固定床离子交换操作指引

1、固定床离子交换操作指南一、 离子交换基本原理：1. 阳离子交换：1） 阳离子交的基本原理 ：利用氢型的阳离子交换树脂吸附料液中的铁、 钙等阳离子，从而达到去除料液中的金属阳离子，净化料液的目的。 再用强酸（比如 HCL ）将阳离子树脂吸附的金属阳离子置换出来，使 阳离子树脂转化为氢型。2） 阳离子交换的基本过程 ：阳离子树脂交换过程包括吸附和解析两个过 程，吸附和解析是同时发生的一个可逆化学反应。R-H + Na+R-Na + H+离交（吸附）：当化学平衡向右移动， Na+（此处泛指金属阳离子） 被吸附， H+被释放，这个过程我们称之为离交。 再生（解析）：当化学平衡向左移动， H+被吸附，

2、Na+（此处泛指 金属阳离子）被释放，这个过程我们称之为再生。2. 阴离子交换：1） 阴离子交换的基本原理 ：利用氢氧型的阴离子交换树脂吸附料液中的 Cl-、SO42-等阴离子，从而达到去除料液中的阴离子净化料液的目的。 再用强碱（比如 NaOH）将阴离子树脂吸附的 Cl-、SO42-等阴离子置换 出来，使阴离子树脂转化为氢氧型2） 阴离子交换的基本过程： 阴离子树脂交换过程包括吸附和解析两个过程，吸附和解析是同时发生的一个可逆化学反应R-OH + Cl-R- Cl + OH-离交（吸附）：当化学平衡向右移动， Cl-（此处泛指阴离子）被吸 附， OH-被释放，这个过程我们称之为离交。再生（解

3、析）：当化学平衡向左移动， OH-被吸附， Cl-（此处泛指 阴离子）被释放，这个过程我们称之为再生。、 柠檬酸工厂离子交换工序的目的1. 阳离交： 去除金属阳离子，净化料液，保证产品质量。2. 阴离交： 去除阴离子，进一步净化料液，保证产品质量，保护后续蒸发结 晶等不锈钢设备的安全。、 柠檬酸工厂离子交换的单元操作离子交换过程包括如下操作过程：树脂预处理、树脂复活处理、再生离交循 环等操作过程。具体如下（树脂预处理、树脂复活处理在此不予表述） ： （一 ） 阳离子交换单元操作以下所有操作过程均是在离交柱中已充满水，排空阀处于关闭状态且无 泄漏的情况下进行的。离交柱在刚装填树脂后要进行树脂预处

4、理的工作， 在该过程中，需手动打开各小柱的排气阀门，当气泡出尽时及时关闭出 气阀（从低到高依次关闭） 。1. 再生 ：经过清洗好的阳离子树脂我们需要对其进行再生， 解析掉其吸附的 杂质金属阳离子，恢复为 H+型，以恢复其交换能力。1）再生剂配置：阳离子树脂再生需要使用 2N 盐酸。a）配置操作： 开启罐区的盐酸泵往 MS-0427A 加盐酸打开水阀往 MS-0427A 加水开启压缩空气阀，进行风力搅拌调节加水和盐酸的流量， 将盐酸的浓度调节到 7%（W/W ）左右 配到 MS-0427A 90%的液位停止配盐酸（停盐酸泵、水、压缩空 气）b）浓度化验： 2N 盐酸的质量百分比浓度为 7%（W/

5、W）,可以直接用0.1526N的 NaOH 进行滴定化验，消耗 13.1毫升即为 2N的盐酸。2） 再生操作：a）开启该柱的排污阀（至 MS-0428），打开进盐酸阀 （再一次的检查确 认阀门是在正确的位置上，因为一旦阀门开错位置后果将很严 重！）。b）设定盐酸流量为 2.5M3/hr，启动盐酸泵开始进盐酸。c）待出口盐酸浓度达到 1.6N（进口浓度的 80%）时，停止进盐酸（此 时盐酸总用量约 4M3，约 1.5 小时后从出口取样阀取盐酸样，用 0.1526N的 NaOH进行滴定，消耗约 10.5毫升），关闭进盐酸阀， 关闭排污阀。此处特别注意：控制流速 2.5M3/hr出口盐酸浓度达到 1

6、.6N 即停止通盐酸，至于总用量、时间均为 参考值，需要根据实际操作的情况进行调整（便于确定取样时间点）d）浸泡 0.5hre） 清洗开启该柱排污阀，开启该柱进水阀启动水泵供水（使用 MS-0427B 罐的软水），进行再生后的清洗 （此为正洗，即水从上向下经过树脂层） 。清洗至出口水样的 PH大于 6 时，即清洗完成，关闭进水阀、排 污阀，该柱再生完毕，备用。 （注意，由于我们有时使用蒸发系 统的冷凝水进行清洗， 而冷凝水的 PH 值有时较低，所以有时出 口水样的 PH 值永远也不可能大于 6，这时要求出口水样的 PH 值接近进水的 PH 值，同时出口水样 CL-含量低于 100ppm，视 为

