连续离子交换
台达伺服在进口连续离子交换设备中的运用
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工 程 技 术
台 达伺 服 在 进 口连 续 离 子 交换 设 备 中的 运 用
于广瑛 王豪 ’ 盛邦亮 （． １ 上海交通 大学 自动化 系 上海 ２ ０ ３ ； ２ 江苏江 山制药有限公 司 江 苏靖江 ２ ５ ０ ０ ００ ． １ ０） ４
设 备 供 应厂 商 的 知 以 产 权 念 重 视 程 度 不
寿 命 只 有 一年 至 两 年 ， 日 该 控 制 器 的采 ｆ － 购周 期 为 ３ 月 ， 格 ｌ 万元 ， 本较 高。 个 价 ５ 成 作 意 味 着 公 司 的停 产 ， 而 对 系统 的 改 造 势 冈
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工程技术
表 １
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代码 Ｐ ＴＴ Ｃ ＴＬ Ｐ Ｈ Ｏｌ Ｐ Ｌ Ｏ１ Ｐ Ｈ ０２ Ｐ Ｌ ０２ Ｉ Ｔ Ｐ Ｓ Ｐ Ｓ ＯＳ ＴＡＣＣ ＴＤ ＥＣ ＴＬ Ｓ ＧＤ Ｒ Ｚ Ｐ ＳＤ ＳＰ ＳＤ ＶＣＭ ＴＣ Ｍ ＭＳ Ｄ Ｐ （ Ｌ 、 Ｌ 参数值 一 ＇ Ｊ） 【 ｌ ｌ３ ６ ２ ６６ ６６ ｌ ５ ６ ２ ６６ ６ Ｏ Ｊ ｌ（１ （１ １（ １ １ ０ ７ ｌ０ ７ ） ｌ｝ （ ｌ ２０ ００ ｌ０ ０ ２０ ００ ＩＬ １ ２ 单位 说 明 外部 ８ 木波列 指令输 八型式 设定 ｐ ｌｅ 控 制 模 式 及 控 制 命 令输 八 源 设 定 ｕｓ 内部 位 置指 令 １ ｆ 置转 数 设 定 之 ＝ 立 内部 匣 置指 令 】 ｆ 置脉 波 数设 定 之 ＝ 立 内部 位置指 令 ２之 位置转 数设定 内部 位置指 令 ２之 ｆ 置咏波 教设 定 立 ＝ 马达停止模式卡 能 ｒ Ｌ 内部 位置指 令控制模式 【Ｓ ｊ ｌ Ｓ形 曲 线 的 加 速 平 滑 常 数 儿Ｓ ｌ Ｓ形 曲 线 的减 速 平 滑 常 数 ¨Ｓ １ Ｓ形 曲 线 的 加 减 速 平 滑 常 数 ｔＩＣ 对 伺 服 马 达 的 负载 惯 量 比 ＩＩＳ Ｉ ｒ【 ｐＪ １ 零 速 鹰检 出 ｆ ＝ 筐ｆ 立 ｒ Ⅱ Ｅ标 转违检 出准位 ｐ１ ｌ ｒ ｉ 类比速 度指令最大 回转速度 ｐｎ ％ 娄比扭矩指 令最大输 出 ｒ 【 最大 速座限制 ｐｌ ｌ 过鱼载输出准 位
连续离子交换系统简介
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容量 称 为饱 和 容量 。柱 内树 酯 所 吸 附 的离 子 量 ， 由
面 积 ｏｅＯ表 示 。 ｃｃ
交 换 柱 内 树 酯 达 到 饱 和 时 ， 流 出 液 中 漏 出 的 从
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流 出 液 中 交 换 离 子 浓 度 增 加 ， ｄ点 所 示 。 如
Ｅ 时 柱 内 树 酯 完 全 由 饱 和 段 Ｉ构 成 ，流 出 液 中
的 离 子 浓 度 达 到 进 料 液 水 平 ｃ 如 ｅ点 所 示 。 ０，
Ｂ时 饱 和 段 Ｉ增 加 ， 交 换 段 Ⅲ减 少 ， 出 液 不 未 流 含 交 换 离 子 ， ｂ点 所 示 。 如 Ｃ时 饱 和 段 继 续 增 加 ， 交 换 段 Ⅲ 消 失 ， 出 液 未 流 开 始 出 现 交 换 离 子 ， ｃ点 所 示 。 如
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离 子量 ， 面积 ｃｅ 由 ｄ ｈ表 示 。 影响 流 出 曲线 的 因 素有 ： 和 力 、 酯 粒 度 、 亲 树 树
