离子交换设备概述(PPT 45张)
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离子交换PPT课件
交换容量 表征活性基团的性能参数
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
27
影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
3
树脂的网络骨架
4
5
离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
6
7
常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
18
离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
16
CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
每克干树脂所能交换的物质的量（mmol)。 决定于网状结构中活性基团的数目。 交换容量由实验测得
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影响离子交换选择性的因素
水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附； 溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不
影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛
（可交换离子）
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树脂的网络骨架
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离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树 脂(cation exchange)（含酸性基团）和 阴离子交换树脂(anion exchange)（含 碱性基团）。
具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴
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常用的离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H （磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
17
DEAE anion exchanger
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离子交换纤维素具有开放性的支持骨架，大分 子能自由地进入和迅速地扩散，故对大分子的 吸附容量较大。
离子交换纤维素上交换基团引起大分子的变性，同时 它有较理想的回收率。
离子交换纤维素 树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳 离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类
特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、 吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基 纤维素
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CMC Cation Exchanger
*多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类
物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子 物质变性作用小。
离子交换与电渗析设备概述(31张)PPT
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四、树脂的再生
• 逆流的再生流动方式 • 并流的再生流动方式 • 混合的再生流动方式
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五、离子交换过程的设备与操作
• 操作方式
静态交换与动态交换
• 设备类型
P284
一般离子交换罐；反吸附离子交换罐；
混合床离子交换罐；
流动床离子交换设备；
固定床连续作业设备流程。
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• 电流 电渗析器所需电压为电极电位、膜电位 和克服各项电阻所需电压之和。
离子从淡化室向浓缩室的迁移量是 按化学当量，随电流的大小而定，电流 大，淡化室向浓缩室迁移的离子量就大。
为减少电耗，电渗析器均采用很多 膜对串联结构。通常有200～300膜对。
离子交换与电渗析设备概述(31张)PPT
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• 电极反应 • 膜电位 • 电阻 • 电流
