CN117225483B - 一种组合式阀阵多单元连续离子交换*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱在工艺位上从左至右依次交替排列并分别通过自控阀门控制进料流量计、反洗进流量计、淋洗进流量计、再生液A和再生液B流量计等流量，来实现每个周期的依次循环切换，使得物料进行离子交换处理的同时，在一个大周期内，实现所有阳树脂柱和阴树脂柱循环静止浸泡，以恢复树脂的交换能力。本发明将阳树脂柱和阴树脂柱经过不同周期交替再生，降低树脂柱使用数量，降低生产投入成本；并在整个***中加入静止阀阵，每个周期对一个树脂柱进行强化再生，经过一个大周期后，整个***中的树脂柱全部实现强化再生，延长树脂柱的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及离子交换技术领域，具体涉及一种组合式阀阵多单元连续离子交换***。
背景技术
离子交换是借助于离交树脂交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。目前，广泛应用于淀粉糖行业和发酵行业，如果糖、麦芽糖、糊精、乳酸等产品均利用树脂去除产品中的阴阳离子。专利号为CN208115777U，名称为一种连续离交设备阀阵***中，公开了阳柱阀阵和阴柱阀阵内的生产阀阵、精制阀阵、水顶料阀阵、淋洗阀阵、再生阀阵、反洗阀阵比值各为5:5:3:3:3:1，一共使用40个树脂柱，相对应的自控阀门使用更多，在进行离子交换的过程中，复杂程度较高，容易出现离交误差；同时，由于水顶料阀阵、淋洗阀阵、再生阀阵、反洗阀阵主要为生产阀阵、精制阀阵内的树脂再生服务，但是因为生产阀阵和精制阀阵一直循环使用，虽然经过树脂再生，但是由于再生后的树脂，需要尽快投入到生产中，传统的离子交换柱仅仅做了简单再生，并未做强化再生，这样树脂柱内的树脂洗脱效率并未达到100％，使得工业化生产中的树脂使用的寿命比经过强化再生后的树脂使用寿命短，这样就加大了树脂的更换频率，增加了树脂的成本投入和树脂更换时的人工投入，继而使得生产的成本大大提高。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种组合式多单元的阀阵，以减少树脂柱的使用数量，降低整个阀阵使用的复杂程度；同时在阀阵中设置循环式静止阀阵，使得每个树脂柱在不同的周期内进行静止浸泡，以实现树脂的强化再生，延长树脂的使用寿命。
根据本申请实施例提供的技术方案，一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱在工艺位上从左至右依次交替排列，若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱组成的工艺位包含水顶糖阀阵，阳柱生产阀阵，阴柱生产阀阵，阳柱精制阀阵，阴柱精制阀阵，淋洗阀阵，再生阀阵、静止阀阵，反洗阀阵，其各阀阵的柱子数量比例为3：5：5：5：5：4：3：1：1；每个阳树脂柱和每个阴树脂柱上设有自控阀门，分别通过控制进料流量计、反洗进流量计、淋洗进流量计、再生液A和再生液B流量计等流量，来实现每个周期的依次循环切换，使得物料进行离子交换处理的同时，在一个大周期内，实现所有阳树脂柱和阴树脂柱循环静止浸泡，以恢复树脂的交换能力；
所述阳柱生产阀阵为多组阳树脂柱并联而成，所述阴柱生产阀阵为多组阴树脂柱并联而成，所述阳柱生产阀阵与所述阴柱生产阀阵交替排列，所述阳柱精制阀阵为多组阳树脂柱并联而成，所述阴柱精制阀阵为多组阴树脂柱并联而成，所述阳柱精制阀阵与所述阴柱精制阀阵交替排列，每个周期，实现一个树脂柱的再生和淋洗。
优选的，所述水顶糖阀阵为多组阳树脂柱与阴树脂柱串联而成，使得水顶糖阀阵可直接作用于阳树脂柱和阴树脂柱。
优选的，所述淋洗阀阵、所述再生阀阵均为多个树脂柱首尾串联而成。
