CN215464473U - 一种基于固固反应的离子交换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于固固反应的离子交换装置，包括：交换容器及设置于交换容器内的离子交换介质，交换容器的顶部设置可开闭的第一进液口，交换容器的底部设置可开闭的第一排液口，交换容器内设置两级过滤层，两级过滤层包括一级过滤层及设置于一级过滤层下方的二级过滤层，离子交换介质分别设置于一级过滤层的上方及两级过滤层之间，一级过滤层上方设置搅拌装置，第一排液口连接有负压装置。通过设置两级过滤层，实现固液分离的功能；搅拌装置充分混合浆料和离子交换介质，提升固固反应的速率，反应液再进入两级过滤层之间的离子交换介质中，实现对浆料的充分处理；负压装置实现反应液与离子交换介质的快速分离，提升了装置的工作速率。

Description

一种基于固固反应的离子交换装置

技术领域

本实用新型涉及离子交换技术领域，更具体地说，涉及一种基于固固反应的离子交换装置。

背景技术

离子交换是一类借助离子交换剂中的离子与溶液中的离子进行交换的过程，主要应用在水处理(软化和纯化)、溶液的精制和脱色以及工业废水中回收贵金属等。为了离子交换剂能够高效的分离，通常选择固体(例如离子交换树脂)作为离子交换剂，该过程中发生固-液两相之间的反应。而随着离子交换法的应用发展，出现一类固体反应物，它本身不溶或微溶于水，但在离子交换过程中可以快速溶解。由于反应物为固体，该离子交换过程为固固反应，主要由固体反应物的溶解和离子交换两部分组成。

现有的离子交换装置无法满足固固反应的进行，一方面，装置主要为固液反应而设计，离子交换过程中会出现固液分离困难、工作效率低的问题；另一方面，离子交换的效率与初始状态的离子浓度有关，反应结束后，反应液中离子浓度依旧很高而产生离子交换不充分的问题，需要耗费大量时间重复进行离子交换操作。

综上所述，如何解决离子交换过程中离子交换效率低和固液分离困难的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于固固反应的离子交换装置，使离子发生充分的交换反应，提升了离子交换效率，解决了固液分离困难的难题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于固固反应的离子交换装置，包括：交换容器及设置于所述交换容器内的离子交换介质，所述交换容器的顶部设置可开闭的第一进液口，所述交换容器的底部设置可开闭的第一排液口，所述交换容器内设置两级过滤层，所述两级过滤层包括一级过滤层及设置于所述一级过滤层下方的二级过滤层，所述离子交换介质分别设置于所述一级过滤层的上方及所述两级过滤层之间，所述一级过滤层上方设置搅拌装置，所述第一排液口连接有负压装置。

优选地，还包括中空夹层，所述中空夹层设置于所述交换容器的外周，所述中空夹层的底部设置第二进液口，顶部设置第二排液口。

优选地，所述交换容器的侧壁设置第一装卸口和第二装卸口，所述第一装卸口设置于所述一级过滤层的上方的所述交换容器的侧壁，所述第二装卸口设置于所述两级过滤层之间的所述交换容器的侧壁。

优选地，所述两级过滤层均为聚四氟、玻璃砂芯和陶瓷的一种。

优选地，所述第一排液口设置阀门。

优选地，所述第一排液口连接于负压装置。

优选地，所述一级过滤层上方的所述交换容器的内壁设置至少一个挡板。

优选地，所述交换容器包括交换筒体及设置于所述交换筒体顶部的顶盖，所述顶盖上设置伸入所述交换容器内的pH监测装置，所述第一进液口设置于所述顶盖。

优选地，所述搅拌装置包括电动机及与所述电动机的输出轴连接的搅拌桨，所述电动机设置于所述交换容器的顶部，所述搅拌桨伸入所述交换容器的内部。

优选地，所述搅拌桨为锚式桨、框式桨、涡轮式桨和推进式桨中的一种或多种。

优选地，所述离子交换介质包括磺酸基团、羧酸基团、羟基基团、叔胺基团和季胺基团中的一种或多种。

本申请与现有的离子交换装置相比，在满足固体反应物溶解需求的基础上，在交换容器内设置两级过滤层，以实现固液分离的功能；通过搅拌装置充分混合一级过滤层上方的浆料和离子交换介质，提升固固反应的速率，反应液再进入两级过滤层之间的离子交换介质中进行进一步的离子交换，实现对浆料的充分快速反应；同时，通过外部添加的负压装置实现反应液与离子交换介质7的快速分离，提升了装置的工作速率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的基于固固反应的离子交换装置的示意图。

图1中：

1-电动机、2-第一进液口、3-顶盖、4-搅拌桨、5-第一装卸口、6-两级过滤层、7-离子交换介质、8-第二装卸口、9-第二进液口、10-阀门、11-负压装置、12-pH监测装置、13-第二排液口、14-离子交换反应区、15-挡板、16-中空夹层、17-离子交换吸附区。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种基于固固反应的离子交换装置，使离子发生充分的交换反应，提升了离子交换质量和离子反应速率。

请参考图1，一种基于固固反应的离子交换装置，包括：交换容器及设置于交换容器内的离子交换介质7，交换容器的顶部设置可开闭的第一进液口2，交换容器的底部设置可开闭的第一排液口，交换容器内设置两级过滤层6，两级过滤层6包括一级过滤层及设置于一级过滤层下方的二级过滤层，离子交换介质7分别设置于一级过滤层的上方及两级过滤层6之间，一级过滤层上方设置搅拌装置，第一排液口连接有负压装置11。

