CN213357700U - 一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置 - Google Patents

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吕建伟
曲振兵
张辛忻
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Abstract

本实用新型提供一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，通过该连续离交装置，通过阀阵单元各阀门的开合，可以使各个树脂柱在吸附、再生之间转换，改善分离效率。本实用新型提供的连续离交装置，包括树脂柱单元、管线单元和阀阵单元，树脂柱单元包括多个树脂柱，多个树脂柱之间通过所述管线单元依次串联连接，且首位树脂柱和末位树脂柱串联连接；管线单元包括进料总管组、出料总管组、进料支管组和出料支管组；所述阀阵单元包括多个控制阀；进料总管组包括原料进料总管、解析剂进料总管和水顶料进料总管；出料总管组包括尾液出料总管、解析液出料总管和水顶料出料总管；进料支管组包括原料进料支管、解析剂进料支管和水顶料进料支管。

Description

一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置
技术领域
本实用新型涉及一种连续离交装置，特别涉及一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置。
背景技术
随着目前分离技术的发展，能够实现分离的技术越来越多，也越来越方便。包括膜分离、离心分离、沉降分离、过滤分离等方法，但是每种技术都有它的局限性。膜分离技术投资成本太高，而且只能用于特定分子大小有区别的或者是分离液体成分构成的对象；离心分离由于高速运转产生很强的剪切力而使其使用范围进一步缩小；沉降分离和过滤分离虽然投资成本较少，但是这两种分离也有自己使用的局限性：沉降分离效果的精度不是很好，且需要时间较长，过滤分离只能使用于固-液之间的分离。
截止目前氯化铝溶液中的提镓分离技术在市面上使用较多的是沉降分离和过滤分离。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，通过该连续离交装置，通过阀阵单元各阀门的开合，可以使各个树脂柱在吸附、再生之间转换，改善分离效率。
本实用新型为达到其目的，提供如下技术方案：
本实用新型提供一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，包括树脂柱单元、管线单元和阀阵单元，
所述树脂柱单元包括多个树脂柱，多个树脂柱之间通过所述管线单元依次串联连接，且首位树脂柱和末位树脂柱串联连接；
其中，所述管线单元包括进料总管组、出料总管组、进料支管组、出料支管组、进料管和出料管；所述阀阵单元包括多个控制阀；
所述进料总管组包括原料进料总管、解析剂进料总管和水顶料进料总管；所述出料总管组包括尾液出料总管、解析液出料总管和水顶料出料总管；所述进料支管组包括原料进料支管、解析剂进料支管和水顶料进料支管；所述出料支管组包括尾液出料支管、解析液出料支管和水顶料出料支管；
每个树脂柱的顶部入口连接有所述进料管，每个树脂柱的底部出口连接有所述出料管；对应每个树脂柱的所述进料管分别设有一组所述进料支管组，对应每个树脂柱的所述出料管分别设有一组所述出料支管组；
对应每个树脂柱的所述原料进料支管的一端与所述进料管连接，另一端依次连接所述尾液出料总管、水顶料出料总管、解析液出料总管、水顶料进料总管、解析剂进料总管和原料进料总管，且各个连接处分别设有所述控制阀；
对应每个树脂柱的所述解析剂进料支管的一端与所述进料管连接，另一端与所述解析剂进料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述水顶料进料支管的一端与所述进料管连接，另一端与所述水顶料进料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述尾液出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述尾液出料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述解析液出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述解析液出料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述水顶料出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述水顶料出料总管连接，且连接处分别设有控制阀。