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• 电极反应 指在阳极和阴极分别进行的氧化和还原 反应。
在阳极上：
H2O === H++OH4OH- - 4e === O2 + 2H2O 2Cl- - 2e === Cl2 H+ + Cl- === HCl
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第二节：电渗析与设备
一、渗析 二、电渗析 三、电渗析的传递过程 四、电渗析中的电化学过程 五、浓差极化 六、电渗析设备与操作
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离子交换培训资料 ppt课件
投入运行。
交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对
整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐
步增大。
离子交换培训资料
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运行时的技术经济指标
离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的 再生剂 比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。
在实际运行时，交换树脂分为几个区域， 上层全部转为B型树脂，是失效层。 失效层的下一个区域为工作层， 水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行， 在这一层中的树脂是A型和B型的混合物， 随着交换的进行，工作层树脂被B离子饱和， 也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下 一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下不断 移动的。
如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。
离子交换培训资料
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二 一级除盐系统
一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换 器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。
单元制
H
C
OH
H
母管制
H H H
C
OH
OH C
OH
图3 一级复床除盐系统 1—阳床水泵； 2—强酸性H型阳离子交换器； 3—除碳器；
图4 交换器中离子分布情况 (a)开始进水时 (b)交换器失效时
开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因
而电导率、酸度、钠离子快速下降（a点前）。在ab
为稳定制水过程，b点后树脂开始失效。此时水中钠增
加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率
下降。
离子交换培训资料
a
b
图5 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
第二部分 第三章 离子交换、吸附设备(共51张PPT)
型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明的 一般说来，交联度越大，树脂越巩固，在水中不易溶胀。
它是现今应用得最多的离子交换设备。
雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同，树 视镜孔和孔灯可以在罐顶也可以在罐壁上。
固体吸附与生物工程关系密切，在原料液处理、除臭、目标产物的别离、精制等方面发挥着重要的作用。 膨胀是可逆地进行的，其程度随树脂的交联度、相反离子的种类和浓度、外部溶液的浓度而变化，一般的商品树脂，每克干树脂可吸附
❖离子交换树脂是能在水溶液中交换离子的固 体，其分子可以分成三个局部：
❖－局部是交联的具有三维空间立体结构的网 络骨架，通常不溶于酸、碱和有机溶媒，化 学稳定性良好；
❖一局部是联结在骨架上的功能基〔活性基〕 ；
❖一局部是活性基所带的相反电荷的离子，称 为可交换离子。
LOGO
离子交换的一般流程如下：
LOGO
3．交联度
❖树脂的性质随着作为交联剂的DVB〔二乙烯 苯 〕的含量不同而有所差异。合成树脂时， 单体中DVB 的含量百分数称为交联度，在商 品树脂中，通常是8%~12%。但合成时，通 过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含 量的产品。一般说来，交联度越大，树脂越 巩固，在水中不易溶胀。而交联度减少，树 脂变得柔软，容易溶胀。
LOGO
2．固定床离子交换设备
再生剂 升液器
流量计 计量槽
料液
蒸气 NaOH
处理液 碱计量槽
空气
处理液 HCL
(A) 单床
酸计量槽 (B)混合床
图10-4 固定式离子交换装置的流程
LOGO
