(完整版)离子交换设备概述PPT(共45张)

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
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
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。
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
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
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。
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。
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。
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）。
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。
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
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。
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。
（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Hale Waihona Puke Baidu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
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
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