CN104667999B - 一种基于多通阀的新型离子交换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多通阀的新型离子交换系统，包括2‑4个多通阀及2‑3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换。本系统克服了传统间歇式固定床管线复杂、阀门多、树脂利用率低等缺点，同时实现连续离子交换系统在线连续吸附的功能。在实现系统连续工作和树脂最大化利用的基础上，实现低成本、低故障、低能耗和自动化运行。
Description
技术领域
本发明属于离子交换领域，尤其是一种基于多通阀的新型离子交换系统。
背景技术
离子交换作为一种非常普遍的化学分离技术及化工操作单元，具有分离选择性强、浓缩倍数高等特点，被广泛应用于化工诸多领域，特别是化学物质生产过程中的分离、富集和提纯，以及各种工业用水的净化及回收等。
目前已出现的离子交换设备按操作方式分为间隙式、周期式、连续式；按两相接触方式不同分为固定床、移动床、流化床等。固定床为目前应用最多的离子交换设备，尽管它具有结构简单、操作管理方便等优点，但同时存在设备管线复杂，阀门数量众多、树脂利用率相对较低等缺点。尽管随着技术的发展出现了其它新型的离子交换设备，包括移动床式、液相切换式、回转床式等，但都存在相应的缺点。如移动床式设备运行中，树脂的频繁移动会造成树脂的磨损，且树脂输送中易产生乱层和堵塞现象；液相切换式和回转床式设备需要采用多个树脂柱，同时设备工艺管线复杂，设备的稳定性不能得到充分保障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于多通阀的新型离子交换系统，通过对多通阀的简单操作，实现离子交换系统的在线连续吸附和再生功能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种基于多通阀的新型离子交换系统，包括2-4个多通阀及2-3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换。
而且，所述的交换系统包括两个离子交换柱及三个六通阀，其中六通阀(2)的f口和c口分别连接离子交换柱(4)的进口和出口，六通阀(3)的f口和c口分别连接离子交换柱的(5)的进口和出口，六通阀(2)的e口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀(3)的d口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀(2)的d口连接六通阀(3)的e口，六通阀(2)的a口和b口分别连接六通阀(1)的b口和e口，六通阀(3)的a口和b口分别连接六通阀(1)的d口和a口，六通阀(1)的f口和c口分别连接原料的进口和出口。
而且，所述的交换系统包括三个离子交换柱及四个六通阀，其中六通阀(7)、六通阀(8)和六通阀(9)的f口和c口分别连接离子交换柱(10)、离子交换柱(11)及离子交换柱(12)的进口和出口，六通阀(7)的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀(9)的e口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀(7)的e口连接六通阀(8)的d口，六通阀(8)的e口连接六通阀(9)的d口，六通阀(7)的a口连接六通阀(6)的f口，六通阀(7)的b口连接六通阀(8)的a口，六通阀(8)的b口连接六通阀(6)的c口，六通阀(9)的a口和b口分别连接六通阀(6)的b口和e口，六通阀(6)的a口和d口分别连接原料的进口和出口。
而且，所述的交换系统包括三个离子交换柱、两个六通阀和一个十通阀，离子交换柱(16)的进口和出口分别连接六通阀(13)的f口和c口，离子交换柱(17)的进口和出口分别连接十通阀(14)的h口和e口，离子交换柱(18)的进口和出口分别连接六通阀(15)的f口和c口，十通阀(14)的c口和j口分别连接原料的进口和出口，十通阀(14)的b口、i口、及g口分别连接六通阀(13)的a口、b口和d口，十通阀(14)的a口、d口、f口分别连接六通阀(15)的b口、a口和e口，六通阀(15)的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀(13)的e口连接再生液/淋洗液的出口。