进一步的，所述控制阀为电磁阀。进一步的，所述树脂柱单元包括5-20根树脂柱。
进一步的，各个所述原料进料支管的位于所述原料进料总管与解析剂进料总管之间的管段上分别设有阀门。
各个所述解析剂进料支管上分别设有阀门；
各个所述水顶料进料支管上分别设有阀门；
各个所述解析液出料支管上分别设有阀门；
各个所述水顶料出料支管上分别设有阀门；
各个所述尾液出料支管上分别设有阀门。
进一步的，所述原料进料总管与原料罐连接。
进一步的，所述解析剂进料总管与解析剂储罐连接。
进一步的，所述水顶料进料总管与纯水罐连接。
进一步的，所述解析液出料总管与解析液储罐连接。
进一步的，所述水顶料出料总管与水顶料缓冲罐连接；
所述尾液出料总管与尾液储罐连接。
进一步的，所述原料罐和所述尾液储罐分别设有液位计；
所述原料进料总管和尾液出料总管分别配有管道压力变送器。
本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：
通过阀阵单元中各个阀门的切换，可以进行连续化操作，使树脂柱连续地处于不同的工段，提高氯化铝溶液色谱分离提镓的分离效率。
采用本实用新型的连续离子交换装置，提镓成本较低，产生废水较少，分离效果好。
附图说明
图1为一种实施方式中用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置的示意图；
图2为一种实施方式中各树脂柱的布置示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本实用新型的内容，但本实用新型的内容并不仅仅局限于以下实施例。
本实用新型提供的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，参见图1-2，该连续离子交换装置包括树脂柱单元、管线单元和阀阵单元。
树脂柱单元包括多个树脂柱，树脂柱的数目例如为5-20根，具体的，例如图1中的16根树脂柱1-16，各个树脂柱中装填用于对氯化铝溶液进行色谱分离提镓的树脂。各个树脂柱之间通过管线单元串联连接，对各个树脂柱依次编号时，其中的首位树脂柱和末位树脂柱也为串联连接。下面对上述连续离交装置进行详细说明。
具体的，管线单元包括进料总管组、出料总管组、进料支管组、出料支管组、进料管和出料管。阀阵单元包括多个控制阀；控制阀具体可以为电磁阀。
具体的，进料总管组包括原料进料总管18、解析剂进料总管19和水顶料进料总管20。出料总管组包括尾液出料总管23、解析液出料总管21和水顶料出料总管22。进料支管组包括原料进料支管32、解析剂进料支管33和水顶料进料支管34。出料支管组包括尾液出料支管37、解析液出料支管35和水顶料出料支管36。
具体的，如图1所示，每个树脂柱的顶部入口连接有进料管30，每个树脂柱的底部出口连接有出料管31。对应每个树脂柱的进料管30分别设有一组所述进料支管组，对应每个树脂柱的出料管31则分别设有一组出料支管组。
其中，对应每个树脂柱的原料进料支管32的一端与进料管30连接，另一端依次连接尾液出料总管23、水顶料出料总管22、解析液出料总管21、水顶料进料总管20、解析剂进料总管19和原料进料总管18，且各个连接处分别设有控制阀。图1中各管线连接处的黑色圆点代表电磁阀，该处的管线之间存在连接关系，若无该圆点则表示管线之间没有连接。管线连接处的电磁阀根据连接位置的不同，可以具体选择三通阀或四通阀。
对应每个树脂柱的解析剂进料支管33的一端与进料管30连接，另一端与解析剂进料总管19连接，且连接处分别设有控制阀。
对应每个树脂柱的水顶料进料支管34的一端与进料管30连接，另一端与水顶料进料总管20连接，且连接处分别设有控制阀。
对应每个树脂柱的尾液出料支管37的一端与出料管31连接，另一端与尾液出料总管23连接，且连接处分别设有控制阀。
对应每个树脂柱的解析液出料支管35的一端与出料管31连接，另一端与解析液出料总管21连接，且连接处分别设有控制阀。
对应每个树脂柱的水顶料出料支管36的一端与出料管31连接，另一端与水顶料出料总管22连接，且连接处分别设有控制阀。
