奥凯离子交换设备

一、奥凯离子交换设备概述

离子交换设备是一种传统的、工艺成熟的脱盐处理设备，其原理是在一定条件下，依靠离子交换剂（树脂）所具有的某种离子和预处理水中同电性的离子相互交换而达到软化、除碱、除盐等功能。用于深度脱盐处理，产水电阻率动态可达到18MΩ·cm。

二、奥凯离子交换设备原理

离子交换设备是通过离子交换树脂在电解质溶液中进行的，可去除水中的各种阴、阳离子，是目前制备高纯水工艺流程中不可替代的手段。离子交换器分为阳离子交换器、阴离子交换器等。

当原水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子（HCO-等离子）与交换柱中的阳树脂的H+离子和阴树脂的OH-离子进行交换，从而达到脱盐的目的。阳、阴混柱的不同组合可使水质达到更高的要求。

工业纯水制取系统 ;交换机理;以氨基酸为例，氨基酸是两性电解质，它含有可被离子交换的阳离子(-NH3+)和阴离子(-COOH),利用阳离子交换树脂从谷氨酸发酵液中分离谷氨酸是选择性吸附。将发酵液中残糖及其聚合物、色素、蛋白质等非离子杂质得以分离，经洗脱浓缩，在等电条件下获取谷氨酸。一般认为离子交换过程是按化学摩尔质量关系进行的，且交换过程是可逆的，最后达到平衡，平衡状态和过程的方向无关。因此，离子交换过程可以看作可逆多相化学反应。但和一般的多相化学反应不同，当发生交换时，树脂体积常发生改变，因而引起溶剂分子的转移。设有一粒树脂放在溶液中，发生下列交换反应： A+＋RB=RA＋B+

1.不论溶液的运动情况如何，在树脂表面上始终存在着一层薄膜，交换离子借于分子扩散通过薄膜，显然，溶液流运愈剧烈，薄膜的厚度愈小，则液体主体的浓度愈均匀一致。一般说来，树脂的交换容量和颗粒大小无关。因此在树脂表面和内部都具有交换作用,发酵液中谷氨酸在通过阳离子交换柱时，先向树脂表面扩散，再穿过树脂表面向树脂内部扩散，谷氨酸中的一NH3+与树脂交换基团一SO3-H+的H+进行交换，交换下来的H+从树脂内部向表面扩散，由于H+扩散到溶液中，所以发酵液流经交换柱的流出液；其pH会下降。 A+＋RB=RA＋B+

离子交换过程包括5个步骤：

①A+自溶液中扩散到树脂表面。

②A+从树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心。

③A+在活性离子交换过程中心发生交换反应。

④解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面。

⑤B+从树脂表面扩散到溶液中。 其交换速度受最慢的一步所控制。根据电荷中性原则，步骤①和⑤同时发生且速度相等。即有lmolA+经薄膜扩散到达颗粒表面，同时必有lmol的B+以相反方向从颗粒表面扩散到液体中，同样②和④同时发生，方向相反，速度相等。因此离子交换过程实际上只有三步：外部扩散、内部扩散和交换反应。离子间的交换反应速度一般很快，甚至难以测定，大多情况下交换反应不是控制步骤，而内外扩散则是控制步骤。通常液相速度愈快，浓度愈小，颗粒愈大，吸附愈弱，愈是趋向于内扩散控制。相反，液体流速慢，浓度大，颗粒小，吸附强，愈是趋向于外扩散控制。交换层次发酵液

2．离子交换速度方程 当外扩散控制时，可推得离子交换速度方程为：ln（1-F）=-K·t 式中 K——外扩散速度常数，K=3De/r0δг；De——液相中的扩散系数；r0——树脂颗粒半径;г——吸附常数，达到平衡时，固相浓度与液相浓度之比。稀溶液中，г为一定值；F——时间为t时，树脂的饱和度，即树脂上的吸附量与平衡吸附量之比。

3．影响交换速度的因素,减小颗粒无论对内扩散控制或外扩散控制都有利于交换速度的提高，交联度越低、树脂越易膨胀，则树脂内部的扩散就越容易。所以当内扩散控制时，降低树脂交联度，可提高交换速度；温度高时，扩散系数大，则交换速度快；离子在树脂中扩散时，离子与树脂骨架间存在库仑引力。离子化合价越高，这种引力越大，则扩散速度就愈小；另外，小离子的扩散速率比较快，而大分子由于和树脂骨架碰撞，使骨架变形，则扩散速度慢。工业上可利用大分子和小分子在某种树脂上的交换速度不同而达到分离的目的，这种树脂称为分子筛。

4．离子交换的规律性 ,当溶液中同时存在着很多种离子时，树脂则对离子有选择吸附作用。一般来说，离子和树脂间亲和力越大，就越容易吸附，对无机离子而言，离子水合半径越小，这种亲和力越大，也就容易被吸附，这是因为离子在水溶液中都要和水分子发生水合作用形成水化离子；在常温下的稀溶液中，离子交换的选择性与化合价呈现明显的规律性：离子的化合价越高，就越容易被吸附；离子交换反应受溶液的pH影响很大。对强酸、强碱树脂来说，任何pH下都可进行交换反应，而弱酸、弱碱树脂的交换反应则分别在偏碱性、偏酸性或中性溶液中进行，对凝胶型树脂来说，交联度大，结构紧密，膨胀度小，促进吸附量增加；相反，交联度小，结构松弛，膨胀度大，吸附量减小；

5．离子交换的选择性.另外，离子交换反应是在树脂颗粒内外部的活性基上进行的，因此要求树脂有一定的孔道，以便离子的进出反应；离子交换树脂在水和非水体系中的行为是不同的。有机溶剂的存在会使树脂脱水收缩，结构紧密，降低吸附有机离子的能力，而相对提高吸附无机离子的能力。可见，有机溶剂的存在不利于有机离子的吸附。利用这个特性，常在洗涤剂中加适当有机溶剂以洗脱有机物质。