离子交换分离原理及设备介绍

淋洗水、解吸液及再生剂进口
被交换溶液进口
废液出口
分布器
反吸附离子交换罐
分布器 淋洗水、解吸液及再生剂出口，反洗水进口
扩口式离子交换器
混合床交换罐制备无机盐的流程
漩涡式连续离子交换设备 筛板式连续离子交换设备
离子交换设备的计算
✓ 罐体积
罐体积Vt： Vt V y
罐高径比一般取Hi/D=2～3。
Ion Exchange - charge
a) Mixture of proteins is applied to the negatively charged column resin – balanced by Na+ ions (red)
b) -ve and neutral proteins pass in the void volume, +ve proteins stick
离子交换分离原理及设备
➢ 离子交换树脂及其分离原理
✓ 离子交换树脂的分类及合成 ✓ 离子交换树脂的理化性能 ✓ 离子交换机理及选择性
➢ 离子交换装置及再生 ➢ 离子交换设备及计算
✓ 离子交换设备的结构 ✓ 离子交换设备的计算
离子交换树脂的分类
• 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙 烯酸型树脂、酚-醛型树脂等； • 按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂； • 按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂)、 大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂； • 按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树 脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。
• 吸附分离机理
吸附法是利用合适的吸附剂，在一定的操作条件 下，使发酵液中的产物被吸附在固定吸附剂的内外表 面上，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来， 从而达到分离浓缩的目的。
吸附分离原理及设备
• 吸附剂的选择
吸附剂按其化学结构可分为两大类：一类是有机 吸附剂，如活性炭、球形炭化树脂、聚酰胺、纤维素、 大孔树脂等；另一类是无机吸附剂，如白土、氧化铝、 硅胶、硅藻土等。
✓再生操作
混合床再生的操作过程
具有多孔支持板的离子交换罐
圆筒体的高径比一般为 2～3，树脂层高度约为圆 筒高度的50 ～70％。
1-视镜 2-进料口 3-手口 4-液体分布器 5-树脂层 6-多孔板 7-尼龙层 8-出液口
具有块石支持层的离子交换罐
1-进料口 2-视镜 3-液位计 4-树脂层 5-卵石层 6-出液口
离子交换机理及选择性
✓ 离子交换过程的选择性
• 离子的水化半径 • 离子的化合价 • 溶液的酸碱度 • 交联度、膨胀度和分子筛 • 树脂与交换离子之间的辅助力 • 有机溶剂的影响
离子交换装置及再生
✓离子交换装置
单床式 多床式
复床式
混合床式
料液
料液
料液
料液
处理液
处理液
处理液
处理液
离子交换装置及再生
✓再生方式
料液
再生液
料液
废液
处理液 废液
顺流再生
处理液 再生液
逆流再生
离子交换装置及再生
✓再生方式
料液
再生液
料液
再生液
废液
废液
处理液 再生液
对流逆流再生
处理液 再生液
对流再生
离子交换装置及再生
✓再生操作
交换 反洗 再生 水洗 交换
料液
废水
再生水
正洗水
料液
处理液
反洗水
再生废液
废水
动画演示
处理液
离子交换装置及再生
• 孔结构
离子交换机理及选择性
✓ 离子交换机理
A RB RA B
薄膜
B+
A+
离子交换过程包括5步： 1. A+自溶液扩散到树脂表面； 2. A+从树脂表面扩散到树脂 内部的活性中心；
3. A+在活性中心发生交换反 应；
4. 解吸离子B+自树脂内部的 活性中心扩散到树脂表面；
5. B+从树脂表面扩散到溶液；
✓ 交换设备的放大
1.根据交换罐负荷相同的原则放大； 2.根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大； 3.溶液通过床层的压力降
离子交换的应用及特点
• 应用
1.氨基酸 2.有机酸 3.抗生素 4.生物酶
• 特点
1.树脂无毒且可反复使用 2.少用或不用有机溶剂 3.成本低 4.设备简单 5.操作方便
吸附分离原理及设备
Hale Waihona Puke Baidu
离子交换机理及选择性
✓ 离子交换机理
Equilibration
Sample application and wash
Elution
Regeneration
+-- ++--+++a e b -n x e --c i a o h d n a n g e r -++-+-+++----- -+-- -+++----+--+-- -- +-----+-+-----+++- - -+-----+---+---+-------++----
• Small molecules will take longer to pass down the column than large ones because they travel further
• Can estimate molecular weight by comparison with a standard
• 颗粒度：大多数为球形，直径0.2～1.2mm； • 交换容量：表示方法有质量交换容量(mmol/g树
脂)和体积交换容量(mmol/mL树脂)；此外还有工作 交换容量和再生交换容量；
• 机械强度 • 膨胀度 • 含水量及密度：含水量一般是0.3～0.7g/g干树脂)；
湿堆积密度和湿真密度一般为600～850kg/m2和1100～ 1400kg/m2；
• 吸附操作及设备
1.搅拌罐内的吸附操作 2.固定床吸附
色谱分离原理及设备
➢ 色谱分离原理 ➢ 色谱分离操作条件 ➢ 色谱分离设备
Column Chromatography
实验室规模空柱装柱示范录像
Gel Filtration -size
• Resin has fixed size pores which allow molecules smaller than a given size to enter
几类树脂性能的比较
类型
阳离子交换树脂
性能
强酸性 弱酸性
阴离子交换树脂 强酸性 弱酸性
活性基团 磺酸
羧酸
季胺 伯胺、仲胺
pH的影响 无
酸性交换力小 无
碱性交换力小
盐的稳定性 稳定
洗涤时水解 稳定 洗涤时水解
再生剂用量 3～5倍 1.5～2倍
3～5倍 1.2～2倍
交换速率 快
慢
快
慢
离子交换树脂的理化性能