固定床离子交换操作指南

固定床离子交换操作指南

一、离子交换基本原理：

1.阳离子交换：

1)阳离子交的基本原理：利用氢型的阳离子交换树脂吸附料液中的铁、

钙等阳离子，从而达到去除料液中的金属阳离子，净化料液的目的。

再用强酸（比如HCL）将阳离子树脂吸附的金属阳离子置换出来，使

阳离子树脂转化为氢型。

2)阳离子交换的基本过程：阳离子树脂交换过程包括吸附和解析两个过

程，吸附和解析是同时发生的一个可逆化学反应。

R-H + Na+R-Na + H+

离交（吸附）：当化学平衡向右移动，Na+（此处泛指金属阳离子）被吸附，H+被释放，这个过程我们称之为离交。

再生（解析）：当化学平衡向左移动，H+被吸附，Na+（此处泛指金属阳离子）被释放，这个过程我们称之为再生。

2.阴离子交换：

1)阴离子交换的基本原理：利用氢氧型的阴离子交换树脂吸附料液中的

Cl-、SO42-等阴离子，从而达到去除料液中的阴离子净化料液的目的。

再用强碱（比如NaOH）将阴离子树脂吸附的Cl-、SO42-等阴离子置换

出来，使阴离子树脂转化为氢氧型

2)阴离子交换的基本过程：阴离子树脂交换过程包括吸附和解析两个过

程，吸附和解析是同时发生的一个可逆化学反应。

R-OH + Cl-R- Cl + OH-

离交（吸附）：当化学平衡向右移动，Cl-（此处泛指阴离子）被吸附，OH-被释放，这个过程我们称之为离交。

再生（解析）：当化学平衡向左移动，OH-被吸附，Cl-（此处泛指阴离子）被释放，这个过程我们称之为再生。

二、柠檬酸工厂离子交换工序的目的

1.阳离交：去除金属阳离子，净化料液，保证产品质量。

2.阴离交：去除阴离子，进一步净化料液，保证产品质量，保护后续蒸发结

晶等不锈钢设备的安全。

三、柠檬酸工厂离子交换的单元操作

离子交换过程包括如下操作过程：树脂预处理、树脂复活处理、再生离交循环等操作过程。具体如下（树脂预处理、树脂复活处理在此不予表述）：

(一)阳离子交换单元操作

以下所有操作过程均是在离交柱中已充满水，排空阀处于关闭状态且无

泄漏的情况下进行的。离交柱在刚装填树脂后要进行树脂预处理的工作，在该过程中，需手动打开各小柱的排气阀门，当气泡出尽时及时关闭出

气阀（从低到高依次关闭）。

1.再生：经过清洗好的阳离子树脂我们需要对其进行再生，解析掉其吸附的

杂质金属阳离子，恢复为H+型，以恢复其交换能力。

1)再生剂配置：阳离子树脂再生需要使用2N盐酸。

a)配置操作：

开启罐区的盐酸泵往MS-0427A加盐酸

打开水阀往MS-0427A加水

开启压缩空气阀，进行风力搅拌

调节加水和盐酸的流量，将盐酸的浓度调节到7%（W/W）左右。

配到MS-0427A 90%的液位停止配盐酸（停盐酸泵、水、压缩空气）

b)浓度化验：2N盐酸的质量百分比浓度为7%（W/W）,可以直接用

0.1526N的NaOH进行滴定化验，消耗13.1毫升即为2N的盐酸。

2)再生操作：

a)开启该柱的排污阀（至MS-0428），打开进盐酸阀(再一次的检查确

认阀门是在正确的位置上，因为一旦阀门开错位置后果将很严

重！！！)。

b)设定盐酸流量为2.5M3/hr，启动盐酸泵开始进盐酸。

c)待出口盐酸浓度达到1.6N（进口浓度的80%）时，停止进盐酸（此

时盐酸总用量约4M3，约1.5小时后从出口取样阀取盐酸样，用

0.1526N的NaOH进行滴定，消耗约10.5毫升），关闭进盐酸阀，

关闭排污阀。此处特别注意：

控制流速2.5M3/hr

出口盐酸浓度达到1.6N即停止通盐酸，至于总用量、时间均为参考值，需要根据实际操作的情况进行调整（便于确定取样时

间点）

d)浸泡0.5hr

e)清洗

开启该柱排污阀，开启该柱进水阀

启动水泵供水（使用MS-0427B罐的软水），进行再生后的清洗（此为正洗，即水从上向下经过树脂层）。

清洗至出口水样的PH大于6时，即清洗完成，关闭进水阀、排污阀，该柱再生完毕，备用。（注意，由于我们有时使用蒸发系

统的冷凝水进行清洗，而冷凝水的PH值有时较低，所以有时出

口水样的PH值永远也不可能大于6，这时要求出口水样的PH

值接近进水的PH值，同时出口水样CL-含量低于100ppm，视

为清洗完成）。

2.离交：经过再生处理并清洗好的阳离交柱按照需要可以投入离交使用。整

个离交过程包括排水离交、正常离交、饱和判定、水压残酸、正洗、反洗等过程。

1）排水离交：

a)开启该柱CA进料阀，开启该柱排污阀，确认阀门状态正确后开启

进料泵（来自MS-0426），进料挤水。

b)不断在出口取样阀取样，当出液酸度大于0.5%（PH约小于4）时，

关闭排污阀，开启淡酸出料阀（至MS-0426）

c)继续不断在出口取样阀取样，用黄血盐法进行判定铁离子是否合格

（取10mL样液于比色管中，加0.1%黄血盐溶液2滴，样液不呈蓝

色，视为合格）

如果出料铁离子不合格，则继续回料至MS-0426

如果出料铁离子合格，则关闭淡酸出料阀，开启浓酸出料阀（至MS-0427C），正常离交运行。

2）正常离交：正常离交过程中，要经常取样检测出料口阳离交液的铁离子（黄血盐法）。如果铁离子检测不合格，我们称之为铁离子漏出，阳树脂饱和。具体取样频率根据实际操作进行调整（根据经验一组柱子大概可以使用多长时间，提前加大检测频率），一般前期时间间隔稍长，后期要增加取样的频率。正常离交过程中有如下注意事项： 确保离交柱中充满CA料液，严禁树脂露空，造成料液短路。

