CN105126939B - 一种离子解吸装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离子解吸装置及其操作方法，至少包括离子解吸系统、液固分离系统、树脂输送系统和液体输送系统；离子解吸系统主要包括内环液体分布器、外环液体分布器、导流筒和外筒体。第一路液体解吸剂经内环液体分布器进入导流筒，与导流筒内待解吸树脂以鼓泡床和湍动床状态接触；第二路液体解吸剂经外环液体分布器进入外筒体和导流筒间的环隙内，与待解吸树脂以移动床状态接触，待解吸树脂在环隙与导流筒间环流流动。通过设置第一路液体解吸剂为新鲜的原料液体解吸剂或已排入解吸液储槽内的解吸液，可分别实现高解吸率和高排放液浓度的目标。本发明设备简单高效，操作连续，调控灵活，广泛适用于金属元素分离与回收、含盐废水处理领域。

Description

一种离子解吸装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种通过离子交换技术处理已吸附了某种目标金属离子的待解吸树脂的解吸装置及其操作方法，特别涉及一种操作连续、灵活，解吸效率高的离子解吸装置及其操作方法，属于金属元素分离与回收、含盐废水处理领域。

背景技术

在冶金或无机盐生产等工业中，所处理的液体或所排放的废液中常都含一定量金属离子，如电镀废水中含铬离子、碳酸钾废水中含钾离子等，若直接排放，不仅污染环境，而且还会浪费大量金属资源。因此，回收其中的金属离子是实现资源高效利用及节能减排的重要举措。目前，工业上有关处理回收其中金属离子的方法有化学沉淀法、膜分离法、生物法及离子交换法等，相对而言，离子交换法降低了二次污染，且材料可重复利用，得到了较多企业和研究者的关注。

利用离子交换技术处理和回收液体中的金属离子，一般分为吸附和解吸两个过程，通过吸附过程实现初始液体中目标金属离子的提取与分离，再通过解吸过程实现目标金属离子的回收与树脂的循环利用。基于离子交换操作的基本特点和要求，对应离子交换设备结构及其操作时所考虑的因素包括：树脂与溶液之间高效接触，树脂与溶液在设备中有足够的接触时间，树脂与溶液之间能够有效的分离，设备简单及操作连续、灵活，树脂的磨损与破碎低、且可循环利用等。当前工业上常用的离子交换设备有固定床、移动床和流化床，固定床虽能满足处理要求，但也存在管线复杂、阀门多、操作连续性差等不足。对此，一些研究者提出了连续式移动床或流化床离子交换设备及其操作方法，如美国的金斯(Higgins)环形离子交换设备、日本的阿沙希(Asahi)移动床离子交换设备、加拿大的希姆斯利(HimsIey)塔、国内天津大学研制的可翻转塔板多级流化床(TPCIX)等，上述离子交换设备虽在工业中得到了成功应用，但也分别存在设备及操作复杂、离子交换效率偏低等问题，且多侧重于离子交换的吸附过程。虽然吸附与解吸从原理上都属于离子交换过程，但两个过程所要实现的工艺目的不同，故其设备及操作调控方法不同，而单独针对解吸过程工艺特点所开发的设备及其操作方法报道相对较少。

发明内容

本发明的目的在于，通过离子交换技术处理已吸附了某种目标金属离子的待解吸树脂，为其提供一种操作连续、灵活，解吸效率高的离子解吸装置及其操作方法。

本发明的目的通过下列途径实现：

一种离子解吸装置，其特征是：至少包括离子解吸系统、液固分离系统、树脂输送系统和液体输送系统；所述的离子解吸系统主要包括内环液体分布器、外环液体分布器、导流筒和外筒体；所述的导流筒与外筒体同轴置于外筒体内部，内环液体分布器置于外筒体内部导流筒的正下方，外环液体分布器置于外筒体与导流筒间环隙的内部；所述的液固分离系统置于离子解吸系统外筒体的上方，通过输送管线与其相连；所述的树脂输送系统至少包括待解吸树脂加料器，通过管线与离子解吸系统外筒体的外壁相连；所述的液体输送系统至少包括解吸液储槽、新鲜原料液体解吸剂储槽和输送泵，通过管线分别与离子解吸系统内的内环液体分布器和外环液体分布器相连。

