(完整版)离子交换设备概述PPT(共45张)
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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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第8章3离子交换ppt课件
脂）、两性树脂等。
其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程 度分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。
按树脂交联度分类：
低交联度、一般交联度、高交联度等三种。
树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工 作交换容量最小。
离子交换容量的单位： 用每单位重量干树脂所能交换的离子数量表示，
含铬废水的处理 含汞废水的处理
离子交换树脂的种类
按树脂的类型和孔结构分类：
凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔 型（MR型）树脂、高巨孔型（超MR型）树脂等。
按功能基团的性质分类：
含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱性基团的 阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的螯合树脂、含 有氧化—还原基团的氧化还原树脂（电子交换树
2.离子交换工艺过程 包括过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗四
个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的 工作周期。
⑴过滤阶段（交换阶段） 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分
离脱除需要去除的离子的操作过程。
⑵反冲洗阶段 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入 层中，与交换剂颗粒充分接触； 二是把交换过程中产生的破碎粒子和截 留的污物冲走。
⑶再生阶段 再生的推动力主要是反应系统的离子浓度差。 再生方式：
顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相 同者），
逆流再生（方向相反）。 再生的方法：一次再生和二次再生 ⑷清洗阶段 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应 物。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又 称为正洗。
五、离子交换法在废水处理中的应用
交换势随离子浓度的增加而增大。 H+和OH-的交换势取决于树脂的性质。
5.树脂的溶胀性 6.树脂的物理与化学稳定性 7.粒度和密度
其中阴、阳离子交换树脂按照活性基团电离强弱程 度分为：强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性树脂。
按树脂交联度分类：
低交联度、一般交联度、高交联度等三种。
树脂的全交换容量最大，平衡交换容量次之，工 作交换容量最小。
离子交换容量的单位： 用每单位重量干树脂所能交换的离子数量表示，
含铬废水的处理 含汞废水的处理
离子交换树脂的种类
按树脂的类型和孔结构分类：
凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔 型（MR型）树脂、高巨孔型（超MR型）树脂等。
按功能基团的性质分类：
含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱性基团的 阴离子交换树脂、含有胺羧基团等的螯合树脂、含 有氧化—还原基团的氧化还原树脂（电子交换树
2.离子交换工艺过程 包括过滤（工作交换）、反洗、再生和清洗四
个阶段。这四个阶段依次进行，形成不断循环的 工作周期。
⑴过滤阶段（交换阶段） 利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分
离脱除需要去除的离子的操作过程。
⑵反冲洗阶段 目的：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入 层中，与交换剂颗粒充分接触； 二是把交换过程中产生的破碎粒子和截 留的污物冲走。
⑶再生阶段 再生的推动力主要是反应系统的离子浓度差。 再生方式：
顺流再生（再生阶段的液流方向和过滤阶段相 同者），
逆流再生（方向相反）。 再生的方法：一次再生和二次再生 ⑷清洗阶段 目的：洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应 物。通常清洗的水流方向和过滤时一样，所以又 称为正洗。
五、离子交换法在废水处理中的应用
交换势随离子浓度的增加而增大。 H+和OH-的交换势取决于树脂的性质。
5.树脂的溶胀性 6.树脂的物理与化学稳定性 7.粒度和密度
离子交换专用ppt
•
两性功能基团离子交换树脂
• 两性功能基团离子交换树脂不常觃树脂癿主要区别在亍其同时具有酸 碱两种功能基团。由亍该种树脂中两种功能基距离徆近（≤10nm）， 中和了部分电荷，所以不溶液中相反电荷离子吸着力微弱，用水即可 使树脂再生丌必使用酸、碱，仍而大大降低了再生剂用量。 • 根据酸性和碱性基团癿强弱性组合丌同，两性树脂可分为强酸强碱、 强酸弱碱、强碱弱酸和弱酸弱碱型四类，其中每一类又可以按照能否 形成内盐分为几种丌同癿类型。丌同癿两性树脂癿合成方法有所丌同。 例如，可以形成内盐癿强碱弱酸型树脂癿合成可以采用悬浮聚合法， 也可以采用前文介绍过癿互贯聚合法。而丌能形成内盐癿强碱弱酸树 脂在合成时需要采用适当技术使阴阳基团隔开。内盐键癿形成不否和 强度大小还会影响树脂癿结构和对电解质癿吸附性能。 • 目前，两性树脂主要用亍大分子不小分子电解质癿分离，如离子隔膜 碱中去除硫酸根、蛋白质癿分离提纯和脱盐等，也可以用亍常觃水处 理、聚丙烯腈纺丝废水及含锌废水处理等方面。
离子交换通常用的设备
离子交换法发展历程
• 70 年代中后期 ，“闭路循环工序化”发展,即逆流漂洗离子交换-蒸发浓缩癿组合工艺 • 到了20 世纨80 年代, 国内也出现了类似工艺 ，我国树脂 法处理含铬废水始亍20 世纨70 年代。 • 1974 年, 大孔苯乙烯叔胺型弱碱性阴离子交换树脂研制成 功, 被当时认为是电镀含铬废水处理技术癿一大突破。 • 工业上采用离子交换树脂处理含锌废水也比较成熟 • 离子交换树脂处理贵金属废水癿经济效益显著，国内已有 厂家成功地用“丙酮-盐酸-水”混合液迚行树脂洗脱幵回 收金
离子交换树脂
• 离子交换树脂癿应用，是近年国内外制糖工业癿一个重点 研究课题，是糖业现代化癿重要标志。膜分离技术在糖业 癿应用也受到广泛癿研究。 • 离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用癿原料为苯 乙烯戒丙烯酸（酯），通过聚合反应生成具有三维空间立 体网络结构癿骨架，再在骨架上导入丌同类型癿化学活性 基团（通常为酸性戒碱性基团）而制成。 • 离子交换树脂丌溶亍水和一般溶剂。大多数制成颗粒状， 也有一些制成纤维状戒粉状。树脂颗粒癿尺寸一般在 0.3～1.2mm 范围内，大部分在0.4～0.6mm之间。它们有 较高癿机械强度（坚牢性），化学性质也徆稳定，在正常 情况下有较长癿使用寿命。
最新离子交换原理课件PPT
▪ 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 ▪ 强酸(碱)、弱酸碱树脂的交换
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
4 溶液的温度和pH
▪ 温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。 ▪ pH值： 影响某些离子的存在状态，
Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+
影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。
四、离子交换速度
(一) 交换过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
✓ 弱碱性阴离子交换树脂OH- ﹥ SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ HCO3﹥ HSiO3-
三、树脂的选择
根据处理对象选择对应类型的树脂。
注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的 存在形式为 CrO42- 或 Cr2O72-。
第二节 离子交换原理
一、离子交换反应
⇌ b(R—A)a++aBb+
化学性能
❖ （三）选择性 ❖ 对水中各种离子的交换能力不同 ❖ 一般选择性顺序分别为：
✓ 强酸性阳离子交换树脂Fe3+﹥Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+ ﹥ H+
✓ 弱酸性阳离子交换树脂H+ ﹥ Fe3+ ﹥ Al3+ ﹥ Ca2+ ﹥ Mg2+ ﹥ K+ ﹥ Na+
✓ 强碱性阴离子交换树脂SO42- ﹥ NO3- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ F- ﹥ HCO3- ﹥ HSiO3-
3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式 适用：处理水量稳定，且不间断运行