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酯 交 联 度 、 酯 容 量 、 液 浓 度 、 作 流 速 、 作 温 树 料 操 操
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度 、 高 和 交 换 柱 高 径 比和 化 学 反 应 等 。 柱
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离 子 量 由 面 积 ｏ ｇ ０表 示 。 ｃｃ
１ 离 子 交 换 柱 过 程
图 中 的 ｅ点 称 饱 和 点 或 耗 竭 点 ，此 时 的 流 出 液
离子交换设备
1．树脂用量和罐体积
交换罐中树脂的吸附量为：
Q1=Vq×106
式中 Q1——交换罐中树脂对生物产品的总吸 附量，单位； V——树脂装填量，m3；
q——单位体积树脂对生物产品的吸附量， 单位/mL。
溶液中的生物产品被树脂的吸附量为：
Q2=V1(c1—c2)· 106=Fτ(c1—c2)· 106
固定床有单床、多床、复床及混合床。
（1）单床 （2）复床 （3）混合床
离子交换设备
单柱 联
双柱串
根据溶液进入交换柱（罐）的方向又
有正吸附和反吸附两种。
连续流动床是指溶液及树脂以相反方
向连续不断流入和离开交换设备，一 般也有单床、多床之分。
（一）离子交换 设备的结构
1．常用离子交换罐
二、离子交换树脂的理化性能
1．颗粒度
大多数商品树脂多制成球形，以提高机械
强度和减少流体阻力，其直径在0.2～ 1.2mm（70～16目）之间。
粒度过小，堆积密度大，容易产生阻塞。
粒度过大，强度下降，装填量少，内扩散
时间延长，不利于有机大分子的交换。
2．交换容量
交换容量是表征树脂交换能力的重要参数，其表 示方法有质量交换容量（mmol/g 干树脂）和体积 交换容量（mmol/ml树脂）。 工作交换容量：在一定的应用条件下树脂表现出 来的交换量 再生交换容量：树脂在指定的再生剂用量条件下 再生后的交换容量。 再生交换容量=（0.5~1.0）交换容量； 工作交换容量=（0.3~0.9）再生交换容量。 工作交换容量与再生交换容量之比称为离子交换 树脂利用率。
解吸液浓度比较高，故一般采用前一种方法 较好，
但由于溶液的线速度相应增加，则流体阻力
连续离子交换工艺流程
连续离子交换工艺流程
连续离子交换工艺：
（一）工艺流程
1、把原水加入进树脂柱，让水经过树脂进行离子交换；
2、原水由水下泵抽出树脂柱，温度可以调整，温度越低，去除离子的
能力越强；
3、经过树脂后的水在离子活化器中，通过输入污染物的还原性吸附剂，应用脉冲电场去除污染物；
4、离子换取器回收重金属离子，离子活化器无害化重金属的离子；
5、在活性炭富集器中，通过A/O技术、催化氧化、UV等处理技术，
使污染物进行去除；
6、最终产水放入活性炭帽滤池，进行最终沉淀；
（二）优点
1、反应过程快速，处理效率高，同时可以处理大量的水；
2、金属离子可以被有效回收，处理完后产生的废水几乎可以直接废水；
3、不影响原水中有益离子的分布，使用过程中无毒无害；
4、可重复使用，消耗的能量低，更加经济；
5、只需日常的保养就能长久使用，可靠性高，运行安全；
（三）缺点
1、由于离子交换器的释放能力有限，处理效率较低；
2、抢先把水中有益离子换取掉，获得的水中离子质量可能不理想；
3、由于抗压能力相对较低，设计工艺时需调整反应器的结构；
4、设备的运行成本较高，消耗的能量也较大；
5、树脂的更换和维护周期较长，运行成本较高；。
连续离子交换技术及其在海水提钾的应用
摘 要:
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介绍了连续离子交换 ( ISEP ) 的原理 、 技术特点及其在废水处理 、 化学制药 、 金