7、清洗完成）。2. 离交：经过再生处理并清洗好的阳离交柱按照需要可以投入离交使用。 整 个离交过程包括排水离交、正常离交、饱和判定、水压残酸、正洗、反洗 等过程。1）排水离交：a）开启该柱 CA 进料阀，开启该柱排污阀，确认阀门状态正确后开启 进料泵（来自 MS-0426），进料挤水。b）不断在出口取样阀取样，当出液酸度大于 0.5%（PH 约小于 4）时，关闭排污阀，开启淡酸出料阀（至 MS-0426） c）继 续不断在出口取样阀取样， 用黄血盐法 进行判定铁离子是否合格（取10mL样液于比色管中， 加 0.1%黄血盐溶液 2滴，样液不呈蓝 色，视为合格 ）如果出料铁离子不合格，则继续回料至

8、MS-0426 如果出料铁离子合格， 则关闭淡酸出料阀， 开启浓酸出料阀 （至 MS-0427C），正常离交运行。2）正常离交： 正常离交过程中，要经常取样检测出料口阳离交液的铁 离子（ 黄血盐法 ）。如果铁离子检测不合格， 我们称之为铁离子漏出， 阳树脂饱和。具体取样频率根据实际操作进行调整（根据经验一组 柱子大概可以使用多长时间， 提前加大检测频率），一般前期时间间 隔稍长， 后期要增加取样的频率。 正常离交过程中有如下注意事项： 确保离交柱中充满 CA 料液，严禁树脂露空，造成料液短路。 严禁反向进料或进水， 如果反向进料进水会造成树脂乱层， 离交 柱马上饱和。如果由于供料或其他原因，

9、中途停止离交， 容易造成树脂假饱和 （树脂还有吸附能力， 但出料铁离子漏出），在恢复进料离交时， 要先回流至 MS-0426，待出料通过铁离子检测后再切换为正常离 交。一般来说料液清澈透明的， 铁离子合格； 如果颜色稍有变化， 说 明铁离子不合格， 这可以作为目测辅助检验， 但不能代替 黄血盐 法的检测。3) 水压残酸：当树脂饱和后(检出出口料液铁离子超标) ，我们需要停 止进料，进行水压残酸操作，以回收柠檬酸，减少浪费，保证收率。a) 关闭该柱 CA 进料阀，关闭浓酸出料阀，停止进料、出料。b) 开启淡酸出料阀， 开启进水阀进水，用水将柱内的柠檬酸溶液挤至MS-0426。c) 在水压残酸过程

10、中不断取样检测 CA 浓度，当酸度低于 0.5%时，关 闭淡酸出料阀，水压残酸结束，进入下一步操作。4) 正洗： 水从上至下通过树脂层洗涤树脂称为正洗，水压残酸结束后 进入正洗。开启该柱排污阀，进水洗树脂至出水基本清亮为止，关 闭排污阀。5) 反洗 ：水从下至上通过树脂层洗涤树脂称为反洗，正洗结束后要进 行反洗以疏松树脂层及冲出杂物(比如粉末活性炭等) 。关闭正向控制阀， 开启反向控制阀， 通过出料管道反向向树脂柱 进水 开启该树脂柱最上方的排空阀，通过该阀排放反洗污水。 清洗至出水基本清亮为止，关闭排空阀，关闭进水阀 反洗过程中要注意水的流量，避免树脂被冲出 反洗结束，可以进行再生(二 )

11、阴离子交换单元操作1. 再生 ：经过清洗好的阴离子树脂我们需要对其进行再生，解析掉其吸附的杂质阴离子，恢复为 OH-型，以恢复其交换能力。1） 再生剂配置：阴离子树脂再生需要使用 1N 烧碱溶液。开启罐区的烧碱泵往 MS-0432 中加浓碱，每罐加 10%左右的液 位打开水阀往 MS-0432 加水至 90%液位 加水的同时开启压缩空气阀，进行风力搅拌 测定烧碱浓度，微量调节烧碱或水量，控制浓度在 4%（W/W ） 左右备用。c）浓度化验：1N 烧碱的质量百分比浓度为 4%（W/W）,可以直接用 1N 的 HCL 进行滴定化验，消耗 1 毫升即为 1N 烧碱。2） 再生操作：a）开启该柱的排污