❖ 这种操作方式使用最广，设备结构较为简单，操作也 很方便。离子交换树脂的下部要用多孔陶土板、粗粒 无烟煤、石英砂等作为支撑体。被处理的溶液从树脂 上方参加，经过分布管使液体均匀分布于整个树脂的 横截面。加料可以是重力加料，也可以是压力加料， 后者要求设备密封。料液与再生剂可以从树脂上方通 过各自的管道和分布器分别进入交换器，树脂支撑下 方的分布管那么便于水的逆洗。柱式离子交换器可用 不锈钢、硬塑料制作，常常用有衬里的碳钢制造，管 道、阀门一般均用塑料制成。固定床离子交换器的再 生方式分成顺流与逆流两种。逆流再生有较好的效果 ，再生剂用量可减少；但要发生树脂层的上浮。
它是现今应用得最多的离子交换设备。
雾状球珠。随合成原料、工艺条件不同，树 视镜孔和孔灯可以在罐顶也可以在罐壁上。
固体吸附与生物工程关系密切，在原料液处理、除臭、目标产物的别离、精制等方面发挥着重要的作用。 膨胀是可逆地进行的，其程度随树脂的交联度、相反离子的种类和浓度、外部溶液的浓度而变化，一般的商品树脂，每克干树脂可吸附
❖离子交换树脂是能在水溶液中交换离子的固 体，其分子可以分成三个局部：
❖－局部是交联的具有三维空间立体结构的网 络骨架，通常不溶于酸、碱和有机溶媒，化 学稳定性良好；
❖一局部是联结在骨架上的功能基〔活性基〕 ；
❖一局部是活性基所带的相反电荷的离子，称 为可交换离子。
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离子交换的一般流程如下：
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3．交联度
❖树脂的性质随着作为交联剂的DVB〔二乙烯 苯 〕的含量不同而有所差异。合成树脂时， 单体中DVB 的含量百分数称为交联度，在商 品树脂中，通常是8%~12%。但合成时，通 过改变它和苯乙烯的混合比，可制出不同含 量的产品。一般说来，交联度越大，树脂越 巩固，在水中不易溶胀。而交联度减少，树 脂变得柔软，容易溶胀。
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2．固定床离子交换设备
再生剂 升液器
流量计 计量槽
料液
蒸气 NaOH
处理液 碱计量槽
空气
处理液 HCL
(A) 单床
酸计量槽 (B)混合床
图10-4 固定式离子交换装置的流程
LOGO
❖ 这种操作方式使用最广，设备结构较为简单，操作也 很方便。离子交换树脂的下部要用多孔陶土板、粗粒 无烟煤、石英砂等作为支撑体。被处理的溶液从树脂 上方参加，经过分布管使液体均匀分布于整个树脂的 横截面。加料可以是重力加料，也可以是压力加料， 后者要求设备密封。料液与再生剂可以从树脂上方通 过各自的管道和分布器分别进入交换器，树脂支撑下 方的分布管那么便于水的逆洗。柱式离子交换器可用 不锈钢、硬塑料制作，常常用有衬里的碳钢制造，管 道、阀门一般均用塑料制成。固定床离子交换器的再 生方式分成顺流与逆流两种。逆流再生有较好的效果 ，再生剂用量可减少；但要发生树脂层的上浮。
离子交换设备
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离子交换设备
离子交换设备
•
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•单柱 联
双柱串
离子交换设备
p 根据溶液进入交换柱（罐）的方向又 有正吸附和反吸附两种。
p 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。
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离子交换设备
（一）离子交换 设备的结构
离子交换设备
设qv1、qv2、V1、V2分别表示小设备和大设备的溶 液体积流量及湿树脂体积，f1、f2表示交换罐负荷，
则：
且 f1=f2 则
故大设备中树脂体积为：
且qv1/qv2即为放大倍数，以m表示，则： V2=m·V1
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离子交换设备
取大设备与小设备几何相似，即相同的高径比， 由：
按树脂骨架的物理结构： 凝胶型树脂（亦称微孔树脂）、大网络树脂（亦称 大孔树脂）及均孔树脂
活性基团的电离程度： 强酸性、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性、弱碱性 阴离子交换树脂
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离子交换设备
二、离子交换树脂的理化性能
1．颗粒度
p 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。
离子交换设备
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离子交换器
离子交换设备
（二）离子交换设备的计算
p 离子交换过程的平衡和速度常因所处理的物料性 质及操作条件不同而有很大差异。
p 发酵液中还含有较多的杂质，操作时间及接触方 式的限制，都影响树脂的交换容量。
p 实际生产中，为避免生物产品的损失，常控制发 酵液的上柱量不能达到饱和状态，一般控制树脂 的吸附量仅为树脂总交换容量的70％左右。
离子交换教学培训PPT 离子交换概论
2、制备离子交换树脂的方法： （1）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基团。
将白球用硫酸磺 化，得到阳离子 交换树脂。
将白球氯甲基化和 胺化，得到阴离子 交换树脂。