属离子分离和无机化工等领域中 的应用 。 提出了应用 ISEP 系统的沸石法海水提钾技术的工 艺流程 , 实验研究了连续离子交换 法海水 提钾工 艺 。 结果 表明 , 产品 钾富集 液中 的 K + 含量 达 63. 07g /L, 较海水浓缩 166 倍 ; 原 料海水中的 K+ 提取率达 90 . 0% 。 此外 , 与传统的固定床 离子交换系统相比 , 连续离子交换法海 水提钾 系统还 具有产 品 K + 浓度 及原料 K+ 提收率稳 定、 沸石利用率高 、 便于实现连续化操作等 优势 。 关键词 : 连续离子交换 ; 应用 ; 海水 ; 提取 ; 钾盐 中图分类号 : TQ443 文献标识码 : B 文章编号 : 1673- 6850( 2007) 03- 0027- 04
[ 6~ 8]
采用连续离子交换系统可充分回收废液中铵, 每生 产 1t碳酸钾能得到 770kg 氯化铵副产品 , 既避免了 环境污染 , 又提高了综合经济效益。 2 . 1 . 2 水杨酸生产废水处理
[ 11 ]
在水杨酸工业生产过程中, 每生产 1 t产品约排 放 15t有毒有机化工废水 , 这类废水含酚浓度高、 酸 [ 12] 性强、 含盐 量高、 色度深、 难 以生物 降解 。 采用 ISEP装置来处理水杨酸生产中的废水的实验表明, 该系统对水杨酸生产废水有良好的处理效果。在原 水 CODC r为 18000m g /L ~ 20000m g /L 时 , 经过 一步 吸附处理, 出水 CODC r值在 60m g /L 左右 , 达到国家 规定二级排放标准 ; 苯酚的去除率接近 100 % , 并且 饱和树脂经 8 % 浓度的 N aOH 溶液洗脱后 , 脱附液 中含有的高浓度苯酚水杨 酸等有用资源可 实现回 收, 从而实现了生产废水污染治理与资源回收利用 的统一。 2 . 2 化学制药的应用 [ 13] 2 . 2 . 1 赖氨酸工业生产技术的改进 在赖氨酸 的生 产中, 提 取工 序是 关键 工序 之 一 。用连续式提取 ISEP 系统代替间歇 式提取, 能使赖氨酸提取的多级分离步骤同时进行, 连续完 成树脂填充, 赖氨酸的吸附与洗脱 , pH 值调节 , 树脂 再生等单元的操作过程 , 简化了赖氨酸的提取工艺。 与固定床相比 , 对于年产 5000t赖氨酸的生产能力, 3 3 ISEP系统可节约 106m ~ 115m 的树脂量, 耗水费 用节省 7 . 4 万元 / a , 出料浓 度提高 10g /L ~ 15g /L, 提取率增加了 4 % ~ 5% 。 [ 15 ] 2 . 2 . 2 抗生素生产中的应用 抗生素和其它医药产品生产的下游加工过程经 常涉及到吸附或离子交换的步骤。近几年, 有很多 生产企业的研发人员注重采用连续离子交换技术对 青霉素及头孢菌素生产过程中的产品进行纯化。实 验结果表明连续离子交换技术具有以下优点: 树脂 消耗量减少 50 % ~ 90 % , 洗涤用水的消耗量可节约 50 % ~ 70 % , 产品纯度高于 99 % , 产率达到 98 %以 上。 2 . 3 金属离子的分离 2 . 3 . 1 从浸取液中回收铜 20 世纪 60 年代, 溶剂萃取技术给铜工业带来 了革命。但它同时也存在一些负面影响 , 由于溶剂 萃取使用大量的挥发性溶剂, 萃取液中含有潜在的 毒性 , 并给环境造成污染。目前在 ISEP 技术的接触
离子交换原理
离子交换原理离子交换设备在水站里的种类有:阴床，阳床，混床等，.每种设备内的树脂种类也不同，故每种设备的工作原理也有区别。
离子交换的特点水处理系统引入离子交换设备的原因就在于离子交换树脂的优点表现在稳定性好，交换容量高，其最大的特点是失效后可以再生，使树脂能够较长时期的反复使用，利用效率高，成本低，出水水质好等方面。
离子交换的基本原理离子交换是一种特殊的固体吸附过程，它是由离子交换剂在电解质溶液中进行的。
