固定床離子交換操作指引

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(dá)到去除料液中的金屬陽離子，凈化料液的目的。 再用強(qiáng)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(gè)過 程，吸附和解析是同時(shí)發(fā)生的一個(gè)可逆化學(xué)反應(yīng)。R-H + Na+R-Na + H+離交（吸附）：當(dāng)化學(xué)平衡向右移動(dòng)， Na+（此處泛指金屬陽離子） 被吸附， H+被釋放，這個(gè)過程我們稱之為離交。 再生（解析）：當(dāng)化學(xué)平衡向左移動(dòng)， H+被吸附，

2、Na+（此處泛指 金屬陽離子）被釋放，這個(gè)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(dá)到去除料液中的陰離子凈化料液的目的。 再用強(qiáng)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(gè)過程，吸附和解析是同時(shí)發(fā)生的一個(gè)可逆化學(xué)反應(yīng)R-OH + Cl-R- Cl + OH-離交（吸附）：當(dāng)化學(xué)平衡向右移動(dòng)， Cl-（此處泛指陰離子）被吸 附， OH-被釋放，這個(gè)過程我們稱之為離交。再生（解

3、析）：當(dāng)化學(xué)平衡向左移動(dòng)， OH-被吸附， Cl-（此處泛指 陰離子）被釋放，這個(gè)過程我們稱之為再生。、 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(jìn)一步凈化料液，保證產(chǎn)品質(zhì)量，保護(hù)后續(xù)蒸發(fā)結(jié) 晶等不銹鋼設(shè)備的安全。、 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(jìn)行的。離交柱在剛裝填樹脂后要進(jìn)行樹脂預(yù)處

4、理的工作， 在該過程中，需手動(dòng)打開各小柱的排氣閥門，當(dāng)氣泡出盡時(shí)及時(shí)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(duì)其進(jìn)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： 開啟罐區(qū)的鹽酸泵往 MS-0427A 加鹽酸打開水閥往 MS-0427A 加水開啟壓縮空氣閥，進(jìn)行風(fēng)力攪拌調(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 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(yàn)： 2N 鹽酸的質(zhì)量百分比濃度為 7%（W/

5、W）,可以直接用0.1526N的 NaOH 進(jìn)行滴定化驗(yàn)，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(jìn)鹽酸閥 （再一次的檢查確 認(rèn)閥門是在正確的位置上，因?yàn)橐坏╅y門開錯(cuò)位置后果將很嚴(yán) 重！）。b）設(shè)定鹽酸流量為 2.5M3/hr，啟動(dòng)鹽酸泵開始進(jìn)鹽酸。c）待出口鹽酸濃度達(dá)到 1.6N（進(jìn)口濃度的 80%）時(shí)，停止進(jìn)鹽酸（此 時(shí)鹽酸總用量約 4M3，約 1.5 小時(shí)后從出口取樣閥取鹽酸樣，用 0.1526N的 NaOH進(jìn)行滴定，消耗約 10.5毫升），關(guān)閉進(jìn)鹽酸閥， 關(guān)閉排污閥。此處特別注意：控制流速 2.5M3/hr出口鹽酸濃度達(dá)到 1

6、.6N 即停止通鹽酸，至于總用量、時(shí)間均為 參考值，需要根據(jù)實(shí)際操作的情況進(jìn)行調(diào)整（便于確定取樣時(shí)間點(diǎn)）d）浸泡 0.5hre） 清洗開啟該柱排污閥，開啟該柱進(jìn)水閥啟動(dòng)水泵供水（使用 MS-0427B 罐的軟水），進(jìn)行再生后的清洗 （此為正洗，即水從上向下經(jīng)過樹脂層） 。清洗至出口水樣的 PH大于 6 時(shí)，即清洗完成，關(guān)閉進(jìn)水閥、排 污閥，該柱再生完畢，備用。 （注意，由于我們有時(shí)使用蒸發(fā)系 統(tǒng)的冷凝水進(jìn)行清洗， 而冷凝水的 PH 值有時(shí)較低，所以有時(shí)出 口水樣的 PH 值永遠(yuǎn)也不可能大于 6，這時(shí)要求出口水樣的 PH 值接近進(jìn)水的 PH 值，同時(shí)出口水樣 CL-含量低于 100ppm，視 為

