CN110564897B - 一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法及系统，属于离子交换柱复再生技术领域。复苏方法结合复苏系统，以流速为5～10m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为40～45℃的条件下复苏24h以上；所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.1～0.15%、双氧水1～1.5%、氯化钠7～8%及氢氧化钠2～2.5%。解决采用已有技术中，木糖溶液中杂质被离子交换树脂吸附而不能被常规的解吸附剂解析，而长期滞留于树脂中，从而导致树脂被污染等问问题，本发明实现复苏后树脂交换倍数提高至接近原有水平，并延长其使用寿命，同时，有效节约水资源，并减少再生排放废液中的含糖量和COD。

Description

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法及系统

技术领域

本发明涉及一种离子交换柱的复苏方法及系统，尤其涉及一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法及系统，属于离子交换柱再生技术领域。

背景技术

在以半纤维素为原料制备木糖过程中，工艺具体包括：在加热条件下，向原料半纤维素中加入硫酸，半纤维素被硫酸水解为木糖和其他杂糖，同时，水解液中存在有硫酸根离子、有机酸根离子（主要为酚类物质）及钠离子等杂质，而生成的木糖以溶液状态存在，因此，为了提高木糖质量，需要有效除去半纤维素水解液中硫酸根离子、有机酸根离子（主要为酚类物质）、钠离子、钙离子及镁离子等杂质，目前，一般先对半纤维素水解液进行前处理，再采用离子交换柱吸附杂质离子，以实现提纯木糖的目的。

离子交换柱是指用来进行离子交换反应的柱状压力容器，是管柱法离子交换的交换设备。含杂质的木糖溶液从柱的一端通入，与柱内呈密实状态的固定离子交换树脂层或流动状态离子交换树脂床充分接触，从而进行离子交换，最后，纯净的木糖溶液从柱的另一端流出，而木糖溶液中的杂质结合在树脂上。但随着纯化工艺的进行，离子交换柱中的树脂最终呈“饱和状态”，对木糖溶液中杂质离子吸附能力逐渐降弱，并出现吸附强度低、交换量小等问题，则需从生产线上切断柱交换，将呈“饱和状态”离子交换柱换下，并对换下的离子交换柱进行解吸液解吸，实现离子交换柱再生，从而实现离子交换柱的循环利用。

于2010年09月22日公开了一种公开号为CN101837305A，名称为“一种离子交换树脂的再生方法及装置”的专利文献，其中，具体公开：将再生离子交换树脂所需量的酸或碱液，分成三次进出离子交换柱，并回收最后一次排出的酸或碱液。该发明还涉及实现这种方法的装中国置。该装置包括：酸碱装置、第一管道、第一阀门、酸碱回收装置、第二管道、第二阀门、第三管道、第三阀门。所述酸碱装置连接所述第一管道，所述第一管道用于连接离子交换柱，所述离子交换柱连接所述第二管道，所述第二管道连接所述第三管道和所述酸碱回收装置。所述第一阀门、第二阀门和第三阀门分别设置在所述第一管道、第二管道和第三管道上。该发明解决了现在的离子交换树脂的再生方法产生的废液多、废液无法回收利用的问题。

于2008年07月23日公开了一种公开号为CN101224436A，名称为“一种离子交换树脂再生方法”的专利文献，其中，具体公开：离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，该方法主要包括将解析液通入装有离子交换树脂的离子交换柱中以除去吸附或牢固结合在树脂上的杂质离子步骤和将再生液逆流通入离子交换柱以恢复使离子交换树脂的离子交换能力步骤。解析液和再生液分别采用顺流和逆流的方式先后通入离子交换柱中。当所述的阳离子交换树脂为H⁺型阳离子交换树脂时，所述解析液为氢氧化钠溶液，所述的再生液为无机酸溶液；当所述的阴离子交换树脂为OH^-型阴离子交换树脂时，所述的解析液为盐酸溶液，所述的再生液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

于2016年05月11日公开了一种公开号为CN105562126A，名称为“一种阴离子交换树脂的再生方法”的专利文献，其中，具体公开：提供一种阴离子交换树脂的再生方法，在5～50℃温度条件下，采用湿法装柱，将待再生的阴离子交换树脂装入玻璃层析柱中，径高比为1:2～1:8，将0.5～8BV的醇碱溶液通过阴离子交换柱中，水洗至PH≤9，然后将0.5～6BV的盐酸溶液通过阴离子交换柱中，水洗至PH≥5，最后将0.5～6BV的氢氧化钠溶液通入阴离子交换柱中，水洗至PH≤9，即阴离子交换树脂再生完成。该发明克服了现有甜菊糖生产中阴离子交换树脂再生方法的不足，使得阴离子交换树脂的再生交换容量大大提高，处理量显著增加，再生周期更长。