而且，所述的交换系统包括三个离子交换柱、一个六通阀、一个八通阀及一个十通阀，其中离子交换柱(22)的进口和出口分别连接八通阀(19)的g口和d口，离子交换柱(23)的进口和出口分别连接十通阀(20)的h口和e口，离子交换柱(24)的进口和出口分别连接六通阀(21)的f口和c口，六通阀(21)的d口连接再生液/淋洗液的进口，八通阀(19)的f口连接再生液/淋洗液的出口，八通阀(19)的a口连接原料的进口，十通阀(20)的j口连接原料的出口，十通阀(20)的a口、d口、f口分别与六通阀(21)的b口、a口及e口连接，十通阀(20)的b口、i口及g口分别与八通阀(19)的h口、c口及e口连接。
而且，该交换系统连接一再生液/淋洗液的切换机构，该切换机构包括一个六通阀(25)，该六通阀(25)的a口和f口分别连接再生液的进口及出口，六通阀(25)的c口和d口分别连接淋洗液的进口及出口，六通阀(25)的b口与交换系统再生液/淋洗液的进口连接，六通阀(25)的e口与交换系统再生液/淋洗液的出口连接。
本发明的优点和积极效果是：
1、本系统克服了传统间歇式固定床管线复杂、阀门多、树脂利用率低等缺点，同时实现连续离子交换系统在线连续吸附的功能。在实现系统连续工作和树脂最大化利用的基础上，实现低成本、低故障、低能耗和自动化运行。
2、本系统装置结构及操作简单：系统仅由三个或四个多通阀、离子交换柱和连接管道构成，操作过程中仅需对多通阀进行简单旋转控制，无需其它任何操作。
3、本系统通用性强：可根据实际需求选择不同的离子交换柱，或对交换柱进行快速更换，更换后无需进行复杂的系统调试。
4、本系统可实现自动化操作：系统操作仅涉及对多通阀的简单旋转操作，因此通过对系统多通阀的软件程序控制，即可实现电脑的自动化操作。
附图说明
图1为本发明基于三个六通阀的双交换柱系统结构示意图；
图2为本发明基于四个六通阀的三交换柱系统结构示意图；
图3为本发明基于两个六通阀和一个十通阀的三交换柱系统结构示意图；
图4为本发明基于一个六通阀、一个八通阀及一个十通阀的三交换柱系统结构示意图；
图5为本发明再生液/淋洗液的切换机构示意图；
图6(a)为六通阀(a)状态示意图；
图6(b)为六通阀(b)状态示意图；
图7(a)为十通阀(a)状态示意图；
图7(b)为十通阀(b)状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种基于三个六通阀的双交换柱系统，包括两个离子交换柱及三个六通阀，其中六通阀2的f口和c口分别连接离子交换柱4的进口和出口，六通阀3的f口和c口分别连接离子交换柱的5的进口和出口，六通阀2的e口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀3的d口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀2的d口连接六通阀3的e口，六通阀2的a口和b口分别连接六通阀1的b口和e口，六通阀3的a口和b口分别连接六通阀1的d口和a口，六通阀1的f口和c口分别连接原料的进口和出口，如图1所示。
实施例1的工作原理：
树脂的吸附和再生过程涉及系统的四种状态，各状态下交换柱进行单级或两级吸附，单级吸附时，另一组交换柱处于再生状态，吸附过程连续进行。
状态一：交换柱4和交换柱5串联吸附(4→5)。六通阀1、六通阀2、六通阀3分别处于图6中的(b)、(a)、(a)状态，此时交换柱4和交换柱5构成串联吸附，其中交换柱4为第一级、交换柱5为第二级吸附。
状态二：交换柱5吸附、交换柱4再生。当交换柱4达到吸附饱和后，调整六通阀2至图6中的(b)状态，此时交换柱4进行洗脱再生，交换柱5单独进行吸附。
状态三：交换柱4和交换柱5串联吸附(5→4)。当交换柱4再生完成后，分别调整六通阀1和2至图6中(a)状态，此时交换柱4和5构成串联吸附，其中交换柱5为第一级、交换柱4为第二级吸附。
状态四：交换柱4吸附、交换柱5再生。当交换柱5达到吸附饱和后，调整六通阀3至图6中的(b)状态，此时交换柱5进行洗脱再生，交换柱4单独进行吸附。
当交换柱5再生完成，通过调整六通阀1和六通阀3分别至图6中(b)和(a)状态，此时系统回到状态一，即交换柱4和交换柱5重新构成串联吸附。整个过程中，吸附过程连续进行，且交换柱的吸附和再生过程中，溶液在交换柱中的流动方向相反。
实施例2：
一种基于四个六通阀的三交换柱系统，包括三个离子交换柱及四个六通阀，其中六通阀7、六通阀8和六通阀9的f口和c口分别连接离子交换柱10、离子交换柱11及离子交换柱12的进口和出口，六通阀7的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀9的e口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀7的e口连接六通阀8的d口，六通阀8的e口连接六通阀9的d口，六通阀7的a口连接六通阀6的f口，六通阀7的b口连接六通阀8的a口，六通阀8的b口连接六通阀6的c口，六通阀9的a口和b口分别连接六通阀6的b口和e口，六通阀6的a口和d口分别连接原料的进口和出口，如图2所示。