优选的，若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱采用PLC控制***，通过控制流量计流量和累积体积实现周期及树脂柱的切换。
优选的，再生液A和再生液B分别为酸液和碱液，对不同性质树脂柱进行再生时，通入不同的再生液，实现树脂柱数量的减少。
优选的，每个阳树脂柱和每个阴树脂柱上均设有14个自控阀门，包括再生进液阀、进盐阀、水顶糖进阀、淋洗进阀、反洗出阀、生产进阀、精制进阀；串柱阀、跳柱阀、甜水阀、排污阀、生产出阀、精制出阀、反洗进阀，通过阀门的开闭实现树脂柱的周期切换。
综上所述，本申请的有益效果：本发明具有以下优势：
1.本发明将水顶糖阀阵通过阳树脂柱和阴树脂柱串联，可实现对阳树脂柱和阴树脂柱作用，降低传统水顶糖阀阵中的树脂柱数量；
2.本***共使用32个树脂柱，相对于传统的阴柱阀阵和阳柱阀阵使用40个树脂柱而言，节省了树脂柱的总体数量，降低了采购成本，同时降低了其使用复杂度；
3.本发明利用每个周期不同树脂柱依次循环切换，使得再生阀阵可以切换为阴柱再生阀阵和阳柱再生阀阵，使得不同的周期洗脱不同的树脂柱类型，而不需要像传统阀阵一样，同时设置阴柱再生阀阵和阳柱再生阀阵，从而减少再生阀阵的使用数量；同理反洗阀阵和淋洗阀阵也随着不同周期的依次循环切换，在不同的周期内对不同的树脂柱类型进行树脂清洗，进一步降低了树脂柱的总体数量，以及阀阵的复杂度；
4.本发明在阀阵中设置静止阀阵，在大周期内依次循环切换时，可依次将所有的树脂柱循环静止浸泡再生，实现树脂柱的强化再生，延长树脂柱的使用寿命，降低树脂柱内树脂的更换频率，从而降低树脂的投入成本和树脂更换时的人工成本，即降低生产过程中的生产成本，提高生产利润。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明标号为25的树脂柱为静止阀阵的示意图；
图2为本发明标号为26的树脂柱为静止阀阵的示意图；
图3为本发明标号为27的树脂柱为静止阀阵的示意图。
标号1’-32’为工艺位，标号1-32为树脂柱号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
如图1所示，32个树脂柱从左至右依次排列，竖直放置的长方形框为树脂柱，树脂柱上方方框内的标号，如：1、2、3、4…32为树脂柱的标号，树脂柱下方方框内的标号，如1，、2，、3，、4，、5，…32，为工艺位的标号，工艺位包括水顶糖阀阵，阳柱生产阀阵，阴柱生产阀阵，阳柱精制阀阵，阴柱精制阀阵，淋洗阀阵，再生阀阵、静止阀阵，反洗阀阵，即工艺位一直都是从左至右，长方形框内1#号树脂柱填充的是阳性树脂，方框内2#号树脂柱填充的是阴性树脂，所以从左至右阳性树脂柱和阴性树脂柱交替排列；
位于最左侧的三个串联的树脂柱为水顶糖阀阵，标号为1、2、3的树脂柱；
向右依次设置五个并联的阴柱生产阀阵，标号为4、6、8、10、12的树脂柱；以及五个并联的阳柱生产阀阵，标号为5、7、9、11、13的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
向右依次设置五个并联的阴柱精制阀阵，标号为14、16、18、20、22的树脂柱；以及五个并联的阳柱精制阀阵，标号为15、17、19、21、23的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
向右依次设置四个串联的相同类型树脂柱的淋洗阀阵，标号为24、26、28、30的树脂柱；在淋洗阀阵的间隙中设置1个静止阀阵，标号为25的树脂柱；以及三个再生阀阵，标号为27、29、31的树脂柱，且再生阀阵为串联；
位于最右端的为1个反洗阀阵，标号为32的树脂柱。
使用时，如图1所示，将需要提纯的原料从物料进管进入到5个并联的阳柱生产阀阵中，然后经过一根管道进入到5个并联的阴柱生产阀阵，出阴柱生产阀阵后，经过中转泵和管道同时进入到5个并联的阳柱精制阀阵，然后出料后再同时进入到5个并联的阴柱精制阀阵内，出料后即可进入到下一工序。
