设备及操作
离子交换处理可采用批处理法或列处理法。在第一种方法中，树脂和溶液混合在一个批处理罐中，让交换达到平衡，然后树脂从溶液中分离出来。交换发生的程度受限于树脂对溶液中离子的偏好。因此，除非溶液中离子的选择性远大于附着在树脂上的可交换离子的选择性，否则树脂交换能力的使用将受到限制。由于树脂分批再生的化学效率低，离子交换分批处理的应用潜力有限。
将溶液通过含有交换树脂床的柱，类似于在无限系列的批处理槽中处理溶液。考虑一系列容器，每个容器中含有1当量的X离子形式的树脂。将含有1eq Y离子的溶液倒入第一个罐中。假设树脂对X和Y离子具有相同的偏好，当达到平衡时，溶液相将包含0.5 eq的X和Y。同样，树脂相将包含0.5 eq的X和Y。这种分离相当于在批处理过程中实现的分离。
如果将溶液从1号槽中取出并添加到2号槽中，2号槽中还含有1等量的X离子树脂，那么溶液和树脂相中都含有0.25等量的Y离子和0.75等量的X离子。在第三和第四个容器中重复这一过程，将Y离子的溶液含量分别降低到0.125和0.0625等。尽管有不利的树脂偏好。使用足够数量的级可以将溶液中Y离子的浓度降低到所需的水平。这种分析简化了柱技术，但它确实提供了对流程动态的深入了解。分离是可能的，尽管离子被去除的选择性差。大多数工业离子交换的应用使用固定床柱系，其基本组成部分为树脂柱(图5)。柱的设计必须:
•包含并支持离子交换树脂
•将服务和再生流程均匀分布在树脂床
•在反冲洗过程中提供空间使树脂流化
包括调节进料、再生液流量所需的管道、阀门和仪器。反冲洗溶液
图5。离子交换单元。
在进料溶液被处理到树脂耗尽且不能完成任何进一步的离子交换的程度后，必须对树脂进行再生。在正常的色谱操作中，阳离子系统首先转化为氢，然后转化为钠，再生采用以下基本步骤:
•对色谱柱进行反冲洗，以去除在使用周期中床层收集的悬浮物，并消除在使用周期中可能形成的通道。反冲洗流态化床，释放捕获颗粒，并根据大小重新定向树脂颗粒。
图5。离子交换装置．
浪涛outlat
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在反洗过程中，更大、更密集的颗粒将积聚在底部，颗粒尺寸将随着柱的向上移动而减小。这种分布产生了良好的水力流动模式和抗污染
•树脂床与再生液接触。在的情况下阳离子树脂，酸洗脱收集的离子，并将床转化为氢形式。然后用缓慢的水冲洗掉任何残留的酸。
•将床与氢氧化钠溶液接触，将树脂转化为钠形式。同样，用缓慢的水冲洗去除残留的腐蚀性。缓慢的冲洗推动最后的再生剂通过
•对树脂床进行快速冲洗，去除再生液的最后痕迹，确保良好的流动特性。
对于在再生过程中出现明显膨胀或收缩的树脂，应在再生后进行第二次反冲洗，以消除沟道或树脂压缩。固定床柱的再生通常需要1至2小时。频率取决于交换柱中树脂的体积以及废水中重金属和其他电离化合物的数量。树脂容量通常以每升(eq/L)树脂的当量表示。等价物是化合物的分子量(以克为单位)除以它的电荷或价电子。例如，交换容量为1 eq/L的树脂可以从溶液中去除37.5 g二价锌(Zn+2，分子量为65)。离子交换的大部分经验都是在水软化领域:因此，容量通常以每立方英尺树脂的碳酸钙千克来表示。这个单位可以用0.0458乘以每升的等价物。市售阳离子和阴离子树脂的典型容量如图4所示。用于再生树脂的酸或碱的量对其容量有很大影响。 Weak acid and weak base systems are more efficiently regenerated; their capacity increases almost linearly with regenerant dose. Columns are designed to use either cocurrent or逆流再生。在并发装置中，进料和再生溶液都以下行方式与树脂接触。就初始设备成本而言，这些设备是两种设备中较便宜的。另一方面，与逆流流相比，并发流使用再生剂化学品的效率较低:它具有更高的泄漏浓度(在柱排出物中去除的进料溶液离子的浓度)，并且不能在再生剂中达到较高的产品浓度。对于强酸或强碱树脂，再生化学物质的有效使用主要是一个问题。弱电离树脂只需略大于化学计量化学剂量即可完全再生，无论使用的是逆流流还是逆流流。使用强酸或强碱树脂系统，可以通过重复使用部分废再生剂来提高化学效率。在强电离树脂体系中，柱的再生程度是决定再生过程化学效率的主要因素。要实现42%的树脂理论交换容量，需要1.4倍的化学计量量试剂[2 lb HCl/ft3 (32 g HCI/L)]。为了将可用的交换容量提高到理论的60%，将消耗增加到化学计量剂量的2.45倍[5 lb HCl/ft3 (80 g HCI/升)]。 The need for acid doses considerably higher than stoichiometric means that there is a significant concentration of acid in the spent regenerant. Further, as the acid dose is increased incrementally, the concentration of acid in the spent regenerant increases. By discarding only the first part of the spent regenerant and saving and reusing the rest, greater exchange capacity can be realized with equal levels of regenerant consumption. For example, if a regenerant dose of 5 lb HCl/ft3 (80 g HCI/Liter) were used in the resin system, the first 50 percent of spent regenerant would contain only 29 percent of the original acid concentration. The rest of the acid regenerant would contain 78 percent of the original acid concentration. If this second part of the regenerant is reused in the next regeneration cycle before the resin bed makes contact with 5 Ib/ft3 (80 g/Liter) of fresh HCl, the exchange capacity would increase to 67 percent of theoretical capacity. The available capacity would then increase from 60 to 67 percent at equal chemical doses. Figure 5 shows the improved reagent utilization achieved by this manner of reuse over a range of regenerant doses. Regenerant reuse has disadvantages in that it is higher in initial cost for chemical storage and feed systems and regeneration procedure is more complicated. Still, where the chemical savings have provided justification, systems have been designed to reuse parts of the spent regenerant as many as five times before discarding them.
继续阅读:成本考虑及与Ro的比较
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