进一步的，在各个原料进料支管32的位于原料进料总管18与解析剂进料总管19之间的管段上分别设有阀门，如图1所示，为阀门a1至阀门a16。各个解析剂进料支管33、各个水顶料进料支管34、各个解析液出料支管35、各个水顶料出料支管36、各个尾液出料支管37上分别设有阀门；这些阀门也可以为电磁阀，控制主管道或分支管道的开关。如图1所示的，这些阀门具体为阀门b1至阀门b16，阀门c1至阀门c16，阀门d1至阀门d16，阀门e1至阀门e16，阀门f1至阀门f16。图中中省略的树脂柱5-14，其和树脂柱1一样，也设有相应的阀门，例如下文中提到树脂柱5-14对应设有的阀门a5-a14和树脂柱1中设置的阀门a1的设置位置相一致，均为设置在各个原料进料支管32的位于原料进料总管18与解析剂进料总管19之间的管段上；其余的阀门b5-b14、c5-c14、d5-d14、e5-e14、f5-f14均同理。
原料进料总管18与原料罐24连接，原料罐24具体为用于存储待提镓的氯化铝溶液。解析剂进料总管19与解析剂储罐25连接，解析剂储罐25具体为稀酸储罐，如稀盐酸储罐。水顶料进料总管20与纯水罐26连接。解析液出料总管21与解析液储罐27连接。水顶料出料总管22与水顶料缓冲罐28连接。尾液出料总管23与尾液储罐29连接。
具体的，还可以在原料罐24和尾液储罐29上分别设液位计，用于控制液位；还可以在原料进料总管18和尾液出料总管23上分别配管道压力变送器，用于控制管道中料液输送过程中的压力。
阀阵单元的各个电磁阀可以采用本领域常规的自动控制方式进行控制。
本实用新型的树脂柱单元具体如图2中所示的呈环状布置，树脂柱1和树脂柱16也为相邻树脂柱。图1中为了清晰描述各树脂树和管线之间的连接，示意为平铺展开的形式，并省略了其中的树脂柱5-14，这些树脂柱的排布方式、管线连接方式、阀门设置均与其他示意出的各树脂柱之间的排布方式、管线连接方式、阀门设置相同。树脂柱之间的空间位置关系如图2所示的呈环形分布。各相邻树脂柱之间的连接方式均相同，形成串联连接。例如，在树脂柱1至树脂柱16中，树脂柱1和树脂柱2之间的串联连接方式，与树脂柱16和树脂柱1之间的串联连接方式相同；具体的，如上文所述的，各个树脂柱之间，每个树脂柱的顶部入口通过管线和一相邻树脂柱的底部出口串联，而该树脂柱的底部出口则与另一相邻树脂柱的顶部入口通过管线串联，具体的串联方式在前文中已经对管线的具体连接方式进行了介绍，在此不再赘述。
下面以树脂柱单元包含16个树脂柱为例，介绍本实用新型的连续离交装置的工作过程：
该案例中，吸附工段为8根树脂柱，解析工段为7根树脂柱；水顶料工段为1根树脂柱。
运行流程如下：
假设第一个运行周期中，吸附工段的吸附柱为1-8号树脂柱，1号树脂柱为该周期的第一根吸附柱，8号树脂柱为该周期的尾端吸附柱；
解析工段的吸附柱为9-15号树脂柱，9号树脂柱为该周期的第一根解析树脂柱，15号树脂柱为尾端解析柱；
水顶料工段的树脂柱为16号树脂柱。
其中，吸附工段流程如下：待处理的原料氯化铝溶液从原料罐24送入原料进料总管18，打开阀门a1，同时与原料进料总管18连接的其他阀门均处于关闭状态，调节和1号树脂柱(即树脂柱1，其余树脂柱的类似表达均与此理解相同，例如2号树脂柱代表树脂柱2)对应的原料进料支管32上的各电磁阀，使原料流从原料进料总管18流入1号树脂柱对应的原料进料支管32，进而进入进料管30，之后从1号树脂柱的顶部入口流入该树脂柱中进行吸附；打开阀门b1，并调节对应1号树脂柱的尾液出料支管37上的的电磁阀，调节对应2号树脂柱的原料进料支管32与尾液出料总管23连接处的电磁阀，以及调节对应2号树脂柱的原料进料支管32与对应2号树脂柱的进料管30的连接处的电磁阀，使得经1号树脂柱吸附后，从1号树脂柱底部流出的吸附尾液流入和1号树脂柱对应的尾液出料支管37，之后流入与2号树脂柱对应的原料进料支管32，从2号树脂柱的顶部入口进入其中进行吸附。如此依次使1-8号树脂柱中的前一树脂柱中底部出口流出的尾液流入后一树脂柱中吸附。最后从第8号树脂柱的底部流出的吸附尾液流入尾液出料总管23，进入尾液储罐29中，该周期的吸附结束。
解析工段流程如下：解析剂从解析剂储罐25送至解析剂进料总管19，打开阀门c9，和解析剂进料总管19连接的其他阀门均处于关闭状态，调节和9号树脂柱对应的解析剂进料支管33上的各电磁阀，使解析剂从解析剂进料总管19进入和9号树脂柱对应的解析剂进料支管33，进而流入9号树脂柱进行解析。打开阀门e9，并调节对应9号树脂柱的解析液出料支管35上的各电磁阀，并调节对应10号树脂柱的原料进料支管32与尾液出料总管23连接处的电磁阀，使从9号树脂柱底部流出的解析液流入和9号树脂柱对应的出料管31，进而流入对应9号树脂柱的解析液出料支管35，并流入10号树脂柱的进料管内，进而进入10号树脂柱内继续解析。如此依次使9-15号树脂柱中的前一树脂柱中的解析液流入后一树脂柱中解析。最后从15号树脂柱的底部流出的解析液流入解析液出料总管21，进入解析液储罐27中，该周期的解析结束。