12、阀（至 MS-0428），打开进烧碱阀（此时该柱其他 所有阀门均处于关闭状态 ）。b）启 动烧碱泵 PP-0432开始进“回收烧碱”，利用“回收烧碱”进行预 再生。c）待“回收烧碱”全部进完后，停烧碱泵（此时需立即进行“新鲜烧 碱”的配制），打开排空阀，将柱内的液体全部排空。d）关闭排污阀，进“新鲜烧碱” ，当液位达到淹没所有树脂时（视镜观 察），关闭排空阀，继续进烧碱，边进边出。e）待 出口烧碱度达到 0.8N（进口浓度的 80%）时，停止进烧碱（此时将碱罐 MS-0432 中的所有“新鲜烧碱”全部进完， “新鲜烧碱”总 用量约 14M3，出口取样阀取烧碱样，用 1N 的 HCL 进行滴定，

13、消 耗约 0.8 毫升），关闭进烧碱阀，关闭排污阀。f）浸泡 1hrg）清洗及烧碱回收开启该柱烧碱回流阀（回流至 MS-0432），开启该柱进水阀，用 水将烧碱挤至 MS-0432，当 MS-0432 液位达到 90%时停止烧碱 回收， 这时 MS-0432 中的烧碱称之为 “回收烧碱”，将在下一个 柱再生时首先使用。烧碱回收完毕， 关闭烧碱回流阀， 开启排污阀， 进行再生后的清 洗（此为正洗，即水从上向下经过树脂层） 。清洗至出口水样的 PH值至 89时，即清洗完成，关闭进水阀、 排污阀，该柱再生完毕，备用。 （注意，由于我们使用蒸发系统 的冷凝水进行清洗， 而冷凝水的 PH 值有时较低，所

14、以有时出口 水样的 PH 值会小于 8，这时要求出口水样 CL- 、 SO42-检测达 标视为清洗完成）。2. 离交：经过再生处理并清洗好的阳离交柱按照需要可以投入离交使用。 整个离交过程包括排水离交、正常离交、饱和判定、水压残酸、正洗、反洗等过程。1） 排水离交：a）开启该柱 CA 进料阀，开启该柱排污阀， 确认阀门状态正确后开 启进料泵（来自 MS-0427C），进料挤水。b）不断在出口取样阀取样，当出液酸度大于 0.5%（PH约小于 4） 时，关闭排污阀。2）正常离交：a）串联离交：关闭主供料阀， 通过另一台阴离交柱出料管路向该柱 供料，这称为“串联离交” （比如通过 A 柱向 B 柱供

15、料，我们 称 A 柱为“离交柱”，B 柱为“保险柱”，目的是为了充分利用 A 柱树脂的吸附能力，让其树脂充分饱和，同时确保阴离交液 合格）。继续不断在“离交柱”出口取样阀取样，用限量定性快速判 定阴离交液硫酸根、氯离子是否合格（取阴离交液 25mL， 加入 50g/L BaCl2两滴，不得有乳白色混浊出现，否则说明 硫酸根超标； 取阴离交液 10mL，加入 0.1mol/L AgNO3 溶 液两滴，不得有乳白色混浊出现，否则说明氯离子超标） 。 同时需同样方法监控“保险柱”出液质量（一般来说当“离 交柱”未饱和前，“保险柱”的出液是合格的） 。当检测出“离交柱”出料氯离子、硫酸根均超标时（一般

16、来 说氯离子先超标，此时“保险柱”出液任然合格） ，我们认 为“离交柱”树脂已饱和，停止“离交柱”进料。b) 单柱离交： 当仅有一台柱可以投入离交运行时， 也可以单柱进料正常离交。但由于没有保险柱，为保证离交液合格，在离交过 程中，一要降低进料流量，二要加大取样检测频率。正常离交 过程中有如下注意事项：确保离交柱中充满 CA 料液，严禁树脂露空，造成料液短路。严禁反向进料或进水， 如果反向进料进水会造成树脂乱层， 离交柱马上饱和。3) 水压残酸：当树脂饱和后， 我们需要停止进料， 进行水压残酸操作，以回收柠檬酸，减少浪费，保证收率。a)关闭该柱 CA进料阀，开启压缩空气阀， 将该柱浓料液通过串联管路压至“保险柱”，关闭压缩空气阀。b) 打开排空阀，进水阀，进水至淹没树脂(视镜观察) ，关闭排空 阀，继续进水，用水继续清洗、挤出该柱的 CA ，挤出的淡 CA 液继续通过串联管路进至“保险柱” 。c) 在水压残酸过程中不断取样检测 CA 浓度，当酸度低于 0.5%时，水压残酸结束，关闭串通管路阀门，进入下一步操作。4) 正洗：水压残酸结束后进