所述的导流筒与外筒体横截面积之此为0.2-0.7，导流筒上端口所在截面与外筒体上方液固出口所在截面的距离为1.0m-3.0m，导流筒下端口所在截面与外筒体底部距离为0.8m-1.2m。

所述的内环液体分布器为倒锥体板式结构，置于外筒体内部导流筒的正下方，倒锥体侧壁夹角为45°-60°；所述的倒锥体上板面所在截面与导流筒下端口所在截面的距离为0.2m-0.5m，与导流筒横截面积之此为0.8-1.0，基于导流筒横截面积的开孔率为0.1％-1.0％。

所述的外环液体分布器为环管结构，置于外筒体与导流筒间环隙的内部，环管中心线所在平面位于导流筒下端口所在平面的上方，其距离为0.2m-0.4m，环管水平投影面积与外筒体与导流筒间环隙面积的此值为0.2-0.4，基于外筒体与导流筒间环隙面积的开孔率为0.1％-1％，开孔方向与竖直向上方向的夹角为-60°-+60°，“-”指开孔方向偏向外筒体内壁一侧，“+”指开孔方向偏向导流筒外壁一侧。

所述的树脂输送系统通过管线与离子解吸系统外筒体的外壁相连，其连接口位于外环液体分布器环管中心线所在平面上方0.3m-0.5m所在截面高度处。

一种离子解吸装置的操作方法，其特征是：第一路液体解吸剂经由内环液体分布器进入导流筒内，与导流筒内待解吸的固体树脂以鼓泡床和湍动床状态接触；第二路液体解吸剂经由外环液体分布器进入外筒体和导流筒间的环隙内，与环隙内待解吸的固体树脂以移动床状态接触；导流筒内表观液速高于环隙内的表观液速，以此在环隙与导流筒间形成压力差；导流筒内的液固两相向上移动，在导流筒上端口，固体树脂溢流进入环隙内并向下移动，在压力差的推动下，由环隙下方重新进入导流筒，以此形成固体树脂的环流流动；流经导流筒后的第一路液体和流经环隙后的第二路液体共同经外筒体上方管线进入液固分离系统，分离后的液体进入解吸液储槽，分离后的固体树脂与来自待解吸树脂加料器内的树脂通过输送管线进入外筒体与导流筒间的环隙内；解吸后的树脂由外筒体下部排出。

所述的第一路液体解吸剂作为可选择的方式，依解吸过程目标不同其操作选择不同，若以提高待解吸树脂内的离子解吸率为目标，第一路液体解吸剂选择新鲜的原料液体解吸剂，若兼顾提高系统排出的解吸液浓度，第一路液体解吸剂选择已排入解吸液储槽内的解吸液；所述的第二路液体解吸剂为来自新鲜原料液体解吸剂储槽内的解吸剂。

本发明与现有技术相此，存在明显的优点在于：

(1)待解吸树脂在导流筒区和环隙区环流流动，可多次与新鲜原料液体解吸剂接触，因而对待解吸树脂可灵活、高效的调控其解吸效率；同时，针对不同解吸阶段动力学特点，可分别通过对导流筒区液固顺流接触和环隙区液固逆流接触的操作条件及流动状态的调节进行调控。

(2)工艺操作灵活，若以提高待解吸树脂中目标金属离子的解吸率为目的，第一路液体解吸剂可选择新鲜原料液体解吸剂，若兼顾提高解吸后液体中目标离子的浓度，第一路液体解吸剂可选择液固分离系统排出的解吸液。

(3)设备结构简单，操作过程连续。

附图说明

图1是一种离子解吸装置及其流程示意图；

图2是一种离子解吸装置离子解吸系统的结构示意图；

图3是一种离子解吸装置及其操作方法实施例1的实施效果；

图4是一种离子解吸装置及其操作方法实施例2的实施效果。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例并结合附图来详细说明本发明。