实施例2的工作原理与实施例1相似。
实施例3：
一种基于两个六通阀和一个十通阀的三交换柱系统，包括三个离子交换柱、两个六通阀和一个十通阀，离子交换柱16的进口和出口分别连接六通阀13的f口和c口，离子交换柱17的进口和出口分别连接十通阀14的h口和e口，离子交换柱18的进口和出口分别连接六通阀15的f口和c口，十通阀14的c口和j口分别连接原料的进口和出口，十通阀14的b口、i口、及g口分别连接六通阀13的a口、b口和d口，十通阀14的a口、d口、f口分别连接六通阀15的b口、a口和e口，六通阀15的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀13的e口连接再生液/淋洗液的出口，如图3所示。
实施例3的工作原理为：
树脂的吸附和再生过程涉及系统的三种状态，各状态下均有两组交换柱进行两级吸附，另一组交换柱处于再生或备用状态，吸附过程连续进行。
状态一：交换柱16和交换柱17串联吸附(16→17)，交换柱18再生或备用。六通阀13和六通阀15分别处于图6中的(a)和(b)状态，十通阀14处于图7中的(b)状态，此时交换柱16和交换柱17构成串联吸附，其中交换柱16为第一级、交换柱17为第二级吸附，交换柱18处于再生或备用状态。
状态二：交换柱17和交换柱18串联吸附(17→18)，交换柱16再生或备用。当交换柱16吸附饱和后，分别调整六通阀13和六通阀15至图6中的(b)和(a)状态，此时交换柱17和交换柱18构成串联吸附，其中交换柱17为第一级、交换柱18为第二级吸附，交换柱16处于再生或备用状态。
状态三：交换柱18和16串联吸附(18→16)，交换柱17再生或备用。当交换柱17吸附饱和后，分别调整六通阀13至图6中的(a)状态，十通阀14至图7中的(a)状态，此时交换柱18和交换柱16构成串联吸附，其中交换柱18为第一级、交换柱16为第二级吸附，交换柱17处于再生或备用状态。
当交换柱18吸附饱和后，分别调整六通阀15至图6中的(b)状态，十通阀14至图7中的(b)状态，此时交换柱16和交换柱17重新构成串联吸附，交换柱18处于再生或备用状态，即系统重新回到状态一。整个过程中，系统始终处于两级吸附状态，吸附过程连续进行，且交换柱的吸附和再生过程中，溶液在交换柱中的流动方向相反。
实施例4：
一种基于一个六通阀、一个八通阀及一个十通阀的三交换柱系统，包括三个离子交换柱、一个六通阀、一个八通阀及一个十通阀，其中离子交换柱22的进口和出口分别连接八通阀19的g口和d口，离子交换柱23的进口和出口分别连接十通阀20的h口和e口，离子交换柱24的进口和出口分别连接六通阀21的f口和c口，六通阀21的d口连接再生液/淋洗液的进口，八通阀19的f口连接再生液/淋洗液的出口，八通阀19的a口连接原料的进口，十通阀20的j口连接原料的出口，十通阀20的a口、d口、f口分别与六通阀21的b口、a口及e口连接，十通阀20的b口、i口及g口分别与八通阀19的h口、c口及e口连接，如图4所示。
实施例4的工作原理与实施例3相似，即实现实时两组交换柱进行两级吸附，另一组交换柱处于再生或备用状态，吸附过程连续进行。
而且，上述实施例1-4中均可以连接一再生液/淋洗液的切换机构，该切换机构包括一个六通阀25，该六通阀25的a口和f口分别连接再生液的进口及出口，六通阀25的c口和d口分别连接淋洗液的进口及出口，六通阀25的b口分别连接实施例1-4中交换柱系统的再生液/淋洗液的进口，六通阀25的e口分别连接实施例1-4中交换柱系统的再生液/淋洗液的出口。
在离子交换柱吸附与再生过程中需要进行树脂的淋洗操作，因此设计了图5所示的再生液/淋洗液切换机构，通过该机构与离子交换系统的组合实现树脂的“吸附→淋洗→再生→淋洗→吸附”过程的循环。淋洗和再生过程涉及系统的两种状态：
状态一：淋洗过程。六通阀25处于图6中的(a)状态，此时淋洗液经c口进入六通阀，然后经b口进入离子交换系统，最后经e口回到六通阀，并经d口流出系统。淋洗液在系统中的流程为：接口c→六通阀25→接口b→接口e→六通阀25→接口d。
状态二：再生过程。六通阀25处于图6中的(b)状态，此时再生液经a口进入六通阀，然后经b口进入离子交换系统，最后经e口回到六通阀，并经f口流出系统。再生液在系统中的流程为：接口a→六通阀25→接口b→接口e→六通阀25→接口f。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性而非限制性的。本领域技术人员在阅读本发明说明书的基础上，可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书以及等效物界定。