水顶料工段流程如下：纯水从纯水罐26送入水顶料进料总管20，打开阀门d16，和水顶料进料总管20连接的其他阀门仅处于关闭状态，调节和16号树脂柱对应的水顶料进料支管34上的各电磁阀，使纯水从水顶料进料总管20进入和16号树脂柱对应的水顶料进料支管34，进而流入16号树脂柱进行水顶料。打开阀门f16，调节对应16号树脂柱的水顶料出料支管36上的各电磁阀，使从16号树脂柱底部流出的水顶料流入和16号树脂柱对应的水顶料出料支管36，进而经水顶料出料总管22流入水顶料缓冲罐。该周期的水顶料结束。
该示例中，进行连续式操作使不同树脂柱在不同时期处于不同工段的运行表如下表1所示：
表1
周期数 吸附柱起始编号 解析柱起始编号 水顶料柱编号
第1周期 起1-2-3-4-5-6-7-8终 起9-10-11-12-13-14-15终 16
第2周期 起2-3-4-5-6-7-8-9终 起10-11-12-13-14-15-16终 1
第3周期 起3-4-5-6-7-8-9-10终 起11-12-13-14-15-16-1终 2
第4周期 起4-5-6-7-8-9-10-11终 起12-13-14-15-16-1-2终 3
第5周期 起5-6-7-8-9-10-11-12终 起13-14-15-16-1-2-3终 4
第6周期 起6-7-8-9-10-11-12-13终 起14-15-16-1-2-3-4终 5
第7周期 起7-8-9-10-11-12-13-14终 起15-16-1-2-3-4-5终 6
第8周期 起8-9-10-11-12-13-14-15终 起16-1-2-3-4-5-6终 7
第9周期 起9-10-11-12-13-14-15-16终 起1-2-3-4-5-6-7终 8
第10周期 起10-11-12-13-14-15-16-1终 起2-3-4-5-6-7-8终 9
第11周期 起11-12-13-14-15-16-1-2终 起3-4-5-6-7-8-9终 10
第12周期 起12-13-14-15-16-1-2-3终 起4-5-6-7-8-9-10终 11
第13周期 起13-14-15-16-1-2-3-4终 起5-6-7-8-9-10-11终 12
第14周期 起14-15-16-1-2-3-4-5终 起6-7-8-9-10-11-12终 13
第15周期 起15-16-1-2-3-4-5-6终 起7-8-9-10-11-12-13终 14
第16周期 起16-1-2-3-4-5-6-7终 起8-9-10-11-12-13-14终 15
第17周期 起1-2-3-4-5-6-7-8终 起9-10-11-12-13-14-15终 16
表中各“编号”栏中的数字均代表图1中树脂柱的编号。
各工段之间进行切换时，通过阀门切换即可实现各树脂柱在不同时期处于不同工段。例如，以树脂柱2为例，在第2周期其处于吸附工段，当第2周期第2号树脂柱吸附结束后，通过将阀门a2关闭，打开阀门d2，使树脂柱2的水顶料进料支管34与水顶料进料总管20连接，从而使树脂柱2由吸附工段切换至第3周期的水顶料工段，其余运行操作参照上文的相应描述进行，不再赘述。
一些实施方式中，还可以将水顶料缓冲罐28与原料罐24通过管线连接，使水洗得到的水顶料返回至原料罐24再次进入吸附工段，重新吸附，提高回收率。
采用吸附-水洗-解析三个工段，经过吸附之后的树脂孔道内部、树脂颗粒缝隙之间和吸附柱空间为待吸溶液，而树脂柱内填充的树脂的官能团已经和镓离子结合。树脂需要使用纯水将树脂孔道内部、树脂颗粒缝隙之间和吸附柱空间内的氯化铝溶液置换出，然后再使用解吸剂清洗树脂官能团上的镓离子，从而回收氯化铝溶液和恢复树脂吸附能力。
采用本实用新型的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，可以提高固定相与流动相的利用效率，让每一个树脂柱在同一时间段内发挥不同的功能，完全实现了色谱分离的连续化。在整个过程中，树脂柱静止不动，而主要通过阀门的切换实现工艺区段的变化，以达到连续富集氯化铝溶液中镓的目的。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本实用新型-做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本实用新型-权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，包括树脂柱单元、管线单元和阀阵单元，