在已有的现有技术中，对于离子交换柱中的树脂再生，一般采用水、碱、酸、醇碱溶液或二乙基甲苯等进行处理，但针对于不同工况时，其实用性差，存在一定的局限性，如：在半纤维素水解制备木糖工艺的实际应用中，离子交换柱呈“饱和状态”后，使用水将残留物料冲出，这无法完全冲洗干净；且，此时加入碱液进行再生时，会使得残留木糖在碱液中浸泡并产生大量的呋喃类化合物，从而污染树脂。

发明内容

本发明主要针在对离子交换柱长期吸附离子使用过程中现有吸附与解吸附的再生，木糖溶液中杂质被离子交换树脂吸附而不能被常规的解吸附剂解析，而长期滞留于树脂中，从而导致树脂被污染等问题，因此，本发明技术方案提出了一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法及系统。在本技术方案中，通过对复苏剂的应用，促使离子交换柱中的杂质脱落，进而实现对树脂的长期使用后交换能力下降的情况得到改善，将树脂的交换倍数提高到接近原有水平，并延长其使用寿命。

为了实现上述技术目的，提出如下技术方案：

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为5～10m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为40～45℃的条件下复苏24h以上，经后处理后，得复苏后的离子交换柱。

进一步的，所述待复苏的离子交换柱是指离子交换倍数下降至原交换倍数75～85%（一般在树脂使用3～6个月后），且经现有技术中的解吸剂（如氢氧化钠、盐酸等）和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少20～30%交换能力的离子交换柱。

进一步的，所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.1～0.15%、双氧水1～1.5%、氯化钠7～8%及氢氧化钠2～2.5%。

进一步的，所述漂白粉中有效氯含量为30～38%。

进一步的，所述复苏剂配制方法包括：依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至1h以上，备用；所述复苏剂配置好后，放置时间不能超过12h。

进一步的，在注入复苏剂前，对待复苏的离子交换柱进行前处理，其中，前处理包括小反洗，具体为：打开离子交换柱中部的排液阀，经中间排液装置向离子交换柱中通入清洗水，并以流速为10m/h进行小反洗5min，洗去过料运行时积聚在压脂层和中间排液装置上的污物；最后，打开离子交换柱上部的进水阀，将离子交换柱内积水排至压脂层面处，使压脂层处于未被水浸泡状态。

进一步的，所述后处理包括小正洗，具体为：打开离子交换柱上部的进水阀，向离子交换柱中通入清洗水，以流速为20～30m/h进行小正洗；最后，打开离子交换柱中部的排液阀，直至排液阀中溶液折光＜1。

进一步的，参照标准《GB/T23532-2009 木糖》，对复苏后的离子交换柱进行检测，得出：树脂交换量增加30～50%，用水量减少30～40%，出料折光为7～8，电导低于500us/cm，透光大于90。

进一步的，所述复苏后的离子交换柱交换能力减弱20%以上，以流速为10～15m/h进行大反洗10～15min（即排液清晰透明），保证树脂反洗展开率50～80%，将被树脂截留的机械杂质和破碎树脂随反洗水流带走，且防止正常粒径树脂不被水带走；然后，以流速为10～20m/h向离子交换柱中注入复苏剂，进行离子交换柱中树脂的复苏处理。

所述清洗水包括去离子水。

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏系统，包括离子交换柱、清洗水储罐和复苏剂储罐，清洗水储罐通过输送管Ⅰ与离子交换柱连接，复苏剂储罐通过输送管Ⅱ与离子交换柱连接；输送管Ⅰ和输送管Ⅱ上均设有控制阀。

进一步的，所述输送管Ⅰ与离子交换柱上的进水阀和排液阀连接，输送管Ⅱ与离子交换柱上的进复苏剂阀连接。

进一步的，离子交换柱包括罐体及设置在罐体内的空腔，所述罐体上部设有进水阀和进复苏剂阀，罐体中部设有排液阀；所述空腔内设有树脂，树脂表层上设有压脂层；所述空腔中部设有中间排液装置，中间排液装置与排液阀形成通路。

