固定床離子交換操作指南

1、.固定床離子交換操作指南一、 離子交換基本原理：1. 陽離子交換：1) 陽離子交的基本原理：利用氫型的陽離子交換樹脂吸附料液中的鐵、鈣等陽離子，從而達到去除料液中的金屬陽離子，凈化料液的目的。再用強酸（比如HCL）將陽離子樹脂吸附的金屬陽離子置換出來，使陽離子樹脂轉(zhuǎn)化為氫型。2) 陽離子交換的基本過程：陽離子樹脂交換過程包括吸附和解析兩個過程，吸附和解析是同時發(fā)生的一個可逆化學反應(yīng)。R-H + Na+ R-Na + H+Ø 離交（吸附）：當化學平衡向右移動，Na+（此處泛指金屬陽離子）被吸附，H+被釋放，這個過程我們稱之為離交。Ø 再生（解析）：當化學平衡向左移動，H+被吸

2、附，Na+（此處泛指金屬陽離子）被釋放，這個過程我們稱之為再生。2. 陰離子交換：1) 陰離子交換的基本原理：利用氫氧型的陰離子交換樹脂吸附料液中的Cl-、SO42-等陰離子，從而達到去除料液中的陰離子凈化料液的目的。再用強堿（比如NaOH）將陰離子樹脂吸附的Cl-、SO42-等陰離子置換出來，使陰離子樹脂轉(zhuǎn)化為氫氧型2) 陰離子交換的基本過程：陰離子樹脂交換過程包括吸附和解析兩個過程，吸附和解析是同時發(fā)生的一個可逆化學反應(yīng)。R-OH + Cl- R- Cl + OH-Ø 離交（吸附）：當化學平衡向右移動，Cl-（此處泛指陰離子）被吸附，OH-被釋放，這個過程我們稱之為離交。

3、6; 再生（解析）：當化學平衡向左移動，OH-被吸附，Cl-（此處泛指陰離子）被釋放，這個過程我們稱之為再生。二、 檸檬酸工廠離子交換工序的目的1. 陽離交：去除金屬陽離子，凈化料液，保證產(chǎn)品質(zhì)量。2. 陰離交：去除陰離子，進一步凈化料液，保證產(chǎn)品質(zhì)量，保護后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶等不銹鋼設(shè)備的安全。三、 檸檬酸工廠離子交換的單元操作離子交換過程包括如下操作過程：樹脂預(yù)處理、樹脂復(fù)活處理、再生離交循環(huán)等操作過程。具體如下（樹脂預(yù)處理、樹脂復(fù)活處理在此不予表述）：(一) 陽離子交換單元操作以下所有操作過程均是在離交柱中已充滿水，排空閥處于關(guān)閉狀態(tài)且無泄漏的情況下進行的。離交柱在剛裝填樹脂后要進行樹脂預(yù)處理的

4、工作，在該過程中，需手動打開各小柱的排氣閥門，當氣泡出盡時及時關(guān)閉出氣閥（從低到高依次關(guān)閉）。1. 再生：經(jīng)過清洗好的陽離子樹脂我們需要對其進行再生，解析掉其吸附的雜質(zhì)金屬陽離子，恢復(fù)為H+型，以恢復(fù)其交換能力。1) 再生劑配置：陽離子樹脂再生需要使用2N鹽酸。a) 配置操作：Ø 開啟罐區(qū)的鹽酸泵往MS-0427A加鹽酸Ø 打開水閥往MS-0427A加水Ø 開啟壓縮空氣閥，進行風力攪拌Ø 調(diào)節(jié)加水和鹽酸的流量，將鹽酸的濃度調(diào)節(jié)到7%（W/W）左右。Ø 配到MS-0427A 90%的液位停止配鹽酸（停鹽酸泵、水、壓縮空氣）b) 濃度化驗：2N鹽酸