当树脂柱处理一定体积物料后，即达到设定的累积体积后，进行顺序切换，具体为每个周期依次切换一个树脂柱，如将图1中的26号树脂柱切换为静止阀阵，此时26号树脂柱进行强化再生，其余的树脂柱均由图1顺序切换为图2所示，
从最左端依次设置的三个串联的树脂柱为水顶糖阀阵，标号为2、3、4的树脂柱；
向右依次设置五个并联的阳柱生产阀阵，标号为5、7、9、11、13的树脂柱；以及五个并联的阴柱生产阀阵，标号为6、8、10、12、14的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
依次向右设置五个并联的阳柱精制阀阵，标号为15、17、19、21、23的树脂柱；以及五个并联的阴柱精制阀阵，标号为16、18、20、22、24的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
依次向右设置四个串联的相同类型树脂柱的淋洗阀阵，标号为25、27、29、31的树脂柱；在淋洗阀阵的间隙中向右设置1个静止阀阵，标号为26的树脂柱；以及三个串联的再生阀阵，标号为28、30、32的树脂柱；
通过进料管向五个并联的阳柱生产阀阵、阴柱生产阀阵、阳柱精制阀阵和阴柱精制阀阵继续进料；
与此同时，26号树脂柱不进料，即对26号树脂柱进行强化再生。
具体步骤如下：
A、水顶糖程序：将冷凝水通至数字标号为2的水顶糖阀阵内的树脂柱内，通过标号为4的水顶糖阀阵内的树脂柱输出，浓度高的输至进料前罐，浓度低的输送至甜水罐内；
B、反洗程序：将冷凝水或快淋洗回用水通至标号为1的反洗阀阵的树脂柱内，通过设定程序对1号树脂柱进行自动反洗，最后输出至离交废水储存罐内；
C、再生程序：将再生液B(碱性溶液)通过标号为28的再生阀阵内的树脂柱通入，再从标号为32的再生阀阵内的树脂柱输出，对树脂柱进行再生，再生废液输至污水中和罐；
在再生程序中，使用再生液B对标号为26号树脂柱进行再生时，进行浸泡，实现26号树脂柱的强化再生。
D、慢洗程序：当阴树脂柱再生时，阳树脂柱同时进行慢淋洗。将冷凝水通至标号为25的淋洗阀阵内的树脂柱，然后由标号为31的淋洗阀阵内的树脂柱输出，对树脂柱进行慢淋洗，洗脱树脂柱内的酸、多余的离子，洗脱后的溶液输至污水中和罐；
E、快淋洗状态：将冷凝水通至标号为25的淋洗阀阵内的树脂柱，然后排出的水通过反洗进管道输送到标号1的反洗柱内，反洗后的水排出至离交废水储存罐。其目的用大流量的水将25号树脂柱内游离的酸清洗干净。又将淋洗排出的废水二次利用去反洗标号1的反洗柱，节约用水。
所以，图1中的26号树脂柱由淋洗阀阵切换至如图2所示的静止阀阵，即切换至工艺位25’号时为一个周期，在转化后，生产阀阵、精制阀阵、强化再生和淋洗等工艺同时进行，大大的节约了树脂柱的再生时间，且能够实现树脂柱内树脂的强化再生，延长树脂的使用寿命。
实施例2
如图2所示，32个树脂柱从左至右依次排列，竖直放置的长方形框为树脂柱，树脂柱上方方框内的标号，如：1、2、3、4…32为树脂柱的标号，树脂柱下方方框内的标号，如1，、2，、3，、4，、5，…32，为工艺位的标号，工艺位包括水顶糖阀阵，阳柱生产阀阵，阴柱生产阀阵，阳柱精制阀阵，阴柱精制阀阵，淋洗阀阵，再生阀阵、静止阀阵，反洗阀阵，即工艺位一直都是从左至右，长方形框内1#号树脂柱填充的是阳性树脂，方框内2#号树脂柱填充的是阴性树脂；
如图3所示，当树脂柱处理一定体积物料后，即达到设定的累积体积后，进行顺序切换，具体为每个周期依次切换一个树脂柱，如将图2中的27号树脂柱切换为静止阀阵，此时27号树脂柱进行强化再生，其余的树脂柱均由图2顺序切换为图3所示；
从最左端依次设置的三个串联的树脂柱为水顶糖阀阵，标号为3、4、5的树脂柱；
向右依次设置五个并联的阳柱生产阀阵，标号为7、9、11、13、15的树脂柱；以及五个并联的阴柱生产阀阵，标号为6、8、10、12、14的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