进一步的，所述罐体上部还设有进料口和雷达液位计口，底端设有出料口，且罐体内设有进料分布器，进料分布器与进料口形成通路。

进一步的，所述离子交换柱为填充有D301阴树脂的离子交换柱。

采用上述技术方案，带来的有益技术效果为：

1）在本发明中，主要对于木糖中的杂质被离子交换树脂吸收导致树脂被污染，而通过对复苏剂及其应用的设置，促使离子交换柱中的杂质脱落并移除，进而实现对树脂的复苏，并使得树脂的交换倍数提高至原有水平，并延长其使用寿命。且本发明针对性的适用于半纤维素水解制备木糖工艺，有效处理离子交换柱复苏过程中产生其他杂质（比如：呋喃类化合物）对离子交换树脂的干扰；

2）本发明设计合理，复苏质量好。在复苏剂中，漂白粉与双氧水配伍，用于氧化残余的呋喃类杂质；而氯化钠及氢氧化钠用于树脂复苏。在木糖制备工艺中，离子交换柱中树脂吸附的主要是硫酸根离子、有机酸类等，使用7～8%氯化钠溶液能有效使得氯离子将树脂中硫酸根离子及有机酸类离子等取代下来，然后使用2～2.5%氢氧化钠中氢氧根离子再去取代氯离子，从而解决现有技术中直接使用氢氧化钠复苏离子交换柱，而无法使得硫酸根离子、有机酸等充分置换脱落等问题；

3）在本发明中，实现再树脂交换量增加30～50%，降低了离子交换柱树脂的清洗频率，并使得树脂使用寿命延长20～50%；

4）在本发明中，基于在本复苏剂及复苏方法，进行复苏工艺可使用水量减少30～40%。减少冲洗离子交换柱中树脂的水量，有效实现水资源节约；

5）在本发明中，经采用本复苏剂对离子交换柱复苏后，保证物料纯化后的透光大幅度提升，出料折光为7～8,，电导低于500us/cm，透光大于90；

6）在本发明中，减少复苏工艺排放废液中的含糖量，并降低复苏工艺中排放废液中的20%以上的COD；

7）在本发明中，复苏剂以流速为5～10m/h进入至待复苏离子交换柱，该流速的限定，使得树脂层不扰动，保证离子交换柱内环境的稳定性；

8）在本发明中，在注入复苏剂前，对待复苏的离子交换柱进行前处理，前处理包括小反洗，小反洗洗去过料运行时积聚在压脂层和中间排液装置上的污物，同时，疏通支排管滤网，平整、松动压脂层，为复苏工序做准备工作，保证复苏工序的高效和高质量；

9）在本发明中，在对离子交换柱进行复苏后，对离子交换柱进行后处理，后处理包括小正洗，洗去压脂层等残留的复苏剂以及复苏产物，提高离子交换柱的复苏效果。

附图说明

图1为本发明中复苏系统的逻辑连接图；

图2为本发明的连接框图；

图3为本发明中的离子交换柱结构示意图；

其中，图中：1、离子交换柱，2、清洗水储罐，3、复苏剂储罐，4、输送管Ⅰ，5、输送管Ⅱ，6、控制阀；11、罐体，110、进水阀，111、进复苏剂阀，112、排液阀，113、进料口，114、雷达液位计口，115、出料口；12、空腔，120、树脂，121、压脂层，122、进料分布器。

具体实施方式

下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为5m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为40℃的条件下复苏24h，得复苏后的离子交换柱。待复苏的离子交换柱是指：离子交换柱使用4个月后，离子交换倍数下降至原交换倍数80%，且经现有技术中的解吸剂（如氢氧化钠、盐酸等）和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少了30%交换能力的离子交换柱。

实施例2

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为10m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为45℃的条件下复苏26h，得复苏后的离子交换柱；待复苏的离子交换柱中。待复苏的离子交换柱是指：离子交换柱使用5个月后，离子交换倍数下降至原交换倍数75%，且经现有技术中的解吸剂（如氢氧化钠、盐酸等）和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少了20%交换能力的离子交换柱。

实施例3

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为8m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为43℃的条件下复苏29h，经后处理后，得复苏后的离子交换柱。待复苏的离子交换柱是指：离子交换柱使用3个月后，离子交换倍数下降至原交换倍数82%，且经现有技术中的解吸剂（如氢氧化钠、盐酸等）和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少了28%交换能力的离子交换柱。