实施例1

参见附图1-附图3，本实施例的一种离子解吸装置，其特征是：至少包括离子解吸系统、液固分离系统、树脂输送系统和液体输送系统。离子解吸系统主要包括内环液体分布器4、外环液体分布器5、导流筒6和外筒体7；导流筒6与外筒体7同轴置于外筒体7内部，内环液体分布器4置于外筒体7内部导流筒6的正下方，外环液体分布器5置于外筒体7与导流筒6间环隙的内部；液固分离系统8置于离子解吸系统外筒体7的上方，通过输送管线与其相连；树脂输送系统至少包括待解吸树脂加料器9，通过管线与离子解吸系统外筒体7的外壁相连；液体输送系统至少包括解吸液储槽10、新鲜原料液体解吸剂储槽2和输送泵1、3、11，通过管线分别与离子解吸系统内的内环液体分布器4和外环液体分布器5相连。

导流筒6与外筒体7横截面积之比为0.3，导流筒6上端口所在截面与外筒体7上方液固出口所在截面的距离为3.0m，导流筒6下端口所在截面与外筒体7底部距离为1.0m。

内环液体分布器4为倒锥体板式结构，置于外筒体7内部导流筒6的正下方，倒锥体侧壁夹角为60°；倒锥体上板面所在截面与导流筒6下端口所在截面的距离为0.3m，与导流筒横截面积之此为0.8，基于导流筒横截面积的开孔率为0.5％。

外环液体分布器5为环管结构，置于外筒体7与导流筒6间环隙的内部，环管中心线所在平面位于导流筒6下端口所在平面的上方，其距离为0.3m，环管水平投影面积与外筒体7与导流筒6间环隙面积的比值为0.2，基于外筒体7与导流筒6间环隙面积的开孔率为0.5％，开孔方向与竖直向上方向的夹角为-45°和+45°，“-”指开孔方向偏向外筒体7内壁一侧，“+”指开孔方向偏向导流筒6外壁一侧。

树脂输送系统通过管线与离子解吸系统外筒体7的外壁相连，其连接口位于外环液体分布器5环管中心线所在平面上方0.3m所在截面高度处。

参见附图1-附图3，本实施例的一种离子解吸装置的操作方法，其特征是：关闭输送泵11，开启输送泵3，来自新鲜原料液体解吸剂储槽2的第一路液体解吸剂经由内环液体分布器4进入导流筒6内，与导流筒6内待解吸的固体树脂以湍动床状态接触；开启输送泵1，来自新鲜原料液体解吸剂储槽2的第二路液体解吸剂经由外环液体分布器5进入外筒体7和导流筒6间的环隙内，与环隙内待解吸的固体树脂以移动床状态接触；导流筒6内表观液速为0.5m/s，环隙内的表观液速为0.05m/s，以此在环隙与导流筒6间形成了压力差；导流筒6内的液固两相向上移动，在导流筒6上端口，固体树脂溢流进入环隙内并向下移动，在压力差的推动下，由环隙下方重新进入导流筒6以此形成固体树脂的环流流动；流经导流筒6后的第一路液体和流经环隙后的第二路液体共同经外筒体7上方管线进入液固分离系统8，分离后的液体进入解吸液储槽10，分离后的固体树脂与来自待解吸树脂加料器9内树脂通过输送管线进入外筒体7与导流筒6间的环隙内；解吸后的树脂由外筒体7下部排出。

实施例2

参见附图1、附图2和附图4，本实施例的一种离子解吸装置与实施例1相同。

参见附图1、附图2和附图4，本实施例的一种离子解吸装置的操作方法，其特征是：开启输送泵11，关闭输送泵3，来自解吸液储槽10的第一路液体解吸剂经由内环液体分布器4进入导流筒6内，与导流筒6内待解吸的固体树脂以湍动床状态接触；开启输送泵1，来自新鲜原料液体解吸剂储槽2的第二路液体解吸剂经由外环液体分布器5进入外筒体7和导流筒6间的环隙内，与环隙内待解吸的固体树脂以移动床状态接触；导流筒6内表观液速为0.5m/s，环隙内的表观液速为0.05m/s，以此在环隙与导流筒6间形成了压力差；导流筒6内的液固两相向上移动，在导流筒6上端口，固体树脂溢流进入环隙内并向下移动，在压力差的推动下，由环隙下方重新进入导流筒6以此形成固体树脂的环流流动；流经导流筒6后的第一路液体和流经环隙后的第二路液体共同经外筒体7上方管线进入液固分离系统8，分离后的液体进入解吸液储槽10，分离后的固体树脂与来自待解吸树脂加料器9内树脂通过输送管线进入外筒体7与导流筒6间的环隙内；解吸后的树脂由外筒体7下部排出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种离子解吸装置，其特征是：至少包括离子解吸系统、液固分离系统、树脂输送系统和液体输送系统；所述的离子解吸系统主要包括内环液体分布器、外环液体分布器、导流筒和外筒体；所述的导流筒与外筒体同轴置于外筒体内部，内环液体分布器置于外筒体内部导流筒的正下方，外环液体分布器置于外筒体与导流筒间环隙的内部；所述的液固分离系统置于离子解吸系统外筒体的上方，通过输送管线与其相连；所述的树脂输送系统至少包括待解吸树脂加料器，通过管线与离子解吸系统外筒体的外壁相连；所述的液体输送系统至少包括解吸液储槽、新鲜原料液体解吸剂储槽和输送泵；所述的输送泵至少为3台，第1台通过管线两端分别与解吸液储槽和内环液体分布器相连，第2台通过管线两端分别与新鲜原料液体解吸剂储槽和内环液体分布器相连，第3台通过管线两端分别与新鲜原料液体解吸剂储槽和外环液体分布器相连。