所述树脂柱单元包括多个树脂柱，多个树脂柱之间通过所述管线单元依次串联连接，且首位树脂柱和末位树脂柱串联连接；
其中，所述管线单元包括进料总管组、出料总管组、进料支管组、出料支管组、进料管和出料管；所述阀阵单元包括多个控制阀；
所述进料总管组包括原料进料总管、解析剂进料总管和水顶料进料总管；所述出料总管组包括尾液出料总管、解析液出料总管和水顶料出料总管；所述进料支管组包括原料进料支管、解析剂进料支管和水顶料进料支管；所述出料支管组包括尾液出料支管、解析液出料支管和水顶料出料支管；
每个树脂柱的顶部入口连接有所述进料管，每个树脂柱的底部出口连接有所述出料管；对应每个树脂柱的所述进料管分别设有一组所述进料支管组，对应每个树脂柱的所述出料管分别设有一组所述出料支管组；
对应每个树脂柱的所述原料进料支管的一端与所述进料管连接，另一端依次连接所述尾液出料总管、水顶料出料总管、解析液出料总管、水顶料进料总管、解析剂进料总管和原料进料总管，且各个连接处分别设有所述控制阀；
对应每个树脂柱的所述解析剂进料支管的一端与所述进料管连接，另一端与所述解析剂进料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述水顶料进料支管的一端与所述进料管连接，另一端与所述水顶料进料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述尾液出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述尾液出料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述解析液出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述解析液出料总管连接，且连接处分别设有控制阀；
对应每个树脂柱的所述水顶料出料支管的一端与所述出料管连接，另一端与所述水顶料出料总管连接，且连接处分别设有控制阀。
2.根据权利要求1所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述控制阀为电磁阀。
3.根据权利要求1或2所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述树脂柱单元包括5-20根树脂柱。
4.根据权利要求1或2所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，各个所述原料进料支管的位于所述原料进料总管与解析剂进料总管之间的管段上分别设有阀门；
各个所述解析剂进料支管上分别设有阀门；
各个所述水顶料进料支管上分别设有阀门；
各个所述解析液出料支管上分别设有阀门；
各个所述水顶料出料支管上分别设有阀门；
各个所述尾液出料支管上分别设有阀门。
5.根据权利要求4所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述原料进料总管与原料罐连接。
6.根据权利要求5所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述解析剂进料总管与解析剂储罐连接。
7.根据权利要求6所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述水顶料进料总管与纯水罐连接。
8.根据权利要求7所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述解析液出料总管与解析液储罐连接。
9.根据权利要求8所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述水顶料出料总管与水顶料缓冲罐连接；
所述尾液出料总管与尾液储罐连接。
10.根据权利要求9所述的用于氯化铝溶液色谱分离提镓的连续离交装置，其特征在于，所述原料罐和所述尾液储罐分别设有液位计；
所述原料进料总管和尾液出料总管分别配有管道压力变送器。
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