⑵ 出水水质
❖ 连续式离子交换器工作过程
固定床离子交换器的缺点：树脂不 能边饱和边再生，树脂层厚度比交 换区厚度大得多；再生和冲洗时必 须停止交换。为了克服上述缺陷， 发展了连续式离子交换设备，包括 移动床和流动床。
第5章 吸附与离子交换ppt课件
Na2Al2O4·xSiO2H2O = 2 Na+ + Al2O42-.xSiO2H2O
整理版课件
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2.5 吸附树脂
组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构
特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻 力较小；价格高。
类型：
非极性吸附剂——芳香族（苯乙烯等）
中等极性吸附剂——脂肪族（甲基丙烯酸酯等）
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高温炭化
活化,800~900℃
木材、煤、果壳
炭渣
活性炭
隔绝空气，600℃
活化剂：ZnCl2
活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量 洗脱
粉末活性炭 小
大
大
大
难
颗粒活性炭 较小
较大 较小 较小 难
锦纶活性炭 大
小
小
小
易
粉末活性炭
整理版课件
锦纶活性炭 10
活性炭对物质的吸附规律
活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有 机溶剂中的吸附能力。
bp
单组分吸附： q qm 1bp
K Lp(1K Lp) q/qm
多组分吸附：
qi
qmi bi pi 1 bj pj
j 1
整理版课件
26
2）Freundlick方程
q KC1/n 适于中等浓度吸附 式中：K、n——常数；
C——吸附质平衡浓度（g/L） q——吸附量 偏离理想吸附。实际吸附原因：表面不均 匀、吸附分子间的相互作用。
11
表1 木糖废水水质分析结果
CODcr/（mg·l-1） BOD5/（mg·l-1） pH 颜色 SS NH3-N
4628
1750
5.17 褐红色 267 21
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
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❖ 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
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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
离子交换原理及设备 杜世新35页PPT
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
离子交换原理及设备 杜世新
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
相关主题
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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。
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
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
漩涡式连续离子交换设备
1.树脂加料器 2.具有螺旋带的转子 3.树脂提升管 4.塔身 5.虹吸管
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。
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
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。
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 或不用有机溶剂，因而成本低，设备 简单，操作方便。
（一）离子交换 设备的结构
1．常用离子交换罐
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。
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
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
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
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）。
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。
目前在软水及无盐水的中间规模生产中有所采用。
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。
三、离子交换设备及计算
根据离子交换的操作方式不同，可分为静 态和动态交换设备两大类。
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。
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
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。
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。
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。
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Leabharlann 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。
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。
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。
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
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
漩涡式连续离子交换设备
1.树脂加料器 2.具有螺旋带的转子 3.树脂提升管 4.塔身 5.虹吸管
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。
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
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。
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 或不用有机溶剂，因而成本低，设备 简单，操作方便。
（一）离子交换 设备的结构
1．常用离子交换罐
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。
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
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
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
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）。
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。
目前在软水及无盐水的中间规模生产中有所采用。
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。
三、离子交换设备及计算
根据离子交换的操作方式不同，可分为静 态和动态交换设备两大类。
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。
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
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。
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。
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。
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Leabharlann 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。
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。
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。