CN112570046A - 离子交换设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子交换设备，所述离子交换设备包括外壳体、导流筒、气室壳体和进气管，外壳体限定出空腔，外壳体的顶部设有料液进口和排气口，外壳体的底部设有料液出口，料液进口、料液出口和排气口分别与空腔连通,导流筒呈竖向设在空腔中且与外壳体不接触，导流筒的上端和下端均敞开，导流筒的周壁分布有多个进气孔；气室壳体位于空腔中，气室壳体密封连接在导流筒的周壁外表面且与导流筒的周壁共同限定出气室，多个进气孔与气室连通,进气管穿过外壳体与外壳体密封连接，进气管的一端与气室壳体相连且与气室连通，进气管的另一端位于外壳体外侧。本发明的离子交换设备能够提高离子交换剂和料液的混合效率，有效防止离子交换剂结块。

Description

离子交换设备

技术领域

本发明涉及离子交换技术领域，尤其是涉及一种离子交换设备。

背景技术

离子交换设备广泛用于化工、医药、食品、电力等工业领域。相关技术中，离子交换设备为固定床形式，将离子交换剂填充在柱内，处理料液流过离子交换剂填充层而实现反应。

固定床形式的离子交换柱混合强度温和，反应效率较低；其次，料液可能分布不均，导致部分离子交换剂利用率低；再次，由于料液和离子交换剂长时间混合，料液可能析出有某些成分而出现结晶，造成离子交换剂结块，从而影响料液流动性能和反应效率。

为此，文献1-CN201959801U提出了一种离子交换柱装置，该离子交换柱装置包括上分布器和下分布器，上分布器和下分布器均包括多个水帽，上分布器中的水帽朝下设置，下分布器中的水帽朝上设置，以使料液流动更均匀，树脂的利用效率提高10％以上，树脂不易流出，操作方便，易于自动化控制。

文献2-CN204159346U提出了一种离子交换柱，在离子填充层中设置了导流板，提高了树脂利用率，避免了凝滞现象，使得物料与树脂更加的充分混合。

文献3-CN202366714U提出了一种离子交换柱，该离子交换柱包括罐体，罐体中下部设有空气搅拌器，该空气搅拌器位于树脂层的底部，可以把树脂层底部的液体通过空气吹动，使其流动，可以防止树脂与液体产生结块现象。

然而，上述文献提出的离子交换设备主要存在以下问题：离子交换剂和料液混合效率不高，且可能因局部成分浓度过饱和而形成结晶，造成离子交换剂结块。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出了一种离子交换设备，该离子交换设备能够提高大大地离子交换剂和料液的混合效率，有效地防止离子交换剂结块。

根据本发明实施例的离子交换设备包括：外壳体，所述外壳体限定出空腔，所述外壳体的顶部设有料液进口和排气口，所述外壳体的底部设有料液出口，所述料液进口、所述料液出口以及所述排气口分别与所述空腔连通；导流筒，所述导流筒呈竖向设置在所述空腔中且与所述外壳体不接触，所述导流筒的上端和下端均敞开，所述导流筒的周壁上分布有多个进气孔；气室壳体，所述气室壳体位于所述空腔中，所述气室壳体密封连接在所述导流筒的周壁外表面上且与所述导流筒的周壁共同限定出气室，多个所述进气孔与所述气室连通；进气管，所述进气管穿过所述外壳体且与所述外壳体密封连接，所述进气管的一端与所述气室壳体相连且与所述气室连通，所述进气管的另一端位于所述外壳体外侧，所述进气管用于向所述气室通入气体。

根据本发明实施例的离子交换设备，离子交换剂填充在空腔中，料液通过外壳体顶部的料液进口自上而下进入空腔中，料液经过离子交换剂并发生离子交换反应，通过进气管向气室中通入气体，气体通过进气孔进入导流筒中，在导流筒内对应进气口的部位处形成气液固三相混合物，由于气液固三相混合物的密度小于液固两相混合物的密度，导流筒内对应进气口的部位处的气液固三相混合物在压力的作用下沿着导流筒向上移动，并通过导流筒上部开口排出，与导流筒外部的固液两相混合物混合，导流筒内对应进气口的部位处的气液固三相混合物在上升过程中其下部形成负压，使得导流筒下部的固液两相混合物在压力作用下沿着导流筒内部向上移动，由此，空腔内料液和离子交换剂通过导流筒能够始终进行循环流动，使得料液与离子交换剂能够充分混合，避免离子交换剂出现凝滞现象，防止局部成分浓度过饱和而形成结晶，造成离子交换剂结块；空腔中的气体通过排气口排出，料液完成离子交换后通过外壳体底部的料液出口排出。综上，本发明实施例的离子交换设备能够提高离子交换剂和料液的混合效率，有效地防止离子交换剂结块。

