树脂柱技术

1、离子交换树脂柱

离子交换树脂是放置在树脂柱中进行工作的，这有利于发挥它的功能，并便于再生。

国外糖厂树脂柱的有效容积(装载树脂量)一般为3～10m3，直径2.3～3.3m，高3.3～4m，树脂床的高度0.6～2m。树脂柱为立式圆筒形结构，两端密封，能承受一定的工作压力。它通常用钢板焊接制成，内壁整体衬上耐酸、碱的橡胶层，小型树脂柱可全用不锈钢制造。

树脂柱总高度约为树脂层的两倍，以备树脂工作时体积膨胀和防止反洗时树脂被冲走。如果树脂的粒度较大，对通过液体的阻力较小，树脂层可较高，并相应缩小柱体的直径。但如树脂粒度较细，对液体的阻力较大，则树脂层不宜高，以免影响液体的通过，降低它的生产能力。有些装载细颗粒树脂的柱，树脂层的高度只约0.8m，但它的工作周期时间亦较短。

树脂柱的底部装上细孔平板及筛网，树脂放置在筛网之上。一种设计采用三层筛网，分别为60、20、10目，也有采用70目筛，以适应颗粒较小的树脂。有些设计不用筛网，在底部装设有大量微缝小孔的分配器，汇集从树脂床流出的液体。在树脂柱的顶部，装有糖浆入料管及入料分配器，进入的糖浆经过它均匀分布，然后向下通过树脂层，在底部集中排出。在树脂层的上方还有另一套分配器，连接洗水管及再生溶液管，洗水与再生液分别从该处进入，从上向下通过树脂层，到底部排出。底部分配器还连接反冲洗水管，当树脂反洗时，从底部进水，均匀地冲动树脂层，将树脂中夹杂的悬浮物冲走，经顶部分配器排出。另在柱顶部接有压缩空气管，在开始入料前，开入压缩空气将树脂颗粒略为压紧，使形成树脂床。树脂柱底部亦接有压缩空气管，必要时可通过压缩空气反冲树脂层，使其疏松，然后再开水管反洗树脂。柱底部还有树脂装卸管。树脂柱内全部附件及连接管路的材料均为不锈钢，成分通常为1Cr18Ni12Mo2Ti。树脂柱的一种设计如右图。

早期的树脂柱亦有在底部用石英砂作为阻隔树脂的介质(不用筛网)，先放置一层15cm厚的从4～6mm 到6～11mm大小的石英块，在它的上面再装一层15cm 厚的从2.5×1.5mm 到3.5×1.5mm大小的石英砂，上面再装树脂。

树脂柱最主要的规格参数是它装载的树脂量BV(Bed Volume,m3)。树脂柱的处理能力与它的树脂装载量成正比。各种物料的流量和速率以BV或BV/h为计算单位。糖液通过树脂层与树脂接触的时间为通过速度BV/h的倒数，如通过速度为3BV/h，则接触时间为1/3小时；若树脂层高1.2m ，则糖液通过树脂层的流速为6cm/min(按树脂柱横截面计) 。

树脂柱的工作是周期性的，工作效率不够高。近年发展了多种连续工作的装备，只用一个系统，树脂在器内连续地缓慢地移动，流出器外与液体一起用低速泵输送，经过循环管流回器内，在这个循环中顺次进行各项操作；或者分为交换柱和再生柱，连续循环工作。具体的设计有多种，如Higgins系统Asahi系统和双柱系统等。它们已较多地用在水处理和化工行业中，但在制糖工业中还用得较少。加拿大Macdonald 等用小型模拟设备研究了连续离子交换系统在甜菜糖厂的应用，说明它的脱色效果更稳定，树脂的效能可更充分地利用。

2、离子交换树脂柱的工作过程

树脂柱在连续通入糖液时，树脂逐渐吸附了色素和杂质，其性能就逐渐下降，流出糖液的色值逐渐升高。例如，两种原来色值不同(725IU和2900IU)的糖液在分别通过两种不同树脂柱：苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂，通过不同BV数的糖液后的脱色率变化如下表。

