一种用于有机酸生产的连续离子交换装置

摘要

本发明涉及一种用于有机酸生产的连续离子交换装置，包括树脂、树脂柱、同树脂柱上端连通的进料总管及同树脂柱下端连通的出料总管，所述树脂柱至少设有三个，进料总管包括料液进料总管、洗脱进料总管和再生进料总管，所述出料总管包括料液出料总管、洗脱出料总管和再生出料总管，所述每个树脂柱上分别设有同进料总管一一对应连通的进料支管和同所述出料总管一一对应连通的出料支管；所述每个进料支管和出料支管上分别设有控制阀，用于协调控制各树脂柱之间轮流实现离子交换、洗脱和树脂的再生过程；本发明可减少化学试剂用量和降低生产成本，提高产品收率，稳定产品质量，减少废液排放量，减轻环保压力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续离子交换装置，特别是涉及一种用于有机酸生产的连续离子交换装置。

背景技术

现行利用发酵法生产有机酸的生产工艺中，离子交换法得到了普遍应用，主要用于有机酸去除无机阳阴离子。现有的离子交换系统一般采用的设备是固定床，它是一种分批式作业，交换、再生在同一床内依次进行，单批作业周期长，不连续，离子交换树脂利用率低，设备管道阀门多且劳动强度大，化学试剂消耗量大，不经济，废水排放量大等。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是采用一种连续的离子交换技术取代固定床交换技术，用于有机酸去除无机阳阴离子，克服现有固定床离子交换技术的弊病。

本发明所述的一种用于有机酸生产的连续离子交换装置，包括树脂、树脂柱、同树脂柱上端连通的进料总管及同树脂柱下端连通的出料总管，所述树脂柱至少设有三个，进料总管包括料液进料总管、洗脱进料总管和再生进料总管，所述出料总管包括料液出料总管、洗脱出料总管和再生出料总管，所述每个树脂柱上分别设有同进料总管连通的进料支管和同所述出料总管连通的出料支管；

所述进料支管包括料液进料支管、洗脱进料支管和再生进料支管，所述料液进料支管、洗脱进料支管和再生进料支管同所述的料液进料总管、洗脱进料总管和再生进料总管一一对应连通；

所述出料支管包括料液出料支管、洗脱出料支管和再生出料支管，所述料液出料支管、洗脱出料支管和再生出料支管同所述的料液出料总管、洗脱出料总管和再生出料总管一一对应连通；

所述每个进料支管、出料支管和串联管路上分别设有控制阀，用于周期性控制各树脂柱组在多个树脂柱间同步实现离子交换、洗脱和树脂的再生过程。

所述的树脂为凝胶型强酸阳离子交换树脂、大孔弱碱阴离子交换树脂和大孔型强酸阳离子交换树脂中的一种。

优选地，所述的树脂柱为4-12个。

所述的控制阀为电磁阀或气动阀，所述控制阀通过PLC程序控制，用于顺序控制各树脂柱上的控制阀的启闭。

具体地，本发明的技术解决方案是一种用于有机酸生产的连续离子交换方法及其装置，该装置主要包含以下设备配套组成：(1)树脂：凝胶型强酸阳离子交换树脂和大孔弱碱阴离子交换树脂(2)树脂柱：树脂柱数量为n，n＝4-10(3)PLC自动控制系统及其外围配套管路及缓冲罐等。

该方法是一种用于有机酸生产的连续离子交换方法，料液，再生剂通过不同的管路，在同一时间进入不同的树脂柱，运行一定的周期后，树脂达到饱和后通过阀门的切换，饱和的树脂进入再生剂再生，再生好的树脂开始进料液交换。树脂一直在系统中连续更替位置运行。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.交换过程在树脂柱中进行，料液从上部进入，下部流出。液体流速由待处理料液性质及树脂交换性能确定，树脂在床内的移动属活塞式移动，不产生乱层现象。

2.交换和再生在不同的树脂柱中同时进行，在离子交换同时，部分树脂柱中的树脂进行着洗脱、再生过程，再生剂从上部进入，下部流出。交换和再生过程同时开展，离子交换之后的树脂进行洗脱、再生，再生完的树脂进行离子交换，从而实现离子交换的连续过程。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的PLC控制线路图。

图中附图标记表示为：

1、树脂柱2、料液进料总管3、洗脱进料总管4、再生进料总管5、料液进料支管6、洗脱进料支管7、再生进料支管8、料液出料总管9、洗脱出料总管10、再生出料总管11、再生出料支管12、洗脱出料支管13、料液出料支管14、串联管路。

具体实施方式

参见图1，它主要包含：包括树脂、树脂柱、同树脂柱上端连通的进料总管及同树脂柱下端连通的出料总管，树脂柱至少设有三个，优选的树脂柱数量为4-12个，图中采用的树脂柱数量为6个，其中每两个树脂柱为一组，进料总管包括料液进料总管、洗脱进料总管和再生进料总管，出料总管包括料液出料总管、洗脱出料总管和再生出料总管，每个树脂柱上分别设有同进料总管连通的进料支管，同出料总管连通的出料支管；