磺酸型阳离子交换树脂
（2）直接聚合有机电解质 该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯苯共 聚而成羧酸型弱酸性阳树脂。
3、离子交换树脂的书写方法：
R-SO3Na + HCl R NCl + NaOH
R-COONa + HCl R－NH3Cl + NaOH
中性盐 的分解 能力
3.选择性 在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律： 离子价数越高，选择性越好。 原子序数越大，选择性越好。
强酸性 Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥Mg2+﹥Na+﹥H+ ﹥Li+ 弱酸性 H+﹥Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥ Mg2+﹥Na+﹥Li+ 强碱性 SO42-﹥NO3-﹥Cl-﹥OH-﹥F-﹥HCO3-﹥HSiO3-
（5）含水率 含水率 = 溶胀水重/（干树脂重+溶胀水重） 其值一般在50%左右.在贮存树脂时,冬季应注意防冻.
（6）溶胀性 树脂的交联度越大，其溶胀率越小； 活性基团越易离解，其溶胀率越大； 交换容量越大，其溶胀率越大； 溶液浓度，溶液中离子浓度越大，其溶胀率越小； 可交换离子价数越高，其溶胀率越小。 溶胀率 = 溶胀前后体积差/溶胀前体积
（4）密度： （a）湿真密度 在水中充分溶胀后的真密度（不包括颗粒孔 隙体积）。 湿真密度 = 湿树脂质量/湿树脂颗粒体积（g/mL） 其值一般为1.04～1.30g/mL。 一般阳树脂﹥阴树脂，强型的﹥弱型的。对交换器反洗强度的 确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。 （b）湿视密度 在水中溶胀后的堆积密度。 湿视密度 = 湿树脂质量/湿树脂堆积体积（g/mL） 此值一般为0.60～0.85g/mL。在设计交换器时，用它来计算树 脂的用量。
离子交换设备
离子交换设备离子交换设备是一种能有效去除水中杂质离子的装置，广泛应用于水处理领域。
通过离子交换作用，可以使水中的离子更换为其他离子，从而达到净化、软化水的目的。
离子交换原理离子交换设备的核心原理是利用固定的功能基团与水中的离子进行置换，使水中的杂质离子与功能基团结合形成固定的离子交换物质。
其中，阳离子交换树脂主要吸附钙、镁等阳离子；阴离子交换树脂则吸附氯离子、硫酸根离子等阴离子。
离子交换设备结构离子交换设备通常由压力容器、离子交换树脂层和管路系统组成。
水通过离子交换树脂层时，与树脂表面的功能基团发生交换反应，完成对水中离子的去除。
经过离子交换处理后的水，可以得到更纯净、更软化的水。
离子交换设备应用离子交换设备广泛应用于工业生产、饮用水处理、污水处理等领域。
在工业生产中，离子交换设备可以去除水中与生产过程有害的杂质离子，保证生产质量。
而在饮用水处理领域，离子交换设备可以有效去除水中的重金属离子、硬度离子等有害物质，提供安全、健康的饮用水。
离子交换设备维护为了保证离子交换设备的正常运行，需要进行定期的维护保养工作。
包括对离子交换树脂的检查、清洗、更换，对管路系统进行检修等。
只有做好设备的维护工作，才能保证设备的稳定运行和净化水质的效果。
结语离子交换设备在水处理领域有着重要的应用价值，通过离子交换原理，可以有效去除水中的杂质离子，得到更纯净、更软化的水质。
有效的维护保养工作是保证离子交换设备正常运行的重要保障，同时也是保证水质净化效果的关键。
随着科学技术的不断进步，离子交换设备将在更多领域发挥重要作用。
以上是关于离子交换设备的介绍，希望对读者有所帮助。
《离子交换技术》课件
《离子交换技术》PPT课 件
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
欢迎来到《离子交换技术》PPT课件。本课件将介绍离子交换技术的技术背景、 原理、树脂种类、工业应用、水处理中的应用、优点和局限性，以及总结和 展望。
技术背景
1 起源和发展
离子交换技术起源于20世 纪初，经过多年的研究和 发展，已成为工业和科学 领域中重要的分离和净化 方法。
2 原理和基础概念
离子交换是指在固体离子 交换介质的作用下，溶液 中离子发生的一种化学反 应。离开溶液的离子被固 体离子交换介质上的其他 离子替换。
3 应用范围
离子交换技术被广泛应用 于水处理、环境保护、制 药、食品工业等领域，同 时也在科学研究中发挥着 重要作用。
离子交换树脂的种类
强酸性树脂
具有较强的酸性，主要用于去 除溶液中的阳离子。
强碱性树脂
具有较强的碱性，主要用于去 除溶液中的阴离子。
螯合树脂
能够通过配位键与金属离子形 成稳定的络合物，用于金属离 子的去除和富集。
离子交换技术在工业中的应用
水处理
离子交换技术广泛应用于工业水处理，可以去除水 中的有害离子，提高水质。
化工
离子交换技术用于分离和提纯化学品，提高产品质 量。
制药
离子交换技术用于制药过程中的分离和纯化，确保 产品的纯度和质量。
离子交换技术的优点和局限性
优点
高效、可重复使用、工艺简单、能够去除水中的特定离子。
局限性
需要定期再生、对水质要求高、成本较高。
总结和展望
离子交换技术是一种重要的分离和净化方法，在工业和科学领域发挥着重要作用。未来，随着技术的进一步发 展，离子交换技术将更加高效、经济和环保。
能源
离子交换技术在能源行业中用于水软化、去除离子 杂质水处理