7、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(gè)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(jìn)料閥，開啟該柱排污閥，確認(rèn)閥門狀態(tài)正確后開啟 進(jìn)料泵（來自 MS-0426），進(jìn)料擠水。b）不斷在出口取樣閥取樣，當(dāng)出液酸度大于 0.5%（PH 約小于 4）時(shí)，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(jìn)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(lán) 色，視為合格 ）如果出料鐵離子不合格，則繼續(xù)回料至

8、MS-0426 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(yùn)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(shí)際操作進(jìn)行調(diào)整（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一組 柱子大概可以使用多長時(shí)間， 提前加大檢測頻率），一般前期時(shí)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(xiàng)： 確保離交柱中充滿 CA 料液，嚴(yán)禁樹脂露空，造成料液短路。 嚴(yán)禁反向進(jìn)料或進(jìn)水， 如果反向進(jìn)料進(jìn)水會(huì)造成樹脂亂層， 離交 柱馬上飽和。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(jìn)料離交時(shí)， 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。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(yàn)， 但不能代替 黃血鹽 法的檢測。3) 水壓殘酸：當(dāng)樹脂飽和后(檢出出口料液鐵離子超標(biāo)) ，我們需要停 止進(jìn)料，進(jìn)行水壓殘酸操作，以回收檸檬酸，減少浪費(fèi)，保證收率。a) 關(guān)閉該柱 CA 進(jìn)料閥，關(guān)閉濃酸出料閥，停止進(jìn)料、出料。b) 開啟淡酸出料閥， 開啟進(jìn)水閥進(jìn)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

10、中不斷取樣檢測 CA 濃度，當(dāng)酸度低于 0.5%時(shí)，關(guān) 閉淡酸出料閥，水壓殘酸結(jié)束，進(jìn)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(jìn)入正洗。開啟該柱排污閥，進(jìn)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(jìn) 行反洗以疏松樹脂層及沖出雜物(比如粉末活性炭等) 。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(jìn)水 開啟該樹脂柱最上方的排空閥，通過該閥排放反洗污水。 清洗至出水基本清亮為止，關(guān)閉排空閥，關(guān)閉進(jìn)水閥 反洗過程中要注意水的流量，避免樹脂被沖出 反洗結(jié)束，可以進(jìn)行再生(二 )

11、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(duì)其進(jìn)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。開啟罐區(qū)的燒堿泵往 MS-0432 中加濃堿，每罐加 10%左右的液 位打開水閥往 MS-0432 加水至 90%液位 加水的同時(shí)開啟壓縮空氣閥，進(jìn)行風(fēng)力攪拌 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(yàn)：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(jìn)行滴定化驗(yàn)，消耗 1 毫升即為 1N 燒堿。2） 再生操作：a）開啟該柱的排污

12、閥（至 MS-0428），打開進(jìn)燒堿閥（此時(shí)該柱其他 所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài) ）。b）啟 動(dòng)燒堿泵 PP-0432開始進(jìn)“回收燒堿”，利用“回收燒堿”進(jìn)行預(yù) 再生。c）待“回收燒堿”全部進(jìn)完后，停燒堿泵（此時(shí)需立即進(jìn)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(jìn)“新鮮燒堿” ，當(dāng)液位達(dá)到淹沒所有樹脂時(shí)（視鏡觀 察），關(guān)閉排空閥，繼續(xù)進(jìn)燒堿，邊進(jìn)邊出。e）待 出口燒堿度達(dá)到 0.8N（進(jìn)口濃度的 80%）時(shí)，停止進(jìn)燒堿（此時(shí)將堿罐 MS-0432 中的所有“新鮮燒堿”全部進(jìn)完， “新鮮燒堿”總 用量約 14M3，出口取樣閥取燒堿樣，用 1N 的 HCL 進(jìn)行滴定，