通过糖液BV数苯乙烯系树脂丙烯酸系树脂

原色值725 原色值2900 原色值725 原色值2900

0 90 90 90 90

10 84 60 84 75

20 81 53 82 69

30 79 46 81 67

40 77 - 81 -

它说明了，在糖液原色值较高时，树脂性能下降得较快，能处理的糖液总量较少；浅色糖液的处理量则较大。这两类树脂初时的脱色率相同，但苯乙烯系树脂的性能下降较快，而丙烯酸系树脂下降较慢，即较耐污染。树脂柱使用一定时间后，脱色效能不足，就要停下来再生。这个脱色工作时间一般为8～20小时；在处理低色值糖液时可延长到数十小时。停用后各种辅助工作和再生的时间需数小时。离子交换树脂的具体使用过程如下：

（１〕预备工作

将树脂与水混合一起倾入树脂柱中，借助水的浮力使树脂自然沉积，在柱内均匀堆积，密度一致。在准备使用前，先将水排净，然后通入压缩空气，压出余水，并将树脂压成“床”。再生后的树脂亦要用无离子水浸泡，使用前排水和通压缩空气。

（2）入料

树脂柱入料前，先开入约1BV的甜水浸润树脂层，随后开入脱糖时回收的稀糖液及浓糖液，各需时10～15分钟，控制流量速度约为2.5BV/h，使树脂中糖液浓度逐渐升高。这个过程称为上糖或甜化(sweetening)。然后再开入所处理的糖浆，并注意流出液的浓度和色值，当浓度达50～60ºBx和色值符合要求时，即转入正常脱色运行。

（3）正常运行

控制一定的入料速度，使流出糖浆色值符合指标规定。

入料流量速度的数值，视所处理原料的质量及所要求的脱色效果而定。对于已经过澄清处理的原糖回溶糖浆，一般控制2～3BV/h；而对于白糖回溶糖浆，因其本身色值已较低，可用较大流速(如5BV/h)；若流量过高，则脱色效果可能达不到要求。

在运行一段时间后，树脂吸附积聚的杂质较多，脱色能力降低，流出糖液的色值逐渐升高，当达到限定数值时，即停用该柱而转用其他备用树脂柱。

（4）脱糖

在停止入料后，要将树脂床中的糖汁尽量排出，这称为脱糖(desweetening)开入前段回收的浓糖液将树脂层中的脱色糖浆压出，控制流速约2.5BV/h，处理约30分钟。随后开入稀糖液洗出浓糖液至贮箱备用。流速与时间同上。再以无离子水洗出稀糖液，供溶糖之用。约洗20分钟，当洗出液低于浓度0.5ºBx时可弃去。

（5）反洗

从树脂柱底部开入70～80℃的软水(汽凝水)，以4～6BV/h的流速反方向冲洗树脂层，使在工作时被压紧的树脂层松散，并自行按颗粒大小重新铺排成床，增大颗粒之间的空隙，以便于下一步再生时，树脂能与再生液充分接触和进行反应。反洗还可将树脂层中混杂的悬浮物冲走。这项操作通常需要数十分钟，直至洗出液无明显混浊为止。为防止反洗时树脂被冲走而损失，反洗流速不可过大；洗出水通过简单的隔筛(如曲筛或网袋)收回流失的树脂。

树脂反洗后进行再生。如果所处理的糖液含溶解性杂质不多，只是由于运行一段时间后，树脂层被压实，或被悬浮物阻塞而影响糖液通过，树脂仍有较好的交换能力，则在反洗清除悬殊浮物并用无离子水浸渍一段时间后，仍可再入料工作，待下一次反洗后才进行再生，以减少再生剂用量。

3、离子交换树脂的再生

（1）常规的再生处理

离子交换树脂使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为70～80%。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。

树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。

树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理