多孔分配阀技术，专利密封，用于连接外部物料进出，实现功能分区；树脂柱作为交换容器用于填装树脂（或其他交换载体）；

2、驱动装置：采用高精度伺服电机配合减速装置和定位装置，来实现主机系统多孔阀的精准定位；

3、控制系统：主机系统配备现场控制主机，用于控制主机系统的正常运转，具备运行参数显示带信号输出功能，可远传至中控室进行远程控制；系统全自动控制，可以实现连续进出料，利于上下工艺衔接配合；

4、仪器仪表：用于在线监测系统运行参数，如压力、流量、温度、液位等现场显示仪表及传感，具备信号输出功能，并可选配电导率、糖度计、浊度仪等

5、外围：外围主要包括各储罐、管路、阀门和泵等供料系统

三、系统原理

传统固定床工艺在实际工作过程中，交换树脂床层大致可分为3个区域，即上层全部为已经失效的树脂，我们称之为饱和区；中间部分为交换区，即物料与树脂发生交换的区域；最底层为新鲜树脂，此处树脂未进行交换。在离子交换进行过程中，随着饱和区不断增加，新鲜树脂层不断减少，交换区不断下移直至底部；而为了避免生产过程中物料穿透引起产品纯度等达不到要求，底部必须有一定的新鲜树脂作为保护层防止产品的穿透。固定床运行整个过程只有传质区处于工作状态，饱和区和新鲜树脂区闲置，因此树脂利用率低，而对于一个完整的固定床生产工序，至少包括4个步骤：交换、交换后水洗、再生、再生后水洗，每一个步骤均需等到上一个工序结束后才能进行，且在设备系统中需要配置很多槽口与阀门,这就给生产操作带来很多问题,如泄漏、操作复杂等。另外,固定床还存在包括:吸附剂不能有效利用、再生化学品消耗大、占地面积大、产品浓度低、运行成本高等缺点，对于需更多步骤才能完成的工艺，采用固定床技术则越是显得繁琐与复杂，生产效率低下。

连续离子交换的技术介绍

针对传统固定床工作原理，为了能够实现提高树脂利用率，我们把固定床进行抽象分割成几个小单元，一旦上面的小单元饱和后就移出来进行洗水及再生操作，处理用的新鲜树脂单元又回到交换区底部循环使用，这样大大提高树脂的利用率。为了能够实现树脂单元自动高效的运作，我们采用了全新的系统设计理念，把树脂柱小单元放到一个转盘上，通过转盘的转动来实现切换，而物料通过一个自动旋转分配法控制，把树脂柱分成交换、水洗、再生、再生后水洗等功能区域，将传统固定床的生产工序由时间关系转化为空间关系，当树脂单元到达指定区域就执行相应的工艺过程，这样可以实现每个过程独立进行，而整体工艺成连续运行。

四、系统优势

1、产品成分和浓度保持稳定, 可以有效提高产品料液的纯度和浓度，节省后续工艺成本；

2、由于采用多柱系统，可灵活变更生产工艺流程, 可根据工艺自由调节流体的流向逆流、正进、串联或者并联；

3、可同时去除或者分离具有不同特性的物质，可将复杂的工艺简单化；