Claims (5)
1.一种基于多通阀的离子交换系统，其特征在于：包括2-4个多通阀及2-3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换，所述的交换系统包括两个离子交换柱及三个六通阀，其中六通阀二(2)的f口和c口分别连接离子交换柱四(4)的进口和出口，六通阀三(3)的f口和c口分别连接离子交换柱五(5)的进口和出口，六通阀二(2)的e口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀三(3)的d口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀二(2)的d口连接六通阀三(3)的e口，六通阀二(2)的a口和b口分别连接六通阀一(1)的b口和e口，六通阀三(3)的a口和b口分别连接六通阀一(1)的d口和a口，六通阀一(1)的f口和c口分别连接原料的进口和出口。
2.一种基于多通阀的离子交换系统，其特征在于：包括2-4个多通阀及2-3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换，所述的交换系统包括三个离子交换柱及四个六通阀，其中六通阀七(7)、六通阀八(8)和六通阀九(9)的f口和c口分别连接离子交换柱十(10)、离子交换柱十一(11)及离子交换柱十二(12)的进口和出口，六通阀七(7)的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀九(9)的e口连接再生液/淋洗液的出口，六通阀七(7)的e口连接六通阀八(8)的d口，六通阀八(8)的e口连接六通阀九(9)的d口，六通阀七(7)的a口连接六通阀六(6)的f口，六通阀七(7)的b口连接六通阀八(8)的a口，六通阀八(8)的b口连接六通阀六(6)的c口，六通阀九(9)的a口和b口分别连接六通阀六(6)的b口和e口，六通阀六(6)的a口和d口分别连接原料的进口和出口。
3.一种基于多通阀的离子交换系统，其特征在于：包括2-4个多通阀及2-3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换，所述的交换系统包括三个离子交换柱、两个六通阀和一个十通阀，离子交换柱十六(16)的进口和出口分别连接六通阀十三(13)的f口和c口，离子交换柱十七(17)的进口和出口分别连接十通阀十四(14)的h口和e口，离子交换柱十八(18)的进口和出口分别连接六通阀十五(15)的f口和c口，十通阀十四(14)的c口和j口分别连接原料的进口和出口，十通阀十四(14)的b口、i口、及g口分别连接六通阀十三(13)的a口、b口和d口，十通阀十四(14)的a口、d口、f口分别连接六通阀十五(15)的b口、a口和e口，六通阀十五(15)的d口连接再生液/淋洗液的进口，六通阀十三(13)的e口连接再生液/淋洗液的出口。
4.一种基于多通阀的离子交换系统，其特征在于：包括2-4个多通阀及2-3个离子交换柱，通过对多通阀的旋转操作实现离子交换柱的吸附、再生与淋洗间的切换，所述的交换系统包括三个离子交换柱、一个六通阀、一个八通阀及一个十通阀，其中离子交换柱二十二(22)的进口和出口分别连接八通阀十九(19)的g口和d口，离子交换柱二十三(23)的进口和出口分别连接十通阀二十(20)的h口和e口，离子交换柱二十四(24)的进口和出口分别连接六通阀二十一(21)的f口和c口，六通阀二十一(21)的d口连接再生液/淋洗液的进口，八通阀十九(19)的f口连接再生液/淋洗液的出口，八通阀十九(19)的a口连接原料的进口，十通阀二十(20)的j口连接原料的出口，十通阀二十(20)的a口、d口、f口分别与六通阀二十一(21)的b口、a口及e口连接，十通阀二十(20)的b口、i口及g口分别与八通阀十九(19)的h口、c口及e口连接。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的基于多通阀的离子交换系统，其特征在于：该交换系统连接一再生液/淋洗液的切换机构，该切换机构包括一个六通阀二十五(25)，该六通阀二十五(25)的a口和f口分别连接再生液的进口及出口，六通阀二十五(25)的c口和d口分别连接淋洗液的进口及出口，六通阀二十五(25)的b口与交换系统再生液/淋洗液的进口连接，六通阀二十五(25)的e口与交换系统再生液/淋洗液的出口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |