| 词条 | 离子交换设备 |
| 释义 | § 概述 离子交换设备 以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分离方法。广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂，它是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。根据树脂骨架上的活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。用于离子交换分离的树脂要求具有不溶性、一定的交联度和溶胀作用，而且交换容量和稳定性要高。 § 特性 离子交换反应是可逆的，而且等当量地进行。由实验得 离子交换设备知，常温下稀溶液中阳离子交换势随离子电荷的增高，半径的增大而增大；高分子量的有机离子及金属络合阴离子具有很高的交换势。高极化度的离子如Ag+、Tl+等也有高的交换势。离子交换速度随树脂交联度的增大而降低，随颗粒的减小而增大。温度增高，浓度增大，交换反应速率也增快。离子交换树脂可以再生。将交换耗竭的离子交换树脂和适当的酸、碱或盐溶液发生交换，使树脂转化为所需要的型式，叫做再生。这类酸、碱或盐就叫再生剂。 § 应用 离子交换分离广泛用于：①水的软化、高纯水的制备、环境废水的净化。②溶液和物质的纯化，如铀的提取和纯化。③金属离子的分离、痕量离子的富集及干扰离子的除去。④抗菌素的提取和纯化等。 § 去离子水设备 现在做去离子水的工艺大致可分为三种： 第一种：采用阳阴离子交换树脂取得的去离子水，一般 离子交换设备通过之后，出水电导率可降到10us/cm以下，再经过混床就可以达到1us/cm以下了。但是这种方法做出来的水成本极高，而且颗粒杂质太多，达不到理想的要求。目前已较少采用了。 第二种：预处理（即砂碳过滤器+精密过滤器）+反渗透+混床工艺，这种方法是目前采用最多的，因为反渗透投资成本也不算高，可以去除90%已上的水中离子，剩下的离子再通过混床交换除去，这样可使出水电导率：0.06左右。这样是目前最流行的方法。 第三种：前处理与第二种方法一样使用反渗透，只是后面使用的混床采用EDI连续除盐膜块代替，这样就不用酸碱再生树脂，而是用电再生。这就彻底使整个过程无污染了，经过处理后的水质可达到：15M以上。但这这种方法的前期投资比较多，运行成本低。根据各公司的情况做适当的投资。最好不过了。 § 混合离子交换器 混合离子交换器 mixed bed，阳、阴两种离子交换树脂，互相充分地混合在一个离子交换器内，同时进行阳、阴离子交换的设备。简称混床。混床设备比较好用一点的还是有机玻璃柱的那种，因为分层的时候比较容易看得清楚。操作起来，再生效果好。以前我用的那种A3钢的，有个视孔，操作起来真的好麻烦，分层都看不到。 § 流态化设备 又称流化床设备，一类利用流态化技术对流体或固体颗粒进行物理或化学加工的化工设备。用作化学加工的又专称流化床反应器。用于物理加工的包括干燥、浸取、吸附和离子交换、颗粒混合、流固换热等操作。典型的流态化设备有单层流化床、多层流化床、多室流化床和 正压浓相流态化小仓泵两器流化床。 单层流化床 在床层底部设置一分布板，例如烧结板、多孔板、泡罩板等。开工前将固体颗粒加到板上形成床层，流体自下而上通过分布板,均匀地进入床层使颗粒层流化,然后从顶部离去。设备侧壁设有加料口和出料口，以连续加入和卸出固体物料。用出料口的位置控制床层高度。由于固体颗粒中常带有细粉,颗粒在床层中因摩擦、碰撞也会产生粉尘,因而离开床层的流体常带有粉尘，需予以回收。回收的粉尘可返回床层或直接作为产品。对于气固系统，常用的粉尘分离装置是旋风分离器(见离心沉降)和袋滤器（见过滤设备）。在流化床中，固体颗粒充分混合，因而用作传质设备时，相当于分级接触传质设备的一个级。 多层流化床 具有类似板式塔的结构，颗粒物料加到顶部床层，经溢流管逐层下降。流体先经底层分布板进入底部床层，逐层上升，使各层颗粒流态化，进行气固逆流分级接触。最后离开床层的流体须经分离装置回收夹带的粉尘。多层流化床正常运行的关键在于溢流管能否正常工作。为确保颗粒能通过溢流管顺利下降,而又防止流体穿过溢流管短路上升,在溢流管下端设置适当的堵头或其他装置。多层流化床不仅能起逆流多级接触的作用,有时还可根据工艺要求,在各床层中设置适当的换热面，以调节各层的温度。 § 电去离子 电去离子，又称填充床电渗析(EDI)或(CDI), 就是在电渗析器的隔膜之间装填阴阳离子交换树脂、将电渗析与离子交换有机的结合起来的一种水处理技术。它被认为是水处理技术领域具有革命性创新的技术之一。 电去离子的概念早在上世纪50年代就已被提出，但它真正大规模应用仅仅在10多年以前。1987年，美国Millipore公司研制成功第一台商业EDI设备：Ionpure CDITM, 标志着EDI技 电去离子水设备术达到实用化水平，EDI技术的研究和发展从此进入了一个快速发展的时期，目前具有领先水平国外公司主要有：美国Millipore、美国Ionics, 加拿大E_cell, 日本旭硝子。中国的EDI技术研究起步并不算晚，80年代初期，中国即已建立了填充床电渗析的实验装置，研究了离子交换导电网电渗析、纤维填充床电渗析、树脂填充床电渗析，并建立了生产离子交换纤维的生产基地，技术水平在当时应属国际领先。然而由于种种原因及国内的特殊情况，在其后10年多时间里，国内在此方面的研究却几乎停滞了，直到90年代中期，国外EDI技术不断取得突破，并在许多工业系统成功应用，证明EDI具有极高的应用价值，国内又对其开始重视起来。自1996至今，多家研究机构从事其研究工作，并且取得了不错的成果。目前国内主要的研究及生产机构有：清华大学、军事医学科学院（天津大学）、杭州水处理技术研究所、湖州玉泉水处理设备有限公司（欧美公司）、北京多元水处理设备有限公司等。 技术特点和发展历史 电去离子是结合了电渗析与离子交换两项技术各自的特点而发展起来的一项新技术，与普通电渗析相比，由于淡室中填充了离子交换树脂，大大提高了膜间导电性，显著增强了由溶液到膜面的离子迁移，破坏了膜面浓度滞留层中的离子贫乏现象，提高了极限电流密度；与普通离子交换相比，由于膜间高电势梯度，迫使水解离为H+和OH-，H+和OH-一方面参预负载电流，另一方面可以又对树脂起就地再生的作用，因此EDI不需要对树脂进行再生，可以省掉离子交换所必需的酸碱贮罐，也减少了环境污染。 因此电去离子超纯水系统具有如下优点： 1）离子交换树脂用量极少，仅为IE法的5%左右。 2）不需要再生，降低了劳动强度，节省了酸碱和大量清洁水，减少了环境污染。 3）自动化程度高，易维护。 4）单一系统连续运转，不需备用系统。 项目的技术创新点 以离子交换纤维代替颗粒树脂作为电去离子隔膜间的填充物的研究在电去离子刚被认识时就已经开始了，但真正成功实现工业化的产品却是添加了树脂而不是纤维的电去离子，然而已有很多研究证明填充离子交换纤维比离子交换树脂有许多明显的优点，如： （1）隔膜的间距可以减少，通常ED的隔膜间距为0.8-1.0mm，而电去离子为3mm左右，如果填充离子交换纤维则可以使隔膜介于二者之间，这样有利于缩短离 反渗透加电去离子装置纯水处理系统子通道，提高极限电流密度。 （2）离子交换纤维比表面积大、交换速度快，因此更符合电去离子的要求。本项目的创新点表现在采用一种自主开发的离子交换纤维新材料，开发可以满足更高市场需求的纯水高端产品，填补国内高端产品的空白。 电去离子的工业应用和市场需求 最近几年电去离子在各个工业领域都越来越受重视，许多工业系统开始采用电去离子作为其水处理系统的更新换代技术，如电力工业、制药工业、微电子工业、电镀与金属表面处理等。 （１）电力工业 据推算电力行业水处理单元的操作费用约占电力成本的１０％，而用电去离子替代离子交换树脂可以使每处理1000加仑水的成本由11美元降至1.75美元。 （２）制药工业 虽然药用水的特点是并不要求很高的去离子程度，但电去离子系统具有同时去盐和控制微生物指标的特点，因此已有多家企业采用ＲＯ／ＥＤＩ集成系统。据称该类系统性能稳定，全流程计算机连续监控，全自动操作无人值守。 〔３〕电子工业 电子工业对水质的要求极高，水电阻率要稳定的大于１８MΩ,而EDI出水一般在15-17 MΩ左右，因此在电子级水的生产过程多采用EDI＋抛光树脂系统，即在ＥＤＩ之后加离子交换，此工程虽然仍需离子交换，但由于ＥＤＩ已除去了大部分离子，抛光树脂几乎不用再生，因此水处理费用仍然很低。 （４）电镀与金属表面处理 电去离子可用于电镀废水处理可以使水重复使用并回收重金属离子。美国已有该类型系统的实验装置。 （５）其他领域 电去离子在食品工业、化学工业等都有很广泛的应用：多室流化床、设备的横截面一般为矩形，用垂直挡板将设备沿长度方向分成多室（一般4～8室）。挡板下沿与分布板面之间留有几十毫米的间隙，作为室间粉粒通道。最后一室有控制床面的堰板。流体平行进入各室，颗粒则依次通过各室，因此多室流化床不仅能抑制颗粒在整个床层内的返混，而且还能调节通入各室流体的流速和温度。多室流化床比多层流化床设备容易控制，总压降也小；但传热、传质推动力较多层床小，用于干燥时空气热量利用效率较差。 两器流化床 有两个流化床，在左侧流化 电去离子高纯水设备床中，原料气与固体颗粒层接触进行某种操作（如吸附）；在右侧流化床中，用另外的气流进行失效颗粒的再生（如脱附），两流化床间由气力输送管连接进行颗粒输送，使整个操作能连续进行。 如果流化床需加入或取出热量，可以在设备壁面及床层内设置换热面。流化床层与换热面间的对流传热十分强烈。在流化催化反应器中，沿不同高度上设置若干挡板或挡网，可以割裂气泡,限制其尺寸,改善气固接触；同时也限制了颗粒间的混合,造成床层沿高度方向的温度梯度。流化床层内的垂直构件，是换热管束和旋风分离器的料腿（将回收的固体颗粒送回床层的导管）。在床层内均匀布置这些构件，相当于将床层作纵向分割，也可限制气泡的尺寸，改善流态化质量。 |
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