13、消 耗約 0.8 毫升），關(guān)閉進(jìn)燒堿閥，關(guān)閉排污閥。f）浸泡 1hrg）清洗及燒堿回收開啟該柱燒堿回流閥（回流至 MS-0432），開啟該柱進(jìn)水閥，用 水將燒堿擠至 MS-0432，當(dāng) MS-0432 液位達(dá)到 90%時(shí)停止燒堿 回收， 這時(shí) MS-0432 中的燒堿稱之為 “回收燒堿”，將在下一個(gè) 柱再生時(shí)首先使用。燒堿回收完畢， 關(guān)閉燒堿回流閥， 開啟排污閥， 進(jìn)行再生后的清 洗（此為正洗，即水從上向下經(jīng)過樹脂層） 。清洗至出口水樣的 PH值至 89時(shí)，即清洗完成，關(guān)閉進(jìn)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(jìn)行清洗， 而冷凝水的 PH 值有時(shí)較低，所

14、以有時(shí)出口 水樣的 PH 值會(huì)小于 8，這時(shí)要求出口水樣 CL- 、 SO42-檢測達(dá) 標(biāo)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(gè)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(jìn)料閥，開啟該柱排污閥， 確認(rèn)閥門狀態(tài)正確后開 啟進(jìn)料泵（來自 MS-0427C），進(jìn)料擠水。b）不斷在出口取樣閥取樣，當(dāng)出液酸度大于 0.5%（PH約小于 4） 時(shí)，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(tái)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

15、料，我們 稱 A 柱為“離交柱”，B 柱為“保險(xiǎn)柱”，目的是為了充分利用 A 柱樹脂的吸附能力，讓其樹脂充分飽和，同時(shí)確保陰離交液 合格）。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(biāo)； 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(biāo)） 。 同時(shí)需同樣方法監(jiān)控“保險(xiǎn)柱”出液質(zhì)量（一般來說當(dāng)“離 交柱”未飽和前，“保險(xiǎn)柱”的出液是合格的） 。當(dāng)檢測出“離交柱”出料氯離子、硫酸根均超標(biāo)時(shí)（一般

16、來 說氯離子先超標(biāo)，此時(shí)“保險(xiǎn)柱”出液任然合格） ，我們認(rèn) 為“離交柱”樹脂已飽和，停止“離交柱”進(jìn)料。b) 單柱離交： 當(dāng)僅有一臺(tái)柱可以投入離交運(yùn)行時(shí)， 也可以單柱進(jìn)料正常離交。但由于沒有保險(xiǎn)柱，為保證離交液合格，在離交過 程中，一要降低進(jìn)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(xiàng)：確保離交柱中充滿 CA 料液，嚴(yán)禁樹脂露空，造成料液短路。嚴(yán)禁反向進(jìn)料或進(jìn)水， 如果反向進(jìn)料進(jìn)水會(huì)造成樹脂亂層， 離交柱馬上飽和。3) 水壓殘酸：當(dāng)樹脂飽和后， 我們需要停止進(jìn)料， 進(jìn)行水壓殘酸操作，以回收檸檬酸，減少浪費(fèi)，保證收率。a)關(guān)閉該柱 CA進(jìn)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(xiǎn)柱”，關(guān)閉壓縮空氣閥。b) 打開排空閥，進(jìn)水閥，進(jìn)水至淹沒樹脂(視鏡觀察) ，關(guān)閉排空 閥，繼續(xù)進(jìn)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(jìn)至“保險(xiǎn)柱” 。c) 在水壓殘酸過程中不斷取樣檢測 CA 濃度，當(dāng)酸度低于 0.5%時(shí)，水壓殘酸結(jié)束，關(guān)閉串通管路閥門，進(jìn)入下一步操作。4) 正洗：水壓殘酸結(jié)束后進(jìn)