严禁反向进料或进水，如果反向进料进水会造成树脂乱层，离交柱马上饱和。

如果由于供料或其他原因，中途停止离交，容易造成树脂假饱和（树脂还有吸附能力，但出料铁离子漏出），在恢复进料离交时，

要先回流至MS-0426，待出料通过铁离子检测后再切换为正常离

交。

一般来说料液清澈透明的，铁离子合格；如果颜色稍有变化，说明铁离子不合格，这可以作为目测辅助检验，但不能代替黄血盐

法的检测。

3）水压残酸：当树脂饱和后（检出出口料液铁离子超标），我们需要停止进料，进行水压残酸操作，以回收柠檬酸，减少浪费，保证收率。

a)关闭该柱CA进料阀，关闭浓酸出料阀，停止进料、出料。

b)开启淡酸出料阀，开启进水阀进水，用水将柱内的柠檬酸溶液挤至

MS-0426。

c)在水压残酸过程中不断取样检测CA浓度，当酸度低于0.5%时，关

闭淡酸出料阀，水压残酸结束，进入下一步操作。

4）正洗：水从上至下通过树脂层洗涤树脂称为正洗，水压残酸结束后进入正洗。开启该柱排污阀，进水洗树脂至出水基本清亮为止，关

闭排污阀。

5）反洗：水从下至上通过树脂层洗涤树脂称为反洗，正洗结束后要进行反洗以疏松树脂层及冲出杂物（比如粉末活性炭等）。

关闭正向控制阀，开启反向控制阀，通过出料管道反向向树脂柱进水

开启该树脂柱最上方的排空阀，通过该阀排放反洗污水。

清洗至出水基本清亮为止，关闭排空阀，关闭进水阀

反洗过程中要注意水的流量，避免树脂被冲出

反洗结束，可以进行再生

(二)阴离子交换单元操作

1.再生：经过清洗好的阴离子树脂我们需要对其进行再生，解析掉其吸

附的杂质阴离子，恢复为OH-型，以恢复其交换能力。

1)再生剂配置：阴离子树脂再生需要使用1N烧碱溶液。

开启罐区的烧碱泵往MS-0432中加浓碱，每罐加10%左右的液位

打开水阀往MS-0432加水至90%液位

加水的同时开启压缩空气阀，进行风力搅拌

测定烧碱浓度，微量调节烧碱或水量，控制浓度在4%（W/W）左右备用。

c)浓度化验：1N烧碱的质量百分比浓度为4%（W/W）,可以直接用1N

的HCL进行滴定化验，消耗1毫升即为1N烧碱。

2)再生操作：

a)开启该柱的排污阀（至MS-0428），打开进烧碱阀（此时该柱其他

所有阀门均处于关闭状态)。

b)启动烧碱泵PP-0432开始进“回收烧碱”，利用“回收烧碱”进行预

再生。

c)待“回收烧碱”全部进完后，停烧碱泵（此时需立即进行“新鲜烧

碱”的配制），打开排空阀，将柱内的液体全部排空。

d)关闭排污阀，进“新鲜烧碱”，当液位达到淹没所有树脂时（视镜观

察），关闭排空阀，继续进烧碱，边进边出。

e)待出口烧碱度达到0.8N（进口浓度的80%）时，停止进烧碱（此时

将碱罐MS-0432中的所有“新鲜烧碱”全部进完，“新鲜烧碱”总

用量约14M3，出口取样阀取烧碱样，用1N的HCL进行滴定，消

耗约0.8毫升），关闭进烧碱阀，关闭排污阀。

f)浸泡1hr

g)清洗及烧碱回收

开启该柱烧碱回流阀（回流至MS-0432），开启该柱进水阀，用水将烧碱挤至MS-0432，当MS-0432液位达到90%时停止烧碱

回收，这时MS-0432中的烧碱称之为“回收烧碱”，将在下一个

柱再生时首先使用。

烧碱回收完毕，关闭烧碱回流阀，开启排污阀，进行再生后的清洗（此为正洗，即水从上向下经过树脂层）。