在一些实施例中，多个所述进气孔分布在所述导流筒的中下段的周壁上；所述气室壳体密封连接在所述导流筒的中下段的周壁上。

在一些实施例中，所述气室壳体呈筒壳状套设在所述导流筒的中下段的周壁上。

在一些实施例中，所述导流筒的高径比为5:1-50:1。

在一些实施例中，所述导流筒的高径比为10:1-20:1。

在一些实施例中，所述导流筒居中设置在空腔中。

在一些实施例中，所述离子交换设备还包括上筛网和下筛网，所述上筛网和所述下网筛位于在所述空腔中，所述上筛网设置在所述导流筒的上方且与所述导流筒的顶端有间距，所述下网筛设置在所述导流筒的下方且与所述导流筒的底端有间距。

在一些实施例中，所述离子交换设备还包括支架，所述支架位于所述空腔中，所述支架的一端固定在所述外壳体上，所述支架的另一端固定在所述导流筒上，用于支撑所述导流筒。

在一些实施例中，所述支架包括上支架和下支架，所述上支架的一端固定在所述壳体的上部上，所述上支架的另一端固定在所述导流筒的上部上；所述下支架的一端固定在所述壳体的下部上，所述下支架的另一端固定在所述导流筒的下部上。

在一些实施例中，所述外壳体的底部内壁面形成向所述料液出口集流的集流面。

附图说明

图1为本发明实施例的离子交换设备的结构示意图。

附图标记：

离子交换设备1000，

外壳体1，空腔11，料液进口12，排气口13，料液出口14，导流筒2，进气孔21，气室壳体3，气室31，进气管4，上筛网5，下筛网6，支架7，上支架71，下支架72。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1来描述本发明实施例的离子交换设备。

如图1所示，根据本发明实施例的离子交换设备1000包括外壳体1、导流筒2、气室壳体3和进气管4。外壳体1限定出空腔11，外壳体1的顶部设有料液进口12和排气口13，外壳体1的底部设有料液出口14，料液进口12、料液出口14以及排气口13分别与空腔11连通。

导流筒2呈竖向设置在空腔11中且与外壳体1不接触，导流筒2的上端和下端均敞开，导流筒2的周壁上分布有多个进气孔21。气室壳体3位于空腔11中，气室壳体3密封连接在导流筒2的周壁外表面上且与导流筒2的周壁共同限定出气室31，多个进气孔21与气室31连通。

进气管4穿过外壳体1且与外壳体1密封连接，进气管4的一端与气室壳体3相连且与气室31连通，进气管4的另一端位于外壳体1外侧，进气管4用于向气室31通入气体。

根据本发明实施例的离子交换设备1000，离子交换剂填充在空腔11中，料液通过外壳体1顶部的料液进口12进入空腔11中，料液经过离子交换剂并发生离子交换反应。进气管4向气室31中通入气体，气体通过进气孔21进入导流筒2中，在导流筒2内对应进气口21的部位处形成气液固三相混合物。由于气液固三相混合物的密度小于液固两相混合物的密度，导流筒2内对应进气口21的部位处的气液固三相混合物在压力的作用下沿着导流筒2向上移动，并通过导流筒2上部开口排出，与导流筒2外部的固液两相混合物混合。导流筒2内对应进气口21的部位处的气液固三相混合物在上升过程中其下部形成负压，使得导流筒2下部的固液两相混合物在压力作用下沿着导流筒2内部向上移动。由此，空腔11内料液和离子交换剂通过导流筒2能够始终进行循环流动，使得料液与离子交换剂能够充分混合，避免离子交换剂出现凝滞现象，防止局部成分浓度过饱和而形成结晶，造成离子交换剂结块；空腔11中的气体通过排气口13排出，料液完成离子交换后通过外壳体1底部的料液出口14排出。综上，本发明实施例的离子交换设备1000能够提高离子交换剂和料液的混合效率，有效地防止离子交换剂结块。