阴阳离子交换器演示幻灯片
弱酸性阳离子树脂
这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH，能在水中离解出H+
而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO－（R为碳氢基
团），能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。
这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，
只能在碱性、中性或微酸性溶液中（如pH5～14）起作用。这类树
离子交换树脂
离子交换树脂概述
离子交换法是指某些材料遇水时，能将本身具有的离子与 水中带同类电荷的离子进行交换的方法，这些材料称为离 子交换剂。在离子交换技术被应用的初期，采用的只是天 然的和无机质的交换剂，目前普遍应用于水处理中的离子 交换剂是合成的离子交换树脂。
1
交换树脂的组成
离子交换树脂是由以下三部分组成： 1单体。单体是聚合成高分子化合物的低分子有机
下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序：
1．强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：
Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+
2. 弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序：
H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+
从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着 力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容易吸着H+。所以， 实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生强酸性 阳离子交换剂要容易得多。
（3）按单体种类分类 按合成树脂的交联度种类不同，离子交换树脂还
可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等。此外，还有酚 醛系、环氧系、乙烯吡啶系和尿醛系等，但未在 水处理领域中应用。
离子交换分离原理及设备教学课件
离和纯化。
结构
固定床离子交换器由交换剂层、 淋洗层和底部分布器组成，其中 交换剂层是离子交换反应发生的
主要区域。
应用
固定床离子交换器广泛应用于水 处理、湿法冶金、化学工业等领
域，可处理各种类型的溶液。
移动床离子交换器
原理
移动床离子交换器利用离子交换 剂颗粒在容器内连续移动，与溶 液进行接触和交换反应，实现离
环境保护、生物医药等。
随着人们对环境保护和资源利用 的重视程度不断提高，离子交换 分离技术的应用前景将更加广阔
。
未来，离子交换分离技术将继续 朝着高效、节能、环保的方向发 展，为人类社会的可持续发展做
出更大的贡献。
05
实验操作与注意事项
实验操作步骤
准备阶段
检查实验设备是否齐全，确保电 源、水源等正常工作。
离子交换分离原理 及设备教学课件
目 录
• 离子交换分离原理 • 离子交换设备 • 离子交换分离应用 • 离子交换分离技术发展 • 实验操作与注意事项
01
离子交换分离原理
离子交换剂
离子交换剂的定义
离子交换剂是一种不溶于水的固体物 质，其表面有活性基团，能进行离子 交换反应。
离子交换剂的分类
离子交换剂的作用
离子交换反应遵循质量作用定律，其反应速率与溶液中离子的浓度 和离子交换剂的活性基团有关。
离子交换反应的条件
离子交换反应需要在一定的pH值和离子强度条件下进行，同时需 要考虑离子的竞争吸附和反离子的影响。
离子交换选择性
1 2
离子交换选择性的定义
离子交换选择性是指离子交换剂对不同离子的吸 附能力差异，通常用选择性系数或选择性排序来 表示。
食品加工过程中需要大量用水，通过离子交换技术可以保证用
结构
固定床离子交换器由交换剂层、 淋洗层和底部分布器组成，其中 交换剂层是离子交换反应发生的
主要区域。
应用
固定床离子交换器广泛应用于水 处理、湿法冶金、化学工业等领
域，可处理各种类型的溶液。
移动床离子交换器
原理
移动床离子交换器利用离子交换 剂颗粒在容器内连续移动，与溶 液进行接触和交换反应，实现离
环境保护、生物医药等。
随着人们对环境保护和资源利用 的重视程度不断提高，离子交换 分离技术的应用前景将更加广阔
。
未来，离子交换分离技术将继续 朝着高效、节能、环保的方向发 展，为人类社会的可持续发展做
出更大的贡献。
05
实验操作与注意事项
实验操作步骤
准备阶段
检查实验设备是否齐全，确保电 源、水源等正常工作。
离子交换分离原理 及设备教学课件
目 录
• 离子交换分离原理 • 离子交换设备 • 离子交换分离应用 • 离子交换分离技术发展 • 实验操作与注意事项
01
离子交换分离原理
离子交换剂
离子交换剂的定义
离子交换剂是一种不溶于水的固体物 质，其表面有活性基团，能进行离子 交换反应。
离子交换剂的分类
离子交换剂的作用
离子交换反应遵循质量作用定律，其反应速率与溶液中离子的浓度 和离子交换剂的活性基团有关。
离子交换反应的条件