依次向右设置五个并联的阳柱精制阀阵，标号为17、19、21、23、25的树脂柱；以及五个并联的阴柱精制阀阵，标号为16、18、20、22、24的树脂柱，即间隔一个树脂柱并联；
依次向右设置四个串联的相同类型树脂柱的淋洗阀阵，标号为26、28、30、32的树脂柱；在淋洗阀阵的间隙中向右设置1个静止阀阵，标号为27的树脂柱，以及三个串联的再生阀阵，标号为29、31、1的树脂柱；
标号为2的树脂柱为反洗阀阵；
当标号为27的树脂柱被切换出来为静止阀阵后，即向阳性生产阀阵、阴性生产阀阵、阳性精制阀阵和阴性精制阀阵内通入物料进行离子交换，在物料进行离子交换的过程中，对标号为27号树脂柱进行强化再生。
具体步骤如下，如图3所示，
A、水顶糖程序：将冷凝水通至数字标号为3的水顶糖阀阵内的树脂柱内，通过标号为5的水顶糖阀阵内的树脂柱输出，浓度高的输至进料前罐，浓度低的输送至甜水罐内；
B、反洗程序：将冷凝水或快淋洗回用水通至标号为2的反洗阀阵的树脂柱内，通过设定程序对2号树脂柱进行自动反洗，最后输出至离交废水储存罐内；
C、再生程序：将再生液A(酸性溶液)通过标号为29的再生阀阵内的树脂柱通入，再从标号为1的再生阀阵内的树脂柱输出，对树脂柱进行再生，再生废液输至污水中和罐；
在再生程序中，使用再生液A对标号为27号树脂柱进行再生时，进行浸泡，实现27号树脂柱的强化再生。
D、慢洗程序：当树脂柱再生时，阴树脂柱同时进行慢淋洗。将冷凝水通至标号为26的淋洗阀阵内的树脂柱，然后由标号为32的淋洗阀阵内的树脂柱输出，对树脂柱进行慢淋洗，洗脱树脂柱内的碱、多余的离子，洗脱后的溶液输至污水中和罐；
E、快淋洗状态：将冷凝水通至标号为26的淋洗阀阵内的树脂柱，然后排出的水通过反洗进管道输送到标号2的反洗柱内，反洗后的水排出至离交废水储存罐。其目的用大流量的水将26号树脂柱内游离的碱清洗干净。又将淋洗排出的废水二次利用去反洗标号2的反洗柱，节约用水。
由实施例2可知，在物料进行离子交换的过程中，对标号为27的树脂柱进行强化再生和淋洗，此时为物料的离子交换处理和树脂柱强化再生的第二个周期。
结合实施例1和实施例2可知，当在第三个周期时，将标号为28的树脂柱切换出来，进行强化再生，此时也能实现物料离子交换处理和标号为28的树脂柱的强化再生；
依次类推，在第四个周期，再将树脂柱向左移动一个，工艺位不变，实现物料离子交换处理和标号为29的树脂柱的强化再生；
在第五个周期，以第四个周期工作的树脂柱向左继续移动一个，实现物料离子交换处理和标号为30的树脂柱的强化再生；
……
以此类推，在第三十二个周期，以第三十一个周期工作的树脂柱向左移动一个，实现物料离子交换处理和标号为25的树脂柱的强化再生；
在第三十三个周期时，以第三十二个周期工作的树脂柱向左移动一个，实现物料离子交换处理和标号为26的树脂柱的强化再生；
所以，在第一个周期至第三十二个周期中，分别将32个树脂柱全部进行了强化再生，这属于一个大周期，在实现物料离子交换处理的过程中，还能实现所有树脂柱的强化再生，一方面能够提高工作效率，另一方面实现树脂柱再生能力的强化，延长树脂柱内树脂的使用寿命。
实施例3
不同大周期树脂柱对物料处理能力的影响
按照以上树脂柱的切换进行强化再生，每个大周期生产阀阵和精制阀阵的物料处理量为树脂体积的一定倍数，经过了五个大周期的物料处理，生产阀阵和精制阀阵对出料的处理能力如表1所示：
表1进、出料指标情况表
由表1可知，在第一大周期至第五大周期内，对物料的处理率可以看出，当标号为25号的树脂柱为静止阀阵时，生产阀阵和精制阀阵对物料的处理率虽有略下降的趋势，但是经过五个大周期后，物料的处理率还能达到97％以上，说明每个大周期对32根树脂柱内的树脂的强化再生能力达到最大，即树脂基本能够达到完全再生，这样就能够延长树脂柱的使用寿命，在生产上能够降低树脂柱内树脂的更换频率，有效降低成本。
物料处理率＝(进料电导率-出料电导率)×100％/进料电导率
在实际应用中，处理不同的物料，会有不同的累积体积。