在一些实施例中，多个进气孔21分布在导流筒2的中下段的周壁上。气室壳体3密封连接在导流筒2的中下段的周壁上。这样，气室31内的空气通过进导流筒2中下段的多个气孔进入导流筒2内部，可以在导流筒2内部的中下段形成气液固三相混合物。由于气液固三相混合物的密度小于液固两相混合物的密度，使得导流筒2内部中下段的气液固三相混合物向上移动，保证空腔11内料液和离子交换剂通过导流筒2能够始终进行循环流动，料液与离子交换剂的混合效果好。

在一些实施例中，气室壳体3呈筒壳状套设在导流筒2的中下段的周壁上。这样，气室31的结构合理简单，气体能够与导流筒2内部中下段的料液及离子交换剂充分混合形成气液固三相混合物。

在一些实施例中，导流筒2的高径比为5:1-50:1。具体地，导流筒2的高径比可以为5：1、25:1或50:1，这样，导流筒2的结构合理，可以保证导流筒2有足够的高度差，以使导流筒2内部中下段的气液固三相混合物受到足够的压力从而向上移动，保证空腔11内料液和离子交换剂通过导流筒2能够始终进行循环流动。

根据本发明进一步的实施例，导流筒2的高径比为10:1-20:1。具体地，导流筒2的高径比可以为10:1、15:1或20:1，这样，导流筒2的结构更加合理，导流效果更好。

在一些实施例中，导流筒2居中设置在空腔11中。可以理解的是，导流筒2设置在空腔11内部且在空腔11内部居中设置，可以将空腔11内部的料液和离子交换剂混合均匀，避免离子交换剂凝滞，结构合理。

在一些实施例中，离子交换设备1000还包括上筛网5和下筛网6，上筛网5和下网筛位于在空腔11中，上筛网5设置在导流筒2的上方且与导流筒2的顶端有间距，下网筛设置在导流筒2的下方且与导流筒2的底端有间距。具体地，在导流筒2上方有间距地设置上筛网5，在导流筒2的下方有间距地设置下筛网6，离子交换剂填充在上筛网5和下筛网6中间。这样，料液可以通过上筛网5流入离子交换剂中并在离子交换反应完成后通过下筛网6沥出，同时可以避免离子交换剂堵住料液进口12，排气口13和料液出口14。

在一些实施例中，离子交换设备1000还包括支架7，支架7位于空腔11中，支架7的一端固定在外壳体1上，支架7的另一端固定在导流筒2上，用于支撑导流筒2。可以理解的是，通过支架7将导流筒2悬空固定，可以保证导流筒2下端与下筛网6留有一定的间距，使得导流筒2下方的固液两相混合物能够沿着导流筒2内部向上移动，保证空腔11内料液和离子交换剂通过导流筒2能够始终进行循环流动。

在一些实施例中，支架7包括上支架71和下支架72，上支架71的一端固定在外壳体1的上部，上支架71的另一端固定在导流筒2的上部。下支架72的一端固定在外壳体1的下部，下支架72的另一端固定在导流筒2的下部。这样，上支架71和下支架72可以将导流筒2可靠地固定，结构合理可靠。

在一些实施例中，外壳体1的底部内壁面形成向料液出口14集流的集流面。这样，空腔11内的料液可以尽快排出，避免料液在空腔11内积聚。

下面参考附图1描述根据本发明的一些具体示例性的离子交换设备。

如图1所示，根据本发明实施例的离子交换设备100包括外壳体1、导流筒2、气室壳体3、进气管4、上筛网5、下筛网6和支架7。外壳体1限定出空腔11，外壳体1的顶部设有料液进口12和排气口13，外壳体1的底部设有料液出口14，料液进口12、料液出口14以及排气口13分别与空腔11连通。外壳体1的底部内壁面形成向料液出口14集流的集流面。这样，空腔11内的料液可以尽快排出，避免料液在空腔11内积聚。