实施例4

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为5m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为41℃的条件下复苏25h，经后处理后，得复苏后的离子交换柱。待复苏的离子交换柱是指：离子交换柱使用6个月后，离子交换倍数下降至原交换倍数79%，且经现有技术中的解吸剂（如氢氧化钠、盐酸等）和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少了25%交换能力的离子交换柱。

实施例5

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括：以流速为9m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为40℃的条件下复苏30h，经后处理后，得复苏后的离子交换柱。待复苏的离子交换柱是指：离子交换柱使用4个月后，离子交换倍数下降至原交换倍数85%，且经现有技术中的解吸剂和清洗水再生后，比离子交换柱正常运行时减少了27%交换能力的离子交换柱。

实施例6

在实施例1-5的基础上，更进一步的，

所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.1%、双氧水1.5%、氯化钠7%及氢氧化钠2.5%。

所述漂白粉中有效氯含量为30%。

所述复苏剂配制方法包括：依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至1h，备用（所述复苏剂配置好后，放置时间不能超过12h）。

实施例7

在实施例6的基础上，本实施例区别在于：

所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.15%、双氧水1%、氯化钠8%及氢氧化钠2%。

所述漂白粉中有效氯含量为38%。

所述复苏剂配制方法包括：依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至2h，备用。

实施例8

在实施例6-7的基础上，本实施例区别在于：

所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.13%、双氧水1.4%、氯化钠7.8%及氢氧化钠2.3%。

所述漂白粉中有效氯含量为35%。

所述复苏剂配制方法包括：依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至1.5h，备用。

实施例9

在实施例1-8的基础上，更进一步的，

在注入复苏剂前，对待复苏的离子交换柱进行前处理，其中，前处理包括小反洗，具体为：打开离子交换柱1中部的排液阀112，经中间排液装置向离子交换柱1中通入清洗水，并以流速为10m/h进行小反洗5min，洗去过料运行时积聚在压脂层121和中间排液装置上的污物；最后，打开离子交换柱1上部的进水阀110，将离子交换柱1内积水排至压脂层121面处，使压脂层121处于未被水浸泡状态。

后处理包括小正洗，具体为：打开离子交换柱1上部的进水阀110，向离子交换柱1中通入清洗水，以流速为30m/h进行小正洗；最后，打开离子交换柱1中部的排液阀112，直至排液阀112中溶液折光＜1。

所述清洗水为去离子水。

实施例10

复苏后的离子交换柱交换能力减弱20%以上，以流速为15m/h进行大反洗10（即排液清晰透明），保证树脂反洗展开率50～80%，将被树脂截留的机械杂质和破碎树脂随反洗水流带走，且防止正常粒径树脂不被水带走；然后，以流速为20m/h向离子交换柱中注入复苏剂，进行离子交换柱中树脂的复苏处理。

实施例11

一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，包括如下步骤：将待复苏的离子交换柱进行小反洗后，以流速为5m/h注入复苏剂，在温度为45℃的条件下复苏24h，然后，对离子交换柱进行小正洗，得复苏后的离子交换柱；所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.1%、双氧水1%、氯化钠8%及氢氧化钠2%，其中，漂白粉中有效氯含量为38%。

复苏剂配制方法包括：依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至2.5h，备用；所述复苏剂配置好后，放置时间为10h。

小反洗，具体包括：打开离子交换柱1中部的排液阀112，经中间排液装置向离子交换柱1中通入清洗水，并以流速为10m/h进行小反洗5min，洗去过料运行时积聚在压脂层121和中间排液装置上的污物；最后，打开离子交换柱1上部的进水阀110，将离子交换柱1内积水排至压脂层121面处，使压脂层121处于未被水浸泡状态。

小正洗，具体包括：打开离子交换柱1上部的进水阀110，向离子交换柱1中通入清洗水，以流速为30m/h进行小正洗；最后，打开离子交换柱1中部的排液阀112，直至排液阀112中溶液折光＜1。

参照标准《GB/T23532-2009 木糖》，对复苏后的离子交换柱进行检测，得出：树脂交换量增加30～50%，用水量减少30～40%，出料折光为7～8，电导低于500us/cm，透光大于90。

基于本技术方案，采用复苏后的离子交换柱，节约工艺用水约500方/天，节约浓度为4%的碱液40方/天，减少产生废水约500方/天（其中，高浓度废水约80方/天，低浓废水约420方/天）。