一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，既离子交换树脂.它能够从电解质溶液中吸取阳离子或阴离子，而把自身所含的另一种带相同电荷符号的离子等量的交换出来，并释放到溶液中去，这就是离子交换的基本原理。
离子交换树脂的交换过程：离子交换的过程与一般的扩散过程不同，这是因为离子交换剂在溶液中与溶液建立起离子交换平衡的过程需要的时间很长，只有少数的离子交换可以在瞬间完成，一般的交换都需要长时间的.这是因为离子交换不只是在离子交换剂的表面进行的，而且在整个离子交换树脂的内部进行，离子交换的过程可分为7个连续的步骤：①再生剂离子从溶液中扩散到离子交换树脂颗粒的表面，②再生剂离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，③再生剂离子在离子交换树脂颗粒的内部孔隙中扩散，并扩散到交换点，④离子交换反应进行，⑤交换后的离子在离子交换树脂颗粒的内部空隙中扩散，并扩散到离子交换树脂的表面，⑥交换后的离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，⑦向外扩散到溶液中去，完成整个离子交换的过程。
在这7个连续的步骤中，① ~ ③是再生剂的离子向离子交换树脂颗粒内部扩散的，⑤ ~ ⑦是再生剂再生后置换出来的离子交换树脂的离子，并且是等价的离子，离子的运动方向相反；①和⑦是离子在溶液中扩散，②和⑥是离子透过交换树脂的边界膜扩散，③和⑤是离子在交换树脂的内部扩散，那么离子交换过程的快慢就决定离子扩散的速度。
F、离子交换树脂的再生方法：脂尽可能的恢复或接近原来树脂的工作状态。
离子互换反应
离子互换反应离子互换反应是一种常见的化学反应，它在化学实验室以及工业上都有广泛的应用。
离子互换反应指的是溶液中的两种离子彼此交换位置，形成新的物质。
在离子互换反应中，通常使用带电的树脂或陶瓷颗粒作为固定相，将其浸泡在离子交换溶液中。
当目标离子溶解在溶液中时，它们会与固定相上的可交换离子发生竞争性吸附和解吸，从而实现离子之间的交换。
这个过程可以重复进行，直到达到预期的离子平衡。
离子互换反应在水处理、食品加工、制药业和环境科学等领域发挥着重要的作用。
比如在水处理中，我们经常需要将水中的离子去除，以提高水的纯净度。
离子交换树脂可以选择性地吸附并去除水中的阳离子或阴离子，从而净化水源。
在食品加工中，离子互换反应被用于调整食品的酸度、去除金属离子以防止食品腐败，以及去除杂质提高产品质量等。
此外，在制药业中，离子互换技术也被广泛应用于纯化药物和制备高纯度的有机物。
离子互换反应的机理可以归结为固定相表面上的可交换离子与溶液中的目标离子之间的竞争吸附。
固定相材料通常是具有特定功能基团的聚合物或矿物质，它们能够选择性地吸附离子。
这些功能基团可以是阴离子交换基团，如硫酸树脂上的氯根离子，也可以是阳离子交换基团，如胺基树脂上的氢离子。
离子互换反应还可以使用化学试剂来进行促进或控制。
例如，可以通过调节溶液的pH值、温度、化学添加剂的浓度等条件来改变反应速率和选择性。
此外，也可以通过连续流动的方式进行反应，以实现大规模的离子交换。
总结起来，离子互换反应是一种重要的化学反应，在水处理、食品加工、制药业等领域具有广泛应用。
通过选择合适的固定相材料和调控反应条件，离子互换反应可以实现对溶液中的离子的选择性吸附和去除，从而达到纯净化、调节酸碱度、提高产品质量等目的。
在未来，随着新材料和技术的发展，离子互换反应将继续在各个领域发挥重要作用。
模拟移动床连续离子交换法提取L-谷氨酰胺的工艺研究
化学 合 成 法 生 产 谷 氨 酰 胺 所 用 原 料 多 为 谷 氨 酸 ，
一
般 都是 由 Ｌ 一谷 氨 酸 甲酯 经 缩 合 、 成 、 盐 、 解 ， 加 成 水