进再生进液阀用于进再生液、进盐阀用于进盐水、水顶糖进阀用于进水顶糖、淋洗进阀用于进淋洗液、反洗出阀用于进反洗液、生产进阀用于进物料、精制进阀用于进精制液；串柱阀用于树脂柱之间的连接、跳柱阀用于在某柱故障或需要复苏时跳过该树脂柱、甜水阀用于水顶糖出液、排污阀用于排污、生产出阀用于物料排出、精制出阀用于精制液排出、反洗进阀用于进反洗液。
图1、图2和图3中FCV代表调节阀，FT代表流量计，PT代表压力变送器。
在每个周期再生的过程中，会将一个树脂柱脱离出来进行静止，进行强化再生，在一个大周期完成后，32根树脂柱均得到强化再生，可以延长树脂柱的使用寿命，从另一方面降低生产成本。
虽然本方案使用的是32根树脂柱，但是在一个周期中，只对阳性树脂柱(或阴性树脂柱)进行再生；下个周期，只对阴性树脂柱(或阳性树脂柱)进行再生，实现阳性树脂柱、阴性树脂柱的交替再生，代替传统的阳性树脂柱、阴性树脂柱同时再生而使用较多根树脂柱，再生效果没有受到影响，同时节省了树脂柱的使用量，降低了工厂对树脂柱的投入，还降低了树脂离交***的使用复杂程度。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理等方案的说明。同时，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (6)
1.一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：
若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱在工艺位上从左至右依次交替排列，若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱组成的工艺位包含水顶糖阀阵，阳柱生产阀阵，阴柱生产阀阵，阳柱精制阀阵，阴柱精制阀阵，淋洗阀阵，再生阀阵、静止阀阵，反洗阀阵，其各阀阵的柱子数量比例为3：5：5：5：5：4：3：1：1；
每个阳树脂柱和每个阴树脂柱上设有自控阀门，分别通过控制进料流量计、反洗进流量计、淋洗进流量计、再生液A和再生液B流量计，来实现每个周期的依次循环切换，使得物料进行离子交换处理的同时，在一个大周期内，实现所有阳树脂柱和阴树脂柱循环静止浸泡，以恢复树脂的交换能力；
所述阳柱生产阀阵为多组阳树脂柱并联而成，所述阴柱生产阀阵为多组阴树脂柱并联而成，所述阳柱生产阀阵与所述阴柱生产阀阵交替排列，所述阳柱精制阀阵为多组阳树脂柱并联而成，所述阴柱精制阀阵为多组阴树脂柱并联而成，所述阳柱精制阀阵与所述阴柱精制阀阵交替排列，每个周期，实现一个树脂柱的再生和淋洗。
2.根据权利要求1所述的一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：所述水顶糖阀阵为多组阳树脂柱与阴树脂柱串联而成。
3.根据权利要求2所述的一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：所述淋洗阀阵、所述再生阀阵均为多个树脂柱首尾串联而成。
4.根据权利要求3所述的一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：若干个阳树脂柱和若干个阴树脂柱采用PLC控制***，通过控制流量计流量和累积体积实现周期及树脂柱的切换。
5.根据权利要求4所述的一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：再生液A和再生液B分别为酸液和碱液。
6.根据权利要求5所述的一种组合式阀阵多单元连续离子交换***，其特征在于：每个阳树脂柱和每个阴树脂柱上均设有14个自控阀门，包括再生进液阀、进盐阀、水顶糖进阀、淋洗进阀、反洗出阀、生产进阀、精制进阀；串柱阀、跳柱阀、甜水阀、排污阀、生产出阀、精制出阀、反洗进阀。
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