清洗至出口水样的PH值至8～9时，即清洗完成，关闭进水阀、排污阀，该柱再生完毕，备用。（注意，由于我们使用蒸发系统

的冷凝水进行清洗，而冷凝水的PH值有时较低，所以有时出口

水样的PH值会小于8，这时要求出口水样CL-、SO42-检测达

标视为清洗完成）。

2.离交：经过再生处理并清洗好的阳离交柱按照需要可以投入离交使用。

整个离交过程包括排水离交、正常离交、饱和判定、水压残酸、正洗、反洗等过程。

1）排水离交：

a)开启该柱CA进料阀，开启该柱排污阀，确认阀门状态正确后开

启进料泵（来自MS-0427C），进料挤水。

b)不断在出口取样阀取样，当出液酸度大于0.5%（PH约小于4）

时，关闭排污阀。

2）正常离交：

a)串联离交：关闭主供料阀，通过另一台阴离交柱出料管路向该柱

供料，这称为“串联离交”（比如通过A柱向B柱供料，我们

称A柱为“离交柱”，B柱为“保险柱”，目的是为了充分利用

A柱树脂的吸附能力，让其树脂充分饱和，同时确保阴离交液

合格）。

继续不断在“离交柱”出口取样阀取样，用限量定性快速判定阴离交液硫酸根、氯离子是否合格（取阴离交液25mL，

加入50g/L BaCl2两滴，不得有乳白色混浊出现，否则说明

硫酸根超标；取阴离交液10mL，加入0.1mol/L AgNO3 溶

液两滴，不得有乳白色混浊出现，否则说明氯离子超标）。

同时需同样方法监控“保险柱”出液质量（一般来说当“离

交柱”未饱和前，“保险柱”的出液是合格的）。

当检测出“离交柱”出料氯离子、硫酸根均超标时（一般来说氯离子先超标，此时“保险柱”出液任然合格），我们认

为“离交柱”树脂已饱和，停止“离交柱”进料。

b)单柱离交：当仅有一台柱可以投入离交运行时，也可以单柱进料

正常离交。但由于没有保险柱，为保证离交液合格，在离交过

程中，一要降低进料流量，二要加大取样检测频率。正常离交

过程中有如下注意事项：

确保离交柱中充满CA料液，严禁树脂露空，造成料液短路。 严禁反向进料或进水，如果反向进料进水会造成树脂乱层，离交柱马上饱和。

3）水压残酸：当树脂饱和后，我们需要停止进料，进行水压残酸操作，以回收柠檬酸，减少浪费，保证收率。

a)关闭该柱CA进料阀，开启压缩空气阀，将该柱浓料液通过串联

管路压至“保险柱”，关闭压缩空气阀。

b)打开排空阀，进水阀，进水至淹没树脂（视镜观察），关闭排空

阀，继续进水，用水继续清洗、挤出该柱的CA，挤出的淡CA

液继续通过串联管路进至“保险柱”。

c)在水压残酸过程中不断取样检测CA浓度，当酸度低于0.5%时，

水压残酸结束，关闭串通管路阀门，进入下一步操作。

4）正洗：水压残酸结束后进入正洗。开启该柱排污阀，进水洗树脂至出水基本清亮为止，关闭排污阀。

5）反洗：水从下至上通过树脂层洗涤树脂称为反洗，正洗结束后要

进行反洗以疏松树脂层及冲出杂物（比如粉末活性炭等）。

关闭正向控制阀，开启反向控制阀，通过出料管道反向向树脂柱进水

开启该树脂柱溢流阀，通过该阀排放反洗污水。

清洗至出水基本清亮为止，关闭溢流阀，关闭进水阀

反洗过程中要注意水的流量，避免树脂被冲出

反洗结束，可以进行再生

(三)软水制备：基本同阳离子交换单元操作，所不同的是：

1．其原料是河水，产品是软水，储存至MS-0427B；

2．所有清洗用水，均使用河水，禁止使用蒸汽冷凝水；