实施例12

如图1-3所示：一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏系统，包括离子交换柱1、清洗水储罐2和复苏剂储罐3，清洗水储罐2通过输送管Ⅰ4与离子交换柱1连接，复苏剂储罐3通过输送管Ⅱ5与离子交换柱1连接；输送管Ⅰ4和输送管Ⅱ5上均设有控制阀6。

所述输送管Ⅰ4与离子交换柱1上的进水阀110和排液阀112连接，输送管Ⅱ5与离子交换柱1上的进复苏剂阀111连接。

离子交换柱1包括罐体11及设置在罐体11内的空腔12，所述罐体11上部设有进水阀110和进复苏剂阀111，罐体11中部设有排液阀112；所述空腔12内设有树脂120，树脂120表层上设有压脂层121；所述空腔12中部设有中间排液装置，中间排液装置与排液阀112形成通路。

所述罐体11上部还设有进料口113和雷达液位计口114，底端设有出料口115，且罐体11内设有进料分布器122，进料分布器122与进料口113形成通路。

对照例

基于实施例11，取经电渗析后的木糖溶液为原料，以相同速度通过离子交换柱，而设计实施例11的对照例，以对本技术方案做进一步说明。

选用两套设备，分别是：

设备一，包括阳树脂离子交换柱和复苏前的阴树脂离子交换柱；

设备二，包括阳树脂离子交换柱（与设备一相同）和复苏后的阴树脂离子交换柱；

其中，阴树脂离子交换柱均选用D301阴树脂离子交换柱，阳树脂均为500mL。

从离子交换柱设备分别的出料口取样，并测量相关指标(检测指标主要包括：树脂复苏用水量、出料折光、电导、PH以及透光)，结果如下表1-4所示。

Claims (4)

1.一种用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，其特征在于：包括以流速为5～10m/h，向待复苏的离子交换柱中注入复苏剂，在温度为40～45℃的条件下复苏24h以上，得复苏后的离子交换柱；

在注入复苏剂前，对待复苏的离子交换柱进行前处理，其中，前处理包括小反洗，具体为，打开离子交换柱（1）中部的排液阀（112），经中间排液装置向离子交换柱（1）中通入清洗水，并以流速为10m/h进行小反洗5min；最后，打开离子交换柱（1）上部的进水阀（110），将离子交换柱（1）内积水排至压脂层（121）面处；

在对离子交换柱进行复苏后，对离子交换柱进行后处理，其中，后处理包括小正洗，具体为，打开离子交换柱（1）上部的进水阀（110），向离子交换柱（1）中通入清洗水，以流速为20～30m/h进行小正洗；最后，打开离子交换柱（1）中部的排液阀（112），直至排液阀（112）中溶液折光＜1；

所述复苏剂以质量百分比计，包括如下组分：漂白粉0.1～0.15%、双氧水1～1.5%、氯化钠7～8%及氢氧化钠2～2.5%，其中，漂白粉中有效氯含量为30～38%；

所述复苏剂配制方法包括，依次将漂白粉、双氧水、氯化钠和氢氧化钠加入至配制罐中，搅拌至1h以上，备用；所述复苏剂配置好后，放置时间不能超过12h。

2.根据权利要求1所述的用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，其特征在于：对所述复苏后的离子交换柱进行检测，得出，树脂交换量增加30～50%，用水量减少30～40%，出料折光为7～8，电导低于500us/cm，透光大于90。

3.根据权利要求1所述的用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，其特征在于：所述复苏方法采用的系统包括离子交换柱（1）、清洗水储罐（2）和复苏剂储罐（3），清洗水储罐（2）通过输送管Ⅰ（4）与离子交换柱（1）连接，复苏剂储罐（3）通过输送管Ⅱ（5）与离子交换柱（1）连接；输送管Ⅰ（4）和输送管Ⅱ（5）上均设有控制阀（6）。

4.根据权利要求3所述的用于木糖制备中离子交换柱的复苏方法，其特征在于：所述离子交换柱（1）包括罐体（11）及设置在罐体（11）内的空腔（12），所述罐体（11）上部设有进水阀（110）和进复苏剂阀（111），罐体（11）中部设有排液阀（112）；所述空腔（12）内设有树脂（120），树脂（120）表层上设有压脂层（121）；所述空腔（12）中部设有中间排液装置，中间排液装置与排液阀（112）形成通路；

所述罐体（11）上部还设有进料口（113）和雷达液位计口（114），底端设有出料口（115），且罐体（11）内设有进料分布器（122），进料分布器（122）与进料口（113）形成通路。

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