5、的質(zhì)量百分比濃度為7%（W/W）,可以直接用0.1526N的NaOH進行滴定化驗，消耗13.1毫升即為2N的鹽酸。2) 再生操作：a) 開啟該柱的排污閥（至MS-0428），打開進鹽酸閥(再一次的檢查確認閥門是在正確的位置上，因為一旦閥門開錯位置后果將很嚴重！)。b) 設(shè)定鹽酸流量為2.5M3/hr，啟動鹽酸泵開始進鹽酸。c) 待出口鹽酸濃度達到1.6N（進口濃度的80%）時，停止進鹽酸（此時鹽酸總用量約4M3，約1.5小時后從出口取樣閥取鹽酸樣，用0.1526N的NaOH進行滴定，消耗約10.5毫升），關(guān)閉進鹽酸閥，關(guān)閉排污閥。此處特別注意：Ø 控制流速2.5M3/hrØ

6、 出口鹽酸濃度達到1.6N即停止通鹽酸，至于總用量、時間均為參考值，需要根據(jù)實際操作的情況進行調(diào)整（便于確定取樣時間點）d) 浸泡0.5hre) 清洗Ø 開啟該柱排污閥，開啟該柱進水閥Ø 啟動水泵供水（使用MS-0427B罐的軟水），進行再生后的清洗（此為正洗，即水從上向下經(jīng)過樹脂層）。Ø 清洗至出口水樣的PH大于6時，即清洗完成，關(guān)閉進水閥、排污閥，該柱再生完畢，備用。（注意，由于我們有時使用蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝水進行清洗，而冷凝水的PH值有時較低，所以有時出口水樣的PH值永遠也不可能大于6，這時要求出口水樣的PH值接近進水的PH值，同時出口水樣CL-含量低于100p

7、pm，視為清洗完成）。2. 離交：經(jīng)過再生處理并清洗好的陽離交柱按照需要可以投入離交使用。整個離交過程包括排水離交、正常離交、飽和判定、水壓殘酸、正洗、反洗等過程。1） 排水離交：a) 開啟該柱CA進料閥，開啟該柱排污閥，確認閥門狀態(tài)正確后開啟進料泵（來自MS-0426），進料擠水。b) 不斷在出口取樣閥取樣，當出液酸度大于0.5%（PH約小于4）時，關(guān)閉排污閥，開啟淡酸出料閥（至MS-0426）c) 繼續(xù)不斷在出口取樣閥取樣，用黃血鹽法 進行判定鐵離子是否合格（取10mL樣液于比色管中，加0.1%黃血鹽溶液2滴，樣液不呈藍色，視為合格）Ø 如果出料鐵離子不合格，則繼續(xù)回料至MS-0

8、426Ø 如果出料鐵離子合格，則關(guān)閉淡酸出料閥，開啟濃酸出料閥（至MS-0427C），正常離交運行。2） 正常離交：正常離交過程中，要經(jīng)常取樣檢測出料口陽離交液的鐵離子（黃血鹽法）。如果鐵離子檢測不合格，我們稱之為鐵離子漏出，陽樹脂飽和。具體取樣頻率根據(jù)實際操作進行調(diào)整（根據(jù)經(jīng)驗一組柱子大概可以使用多長時間，提前加大檢測頻率），一般前期時間間隔稍長，后期要增加取樣的頻率。正常離交過程中有如下注意事項：Ø 確保離交柱中充滿CA料液，嚴禁樹脂露空，造成料液短路。Ø 嚴禁反向進料或進水，如果反向進料進水會造成樹脂亂層，離交柱馬上飽和。Ø 如果由于供料或其他原因