进料支管包括料液进料支管、洗脱进料支管和再生进料支管，料液进料支管、洗脱进料支管和再生进料支管同料液进料总管、洗脱进料总管和再生进料总管一一对应连通；

出料支管包括料液出料支管、洗脱出料支管和再生出料支管，料液出料支管、洗脱出料支管和再生出料支管同料液出料总管、洗脱出料总管和再生出料总管一一对应连通；

每个进料支管和出料支管上分别设有控制阀，用于协调控制各树脂柱之间轮流实现离子交换、洗脱和树脂的再生过程。

其中树脂柱中的树脂为凝胶型强酸阳离子交换树脂、大孔弱碱阴离子交换树脂和大孔型强酸阳离子交换树脂中的一种。

用于控制每个支管的控制阀为电磁阀或气动阀，控制阀采用PLC程序控制，用于周期性控制各支管上的控制阀的启闭，使各树脂柱组在多个树脂柱间同步实现离子交换、洗脱和树脂的再生过程。

该方法的具体操作工艺为：

料液、洗脱剂和再生剂分别通过各自的进料总管，在同一时间进入不同的树脂柱，在不同树脂柱中完成离子的交换、洗脱和再生；当进行离子交换的树脂柱中的树脂达到饱和后，打开料液出料支管控制阀将此树脂柱中的料液放出，待料液释放完后，关闭此树脂柱下端的料液出料支管控制阀，打开洗脱进料总管控制阀进入洗脱过程，另外两组中的一组树脂柱此时已完成树脂的再生过程，打开料液进料支管控制阀进入料液的进料过程，另一组树脂柱已完成洗脱过程，打开再生进料支管控制阀进入树脂的再生过程；

通过PLC控制各树脂柱上的控制阀，洗脱好的树脂柱进行再生剂的再生，再生好的树脂柱进行进料液交换，离子交换完成后的树脂柱进行洗脱剂的洗脱，这样树脂一直在系统中连续更替位置运行。

在交换同时，部分树脂在进行洗脱和再生过程，再生剂从上部进入，下部流出，其中的再生剂用量由待处理料液成分确定。

交换和再生过程同时开展，交换之后的树脂进行洗脱和再生，再生完的树脂进行交换。

本发明的方法和设备用于下列有机酸生产工艺的离子交换作业：(1)乳酸的脱盐(2)柠檬酸的脱盐(3)抗坏血酸的生产

如图2所示，所有对应的工艺流程控制通过PLC系统中的CPU来执行相关的操作。每个柱子操作单元分为交换，洗脱，再生三个步续，每个步续又分为进料液(洗脱液，再生液)启动(关闭)，阀门打开(关闭)，传感器启动(关闭)三个并列单元。在某一时刻，所有的柱子在运行交换，洗脱，再生步骤中的某一步。如以1#柱为例，通过CPU给予1#柱交换指令，此时传感器得到CPU的命令后给予进料阀门信号，进料阀门打开。到给定时间后，CPU给予1#柱交换结束指令，此时传感器得到CPU的命令后给予进料阀门信号，进料阀门关闭，交换结束，并将这一信号反馈至CPU。此时CPU给予1#柱洗脱指令，此时传感器得到CPU的命令后给予进洗脱液阀门信号，进洗脱液阀门打开。到给定时间后，CPU给予1#柱洗脱结束指令，此时传感器得到CPU的命令后给予进洗脱液阀门信号，进洗脱液阀门关闭，洗脱结束，1#柱开始下一个工作步骤。其他柱的控制原理与步骤与1#柱相同。

实施例1

本实施例系乳酸脱除阳离子过程，采用本发明的方法及装置，待处理料液为乳酸生产第二次活性碳脱色后料液，浓度18％-19％，粘度：1.05cP-1.10cP，温度30-40℃，离子交换树脂为凝胶型强酸阳离子交换树脂，采用西安蓝晓科技有限公司生产的seplite LSI-010，交换时间2h，进料流量控制为5-10m³/h。再生剂使用4-7％盐酸溶液，再生剂用量1-3倍树脂床体积。产品阳离子去除率能达到98％以上，产品收率达到99％以上。

实施例2

本实施例系乳酸脱除阴离子过程，采用本发明的方法及装置，待处理料液为经过脱除阳离子之后料液，浓度17.5％-18.5％，粘度1.05cP-1.10cP，温度30-40℃，离子交换树脂为大孔型弱碱阴离子交换树脂，采用西安蓝晓科技有限公司生产的seplite LSI-363，交换时间3h，进料流量8-12m³/h。再生剂使用5-7％碱溶液，再生剂用量1-3被树脂床体积。产品阴离子去除率能达到98％以上，产品收率达到99％以上。

实施例3

本实施例系柠檬酸脱除阳阴离子过程。采用本发明的方法和装置，待处理料液为20％-22％的柠檬酸溶液，PH：1-2。离子交换树脂为大孔型强酸阳离子交换树脂，采用西安蓝晓科技有限公司生产的sepliteD001，使用前用4％Hcl转为H+型，交换时间3h，流量控制为8-10m³/h.

本发明中交换过程，树脂能全部达到工业饱和交换，能充分利用树脂的交换容量，交换再生过程连续进行，且交换再生不在同一床内进行，树脂的利用率提高30-50％，再生剂节约50-60％，废液排放量减少，减轻了环保压力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。