离子交换反应需要在一定的pH值和离子强度条件下进行，同时需 要考虑离子的竞争吸附和反离子的影响。
离子交换选择性
1 2
离子交换选择性的定义
离子交换选择性是指离子交换剂对不同离子的吸 附能力差异，通常用选择性系数或选择性排序来 表示。
食品加工过程中需要大量用水，通过离子交换技术可以保证用
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三、离子交换设备及计算
根据离子交。
静态设备为一带有搅拌器的反应罐，反应
罐仅作静态交换用，交换后利用沉降、过 滤或水力旋风将树脂分离，然后装入解吸 罐（柱）中洗涤和解吸。
动态交换设备按操作方式不同分间歇操作的
固定床和连续操作的流动床两类。
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。
离子交换树脂的分类
按树脂骨架的主要成分： 聚苯乙烯型树脂，聚丙烯酸型树脂、酚醛型树脂等 按聚合的化学反应： 共聚型树脂和缩聚型树脂 按树脂骨架的物理结构： 凝胶型树脂（亦称微孔树脂）、大网络树脂（亦称 大孔树脂）及均孔树脂 活性基团的电离程度： 强酸性、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性、弱碱性 阴离子交换树脂
或不用有机溶剂，因而成本低，设备 简单，操作方便。
离子交换法生产周期长，pH变化范围
大，甚至影响成品质量。
离子交换车间
一、离子交换树脂的分类
离子交换树脂是一种具有网状立体结构、且
不溶于酸、碱和有机溶剂的固体高分子化合 物。
离子交换树脂的单元结构由两部分组成。
一部分是不可移动且具有立体结构的网 络骨架 另一部分是可移动的活性离子。活性离子 可在网络骨架和溶液间自由迁移。
几个单床串联起来便成为多床设备，操作时溶液用 泵压入第一罐，然后靠罐内空气压力依次压入下一 罐。
离子交换罐的附属管道一般用硬聚氯乙烯管、阀门 可用塑料、不锈钢或橡皮隔膜阀。
在阀门和交换罐之间常装一段玻璃短管，作观察用
2．反吸附离子交换罐
溶液由罐的下部以一定流速导入，使树脂在罐内呈 沸腾状态，交换后的废液则从罐顶的出口溢出。
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
第二节 离子交换设备
离子交换法
离子交换法主要是基于一种合成的离子
交换剂作为吸附剂，以吸附溶液中需要 分离的离子。
在提取过程中，生物制品从发酵液中吸
附在离子交换树脂上，然后在适宜的条 件下用洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下 来，达到分离、浓缩、提纯的目的。
特点
树脂无毒性且可反复再生使用，少用
具有多孔支持板 的离子交换罐
l. 视镜 2. 进料口 3. 手孔 4. 液体分布器 5. 树脂层 6.多孔板 7.尼龙布 8.出液口
具有块石支持层 的离子交换罐
l.进料口 3.液位计 5.卵石层 2.视镜 4.树脂层 6.出液口
离子交换罐
交换罐多用钢板制成，内衬橡胶，以防酸碱腐蚀
小型交换罐可用硬聚氯乙烯或有机玻璃制成，实验 室用的交换柱多用玻璃筒制作。
目前在软水及无盐水的中间规模生产中有所采用。
再生后的树脂由柱顶以一定速度加入，与柱底进入 的溶液逆流接触，饱和树脂在柱底流出，废液则在 柱顶流出。
筛板式连续离子交换设备
l.树脂计量管及加料口 2.塔身 3.漏斗形树脂下降管 4.筛板 5.饱和树脂受器 6.虹吸管
特点：
反吸附可以省去菌丝过滤，且液固两相接触充分， 操作时不产生短路，死角。
生产周期短，解吸后得到的生物产品质量高。 反吸附时树脂的饱和度不及正吸附的高。 罐内树脂层高度比正吸附时低，以防树脂外溢。
反吸附离子交换罐
l.被交换溶液进口
2.淋洗水、解吸液及再生剂进口 3.废液出口 4、5.分布器 6.淋洗水、解吸液及再生剂出口， 反洗水进口
3．机械强度
将离子交换树脂先经酸、碱溶液处理后，置于球 磨机械振荡筛机中撞击、磨损，一定时间后取出 过筛，以完好树脂的质量百分率来表示。
商品树脂的机械强度通常规定在 90％以上。
4．膨胀度
测定膨胀前后树脂的体积比，可得出膨胀度。 在设计离子交换罐时，树脂的装填系数应以工艺 过程中膨胀度最大时的树脂体积为上限参数，以 免装量过度或设备利用率降低。
阳、阴离子交换树脂常以体积比1：1混合，
制备无盐水时流速约 25～30m/h。
混合床 制备无 盐水的 流程
制药工业用反渗透加混合床生产 纯水工艺流程图
制药工业用反渗透加混合床生产纯水工艺流程图
4．连续式离子交换设备
采用连续离子交换设备操作，交换速度快，产品质 量均匀、连续化生产、便于自动控制。 这种操作过程中树脂破坏大，设备及操作较复杂且 不易控制。
5．含水量及密度
含水量是指每克干树脂吸收水分的数量，一般 是0.3～0.7g，高交联度的树脂含水量较低。 密度常用湿堆积密度和湿真密度表示。交联度 高，则堆积密度大。
6．孔结构
树脂的孔径大小差别很大，与合成方法、原料 性质等密切相关。 在合适的孔径基础上，选择比表面较大的树脂， 有利于提高吸附量和交换速度。
扩口式离子交换器
1.底 2.液体分布器 3.底部液体进、出管 4.填充层 5.壳体 6.离子交换树脂层 7.扩大沉降段 8.回流管 9.循环室 10.液体出口管 11.顶盖
3．混合床交换罐
混合床内的树脂是由阳、阴两种树脂混合
而成，脱盐较完全。
制备无盐水时，可将水中的阳、阴离子除
去，而从树脂上交换出来的H+和OH－结合 成水，可避免溶液中pH的变化而破坏生物 产品。