2.如权利要求1所述的一种离子解吸装置，其特征是：所述的导流筒与外筒体横截面积之比为0.2-0.7，导流筒上端口所在截面与外筒体上方液固出口所在截面的距离为1.0m-3.0m，导流筒下端口所在截面与外筒体底部距离为0.8m-1.2m。

3.如权利要求1所述的一种离子解吸装置，其特征是：所述的内环液体分布器为倒锥体板式结构，置于外筒体内部导流筒的正下方，倒锥体侧壁与竖直向上方向的夹角为45°-60°；所述的倒锥体上板面所在截面与导流筒下端口所在截面的距离为0.2m-0.5m，与导流筒横截面积之比为0.8-1.0，基于导流筒横截面积的开孔率为0.1％-1.0％。

4.如权利要求1所述的一种离子解吸装置，其特征是：所述的外环液体分布器为环管结构，置于外筒体与导流筒间环隙的内部，环管中心线所在平面位于导流筒下端口所在平面的上方，距离为0.2m-0.4m，环管水平投影面积与外筒体与导流筒间环隙面积的比值为0.2-0.4，基于外筒体与导流筒间环隙面积的开孔率为0.1％-1％，开孔方向与竖直向上方向的夹角为-60°-+60°，“-”指开孔方向偏向外筒体内壁一侧，“+”指开孔方向偏向导流筒外壁一侧。

5.如权利要求1所述的一种离子解吸装置，其特征是：所述的树脂输送系统通过管线与离子解吸系统外筒体的外壁相连，其连接口位于外环液体分布器环管中心线所在平面上方0.3m-0.5m所在截面高度处。

6.如权利要求1-5所述的一种离子解吸装置的操作方法，其特征是：第一路液体解吸剂经由内环液体分布器进入导流筒内，与导流筒内待解吸的固体树脂以鼓泡床和湍动床状态接触；第二路液体解吸剂经由外环液体分布器进入外筒体和导流筒间的环隙内，与环隙内待解吸的固体树脂以移动床状态接触；导流筒内表观液速高于环隙内的表观液速，以此在环隙与导流筒间形成压力差；导流筒内的液固两相向上移动，在导流筒上端口，固体树脂溢流进入环隙内并向下移动，在压力差的推动下，由环隙下方重新进入导流筒，以此形成固体树脂的环流流动；流经导流筒后的第一路液体和流经环隙后的第二路液体共同经外筒体上方管线进入液固分离系统，分离后的液体进入解吸液储槽，分离后的固体树脂与来自待解吸树脂加料器内的树脂通过输送管线进入外筒体与导流筒间的环隙内；解吸后的树脂由外筒体下部排出。

7.如权利要求6所述的一种离子解吸装置的操作方法，其特征是：所述的第一路液体解吸剂作为可选择的方式，依解吸过程目标不同其操作选择不同，若以提高待解吸树脂内的离子解吸率为目标，第一路液体解吸剂选择新鲜的原料液体解吸剂，若兼顾提高系统排出的解吸液浓度，第一路液体解吸剂选择已排入解吸液储槽内的解吸液；所述的第二路液体解吸剂为来自新鲜原料液体解吸剂储槽内的解吸剂。