导流筒2呈竖向设置在空腔11中且与外壳体1不接触，导流筒2在空腔11中居中设置以将空腔11内部的料液和离子交换剂混合均匀，避免离子交换剂凝滞，结构合理。导流筒2的上端和下端均敞开，导流筒2的中下段的周壁上分布有多个进气孔21。优选地，导流筒2的高径比为10:1-20:1，导流筒2的结构更加合理，导流效果更好。

气室壳体3位于空腔11中，气室壳体3呈筒壳状套设在导流筒2的中下段的周壁上，且气室壳体3密封连接在导流筒2的中下段的周壁外表面上，气室壳体3与导流筒2的周壁共同限定出气室31，多个进气孔21与气室31连通。

进气管4穿过外壳体1且与外壳体1密封连接，进气管4的一端与气室壳体3相连且与气室31连通，进气管4的另一端位于外壳体1外侧，进气管4用于向气室31通入气体。

上筛网5和下网筛位于在空腔11中，上筛网5设置在导流筒2的上方且与导流筒2的顶端有间距，下网筛设置在导流筒2的下方且与导流筒2的底端有间距。离子交换剂填充在上筛网5和下筛网6中间，料液可以通过上筛网5流入离子交换剂中并在离子交换反应完成后通过下筛网6沥出，同时可以避免离子交换剂堵住料液进口12，排气口13和料液出口14。

支架7包括上支架71和下支架72，上支架71的一端固定在外壳体1的上部上，上支架71的另一端固定在导流筒2的上部。下支架72的一端固定在外壳体1的下部，下支架72的另一端固定在导流筒2的下部。这样，上支架71和下支架72可以将导流筒2可靠地固定，结构合理可靠。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种离子交换设备，其特征在于，包括：

外壳体，所述外壳体限定出空腔，所述外壳体的顶部设有料液进口和排气口，所述外壳体的底部设有料液出口，所述料液进口、所述料液出口以及所述排气口分别与所述空腔连通；

导流筒，所述导流筒呈竖向设置在所述空腔中且与所述外壳体不接触，所述导流筒的上端和下端均敞开，所述导流筒的周壁上分布有多个进气孔；

气室壳体，所述气室壳体位于所述空腔中，所述气室壳体密封连接在所述导流筒的周壁外表面上且与所述导流筒的周壁共同限定出气室，多个所述进气孔与所述气室连通；

进气管，所述进气管穿过所述外壳体且与所述外壳体密封连接，所述进气管的一端与所述气室壳体相连且与所述气室连通，所述进气管的另一端位于所述外壳体外侧，所述进气管用于向所述气室通入气体。

2.根据权利要求1所述的离子交换设备，其特征在于，多个所述进气孔分布在所述导流筒的中下段的周壁上；所述气室壳体密封连接在所述导流筒的中下段的周壁上。

3.根据权利要求2所述的离子交换设备，其特征在于，所述气室壳体呈筒壳状套设在所述导流筒的中下段的周壁上。

4.根据权利要求2所述的离子交换设备，其特征在于，所述导流筒的高径比为5:1-50:1。

5.根据权利要求4所述的离子交换设备，其特征在于，所述导流筒的高径比为10:1-20:1。

6.根据权利要求1所述的离子交换设备，其特征在于，所述导流筒居中设置在空腔中。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的离子交换设备，其特征在于，还包括上筛网和下筛网，所述上筛网和所述下网筛位于在所述空腔中，所述上筛网设置在所述导流筒的上方且与所述导流筒的顶端有间距，所述下网筛设置在所述导流筒的下方且与所述导流筒的底端有间距。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的离子交换设备，其特征在于，还包括支架，所述支架位于所述空腔中，所述支架的一端固定在所述外壳体上，所述支架的另一端固定在所述导流筒上，用于支撑所述导流筒。

9.根据权利要求8所述的离子交换设备，其特征在于，所述支架包括上支架和下支架，所述上支架的一端固定在所述壳体的上部上，所述上支架的另一端固定在所述导流筒的上部上；所述下支架的一端固定在所述壳体的下部上，所述下支架的另一端固定在所述导流筒的下部上。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的离子交换设备，其特征在于，所述外壳体的底部内壁面形成向所述料液出口集流的集流面。

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