经 活性 炭 脱 色 ， 结 晶 得 成 品 ， 这 种 方 法 需 要 大 量 二 重 但 硫化 碳 试 剂 ， 步 骤 多 ， 率 低 。 另 一 种 合 成 途 径 是 谷 且 得 氨酸 经 过 酸 化 、 解 、 解 生 成 谷 氨 酰 胺 ， 电 结 晶 后 氨 酸 等 进 行 离 心 分 离 即 可 得 到 谷 氨 酰 胺 产 品 。 该 法 收 率 较 高 ， 高 可 达 ８ ％ ， 原 料 价 格 偏 高 ， 以成 本 也 高 ， 最 ０ 但 所 其 中 甲 醇 的 成本 要 占生 产 成 本 的一 半 左 右 … 。
缺乏 将 引发 多 种 疾 病 ， 以 谷 氨 酰 胺 在 生 命 活 动 中 起 所 着重 要 作 用 。 谷 氨 酰胺 的 生 产 方 法 主 要 有 三 种 ： 学 合 成 法 、 化 酶
法和微生物发酵法 。
ｂ采用各种谷氨酸生产菌的变异菌株 。 ． 国内 报 道 的 谷 氨 酰 胺 发 酵 的 最 高 水 平 为 ６ｇ Ｌ ５／ 。 发 酵 生 产 的 优 点 是 成 本 低 ， 品 质 量 高 。 因 此 发 酵 法 产 生 产 谷 氨 酰 胺 是 一 种 极 有 发 展 前 景 的 谷 氨 酰 胺 生 产 方
据 文 献 报 道 ， 法 生 产 谷 氨酰 胺 的主 要 原 料 是 Ｌ一 酶
由 于 谷 氨 酸 和 谷 氨 酰 胺 的 结 构 及 物 理 化 学 性 质 都
相似 ， 发 酵 液 中 谷 氨 酰 胺 的 分 离 提 取 带 来 了 困难 。 给 同 时 ， 氨 酰胺 对酸 性 环 境 敏 感 ， 高 热 消 毒 和 贮 存 过 谷 在 程 中 不 稳 定 ， 中溶 解 度 低 ， 热 时 可 产 生 有 毒 的焦 谷 水 加
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连续离子交换技术与设备
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连续离子交换技术和工业色谱技术是一种完全革新的分离工艺技术，不同于传统的固定床（Fixed Bed）、脉冲床（Pulse Bed）、模拟移动床（Simulated Moving Bed）等工艺。
它是在传统的固定床树脂吸附和离子交换工艺的基础上结合连续逆流系统技术优势开发而成。
连续离子交换技术和工业色谱技术可用于分离、精制和回收各种工业用水及其他溶液中的特定有效物质及有害物质，此系统可使用传统的吸附剂（如离子交换树脂、活性炭及合成吸附剂等）。
两组分分离：基于两组分的速度不同而将其分离
固定床与逆流连续床比较
整个工艺循环
连续离子交换系统由一个带有多个树脂柱（16，20，30柱）的圆盘，和一个多孔分配阀组成。
通过圆盘的转动和阀口的转换，使分离柱在一个工艺循环中完成了吸附，水洗，解吸，再生的全部工艺过程。
且在连续离交系统中，离子分离的所有工艺步骤在同时进行。
相比而言，固定床离子分离系统是在一种间歇式的工艺中一步一段时间的进行所有步骤的操作。
旋转示意流程
系统特点：
产品成分和浓度保持稳定；
由于采用多柱系统，可灵活变更生产工艺流程
全自动、程序化的操作控制，运行稳定，避免人
工操作失误
设备紧凑，易于安装在任何位置，易与旧的生产
过程和设备匹配；
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；
树脂用量大幅减少50-90%，洗涤水的用量最高可节约50-70%，化学药品、洗脱剂的消耗也得到相应减少，减少运行成本和设备投资；
主要应用领域
制药行业（抗生素、维生素）
精细化工和生物技术（手性物质的分离）
食品行业（糖的软化、葡萄糖的去矿化，糖浆的脱色，果葡糖浆的纯化）
湿法冶金行业（金属回收）
水处理（废水处理、纯水制备）
迄今为止，三达已为国内外知名企业提供了数十套SEPTOR系统，广泛的应用于制药行业、食品行业、化学工业等，包括头孢菌素C的分离纯化、维生素C和古龙酸由盐x到酸的转化，果葡糖浆的分离，制取高果糖浆，阿米卡星的分离纯化等的生产工艺中。