9、，中途停止離交，容易造成樹脂假飽和（樹脂還有吸附能力，但出料鐵離子漏出），在恢復(fù)進料離交時，要先回流至MS-0426，待出料通過鐵離子檢測后再切換為正常離交。Ø 一般來說料液清澈透明的，鐵離子合格；如果顏色稍有變化，說明鐵離子不合格，這可以作為目測輔助檢驗，但不能代替黃血鹽法的檢測。3） 水壓殘酸：當樹脂飽和后（檢出出口料液鐵離子超標），我們需要停止進料，進行水壓殘酸操作，以回收檸檬酸，減少浪費，保證收率。a) 關(guān)閉該柱CA進料閥，關(guān)閉濃酸出料閥，停止進料、出料。b) 開啟淡酸出料閥，開啟進水閥進水，用水將柱內(nèi)的檸檬酸溶液擠至MS-0426。c) 在水壓殘酸過程中不斷取樣檢測CA濃度

10、，當酸度低于0.5%時，關(guān)閉淡酸出料閥，水壓殘酸結(jié)束，進入下一步操作。4） 正洗：水從上至下通過樹脂層洗滌樹脂稱為正洗，水壓殘酸結(jié)束后進入正洗。開啟該柱排污閥，進水洗樹脂至出水基本清亮為止，關(guān)閉排污閥。5） 反洗：水從下至上通過樹脂層洗滌樹脂稱為反洗，正洗結(jié)束后要進行反洗以疏松樹脂層及沖出雜物（比如粉末活性炭等）。Ø 關(guān)閉正向控制閥，開啟反向控制閥，通過出料管道反向向樹脂柱進水Ø 開啟該樹脂柱最上方的排空閥，通過該閥排放反洗污水。Ø 清洗至出水基本清亮為止，關(guān)閉排空閥，關(guān)閉進水閥Ø 反洗過程中要注意水的流量，避免樹脂被沖出Ø 反洗結(jié)束，可以進行

11、再生(二) 陰離子交換單元操作1. 再生：經(jīng)過清洗好的陰離子樹脂我們需要對其進行再生，解析掉其吸附的雜質(zhì)陰離子，恢復(fù)為OH-型，以恢復(fù)其交換能力。1) 再生劑配置：陰離子樹脂再生需要使用1N燒堿溶液。Ø 開啟罐區(qū)的燒堿泵往MS-0432中加濃堿，每罐加10%左右的液位Ø 打開水閥往MS-0432加水至90%液位Ø 加水的同時開啟壓縮空氣閥，進行風力攪拌Ø 測定燒堿濃度，微量調(diào)節(jié)燒堿或水量，控制濃度在4%（W/W）左右備用。 c) 濃度化驗：1N燒堿的質(zhì)量百分比濃度為4%（W/W）,可以直接用1N的HCL進行滴定化驗，消耗1毫升即為1N燒堿。2) 再生操作

12、：a) 開啟該柱的排污閥（至MS-0428），打開進燒堿閥（此時該柱其他所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài))。b) 啟動燒堿泵PP-0432開始進“回收燒堿”，利用“回收燒堿”進行預(yù)再生。c) 待“回收燒堿”全部進完后，停燒堿泵（此時需立即進行“新鮮燒堿”的配制），打開排空閥，將柱內(nèi)的液體全部排空。d) 關(guān)閉排污閥，進“新鮮燒堿”，當液位達到淹沒所有樹脂時（視鏡觀察），關(guān)閉排空閥，繼續(xù)進燒堿，邊進邊出。e) 待出口燒堿度達到0.8N（進口濃度的80%）時，停止進燒堿（此時將堿罐MS-0432中的所有“新鮮燒堿”全部進完，“新鮮燒堿”總用量約14M3，出口取樣閥取燒堿樣，用1N的HCL進行滴定，消耗約0.8

13、毫升），關(guān)閉進燒堿閥，關(guān)閉排污閥。f) 浸泡1hrg) 清洗及燒堿回收Ø 開啟該柱燒堿回流閥（回流至MS-0432），開啟該柱進水閥，用水將燒堿擠至MS-0432，當MS-0432液位達到90%時停止燒堿回收，這時MS-0432中的燒堿稱之為“回收燒堿”，將在下一個柱再生時首先使用。Ø 燒堿回收完畢，關(guān)閉燒堿回流閥，開啟排污閥，進行再生后的清洗（此為正洗，即水從上向下經(jīng)過樹脂層）。Ø 清洗至出口水樣的PH值至89時，即清洗完成，關(guān)閉進水閥、排污閥，該柱再生完畢，備用。（注意，由于我們使用蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝水進行清洗，而冷凝水的PH值有時較低，所以有時出口水樣的PH值會

14、小于8，這時要求出口水樣CL- 、SO42-檢測達標視為清洗完成）。2. 離交：經(jīng)過再生處理并清洗好的陽離交柱按照需要可以投入離交使用。整個離交過程包括排水離交、正常離交、飽和判定、水壓殘酸、正洗、反洗等過程。1） 排水離交：a) 開啟該柱CA進料閥，開啟該柱排污閥，確認閥門狀態(tài)正確后開啟進料泵（來自MS-0427C），進料擠水。b) 不斷在出口取樣閥取樣，當出液酸度大于0.5%（PH約小于4）時，關(guān)閉排污閥。2） 正常離交：a) 串聯(lián)離交：關(guān)閉主供料閥，通過另一臺陰離交柱出料管路向該柱供料，這稱為“串聯(lián)離交”（比如通過A柱向B柱供料，我們稱A柱為“離交柱”，B柱為“保險柱”，目的是為了充分利

15、用A柱樹脂的吸附能力，讓其樹脂充分飽和，同時確保陰離交液合格）。Ø 繼續(xù)不斷在“離交柱”出口取樣閥取樣，用限量定性快速判定陰離交液硫酸根、氯離子是否合格（取陰離交液25mL，加入50g/L BaCl2兩滴，不得有乳白色混濁出現(xiàn)，否則說明硫酸根超標；取陰離交液10mL，加入0.1mol/L AgNO3 溶液兩滴，不得有乳白色混濁出現(xiàn)，否則說明氯離子超標）。同時需同樣方法監(jiān)控“保險柱”出液質(zhì)量（一般來說當“離交柱”未飽和前，“保險柱”的出液是合格的）。Ø 當檢測出“離交柱”出料氯離子、硫酸根均超標時（一般來說氯離子先超標，此時“保險柱”出液任然合格），我們認為“離交柱”樹脂已飽

16、和，停止“離交柱”進料。b) 單柱離交：當僅有一臺柱可以投入離交運行時，也可以單柱進料正常離交。但由于沒有保險柱，為保證離交液合格，在離交過程中，一要降低進料流量，二要加大取樣檢測頻率。正常離交過程中有如下注意事項：Ø 確保離交柱中充滿CA料液，嚴禁樹脂露空，造成料液短路。Ø 嚴禁反向進料或進水，如果反向進料進水會造成樹脂亂層，離交柱馬上飽和。3） 水壓殘酸：當樹脂飽和后，我們需要停止進料，進行水壓殘酸操作，以回收檸檬酸，減少浪費，保證收率。a) 關(guān)閉該柱CA進料閥，開啟壓縮空氣閥，將該柱濃料液通過串聯(lián)管路壓至“保險柱”，關(guān)閉壓縮空氣閥。b) 打開排空閥，進水閥，進水至淹沒樹脂（視鏡觀察），關(guān)閉排空閥，繼續(xù)進水，用水繼續(xù)清洗、擠出該柱的CA，擠出的淡CA液繼續(xù)通過串聯(lián)管路進至“保險柱”。c) 在水壓殘酸過程中不斷取樣檢測CA濃度，當酸度低于0.5%時，水壓殘酸結(jié)束，關(guān)閉串通管路閥門，進入下一步操作。4） 正洗：水壓殘酸結(jié)束后進入正洗。開啟該柱排污閥，進水洗樹脂至出水基本清亮為止，關(guān)閉排污閥。5） 反洗：水從下至上通過樹脂層