需要说明的是，“固-固反应”是离子交换介质7与浆料的反应，浆料是反应物与去离子水充分混合后得到，反应物是一类微溶或少量溶于水的物质。

两级过滤层6将交换容器的内部空间分为离子交换反应区14和离子交换吸附区17，一级过滤层上方的空间为离子交换反应区14，两级过滤层6之间的空间为离子交换吸附区17，搅拌装置用于搅拌离子交换反应区14的离子交换介质7和浆料，离子交换介质7和浆料在离子交换反应区14做动态离子交换，反应后的溶液进入两级过滤层6之间的离子交换吸附区17做进一步的静态离子交换。

以固体反应物为磷酸锂为例，反应前先与去离子水均匀混合成浆料，离子交换介质7反应前先分别填入离子交换反应区14和离子交换吸附区17。打开进料口，在搅拌装置的作用下，加入准备好的磷酸锂浆料，与离子交换介质7发生离子交换反应。5min后离子交换反应区14溶液变澄清，取部分溶液进行ICP-OES测试，缓慢打开排液口将溶液排出，每隔5min取样测试。

为了便于将反应后的液体沿第一排液口排出，负压装置11使交换容器内变为负压，将交换容器内的液体抽出，以便于进行检测。优选地，负压装置11为抽气泵。

本申请与现有的离子交换装置相比，在满足固体反应物溶解需求的基础上，在交换容器内设置两级过滤层，以实现固液分离的功能；通过搅拌装置充分混合一级过滤层上方的浆料和离子交换介质7，提升固固反应的速率，反应液再进入两级过滤层6之间的离子交换介质7中进行进一步的离子交换，实现对浆料的充分快速反应；同时，通过外部添加的负压装置11实现反应液与离子交换介质7的快速分离，提升了装置的工作速率。

为了控制交换容器内的温度，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，还包括中空夹层16，中空夹层16设置于交换容器的外周，中空夹层16的底部设置第二进液口9，顶部设置第二排液口13。温控液由第二进液口9进入至中空夹层16中，并由第二排液口13排出，可通过循环管对温控液进行循环。优选地，温控液为脂类、醇类、烷烃类和水的一种或多种，以提升温控效果。

当离子交换介质7由第一进液口2进入交换容器内部时，还需反复拆装第一进液口2的管路，为了便于装卸离子交换介质7，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，交换容器的侧壁设置第一装卸口5和第二装卸口8，第一装卸口5设置于一级过滤层的上方的交换容器的侧壁，第二装卸口8设置于两级过滤层6之间的交换容器的侧壁。由于两级过滤层6会对离子交换介质7起到一定的隔离作用，若只设置一个装卸口，离子交换介质7不便于填充满离子交换反应区14和离子交换吸附区17，本实施例通过设置两个装卸口保证了离子交换反应区14和离子交换吸附区17的离子交换介质7填充的质量，以提升离子交换速率和质量。

优选地，两级过滤层6均为聚四氟、玻璃砂芯和陶瓷的一种，需要注意的是，由于交换容器内会发生化学反应，选用两级过滤层6的材料时要避免与交换容器内的物质发生化学反应。

为了便于开闭第一排液口，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第一排液口设置阀门10。

搅拌装置在搅拌时，物料随着搅拌桨4搅拌产生的离心力，形成中间低，交换容器内壁处高的漩涡，降低了离子交换效率，为解决上述问题，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，一级过滤层上方的交换容器的内壁设置至少一个挡板15。挡板15可以阻挡物料的旋转，当物料触碰到挡板15时，会改变原有的转动方向，沿挡板15的上方和下方运动，抑制了旋涡的行程，提高了离子交换效率。

为了将交换容器内的微观反应宏观化，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，交换容器包括交换筒体及设置于交换筒体顶部的顶盖3，顶盖3上设置伸入交换容器内的pH监测装置12，第一进液口2设置于顶盖3。顶盖3嵌入交换筒体中，进料口嵌入顶盖3中，以提升密封性。pH监测装置12可随时监测交换容器内的溶液的pH值，通过观察pH值可以得知离子交换的程度。

关于搅拌装置的结构形式，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，搅拌装置包括电动机1及与电动机1的输出轴连接的搅拌桨4，电动机1设置于交换容器的顶部，搅拌桨4伸入交换容器的内部。电动机1转动可带动搅拌桨4转动，搅拌桨4可带动浆料和离子交换介质7运动，以进行充分的离子交换。

关于搅拌桨4的选择，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，搅拌桨4为锚式桨、框式桨、涡轮式桨和推进式桨中的一种或多种，具体选择形式可根据需要搅拌的离子交换介质7种类和浆料的种类确定。

关于离子交换介质7的选择，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，离子交换介质7包括磺酸基团、羧酸基团、羟基基团、叔胺基团和季胺基团中的一种或多种，具体选择形式可根据需要离子交换的浆料的种类确定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的基于固固反应的离子交换装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，包括：交换容器及设置于所述交换容器内的离子交换介质(7)，所述交换容器的顶部设置可开闭的第一进液口(2)，所述交换容器的底部设置可开闭的第一排液口，所述交换容器内设置两级过滤层，所述两级过滤层(6)包括一级过滤层及设置于所述一级过滤层下方的二级过滤层，所述离子交换介质(7)分别设置于所述一级过滤层的上方及所述两级过滤层(6)之间，所述一级过滤层上方设置搅拌装置，所述第一排液口连接有负压装置(11)。

2.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，还包括中空夹层(16)，所述中空夹层(16)设置于所述交换容器的外周，所述中空夹层(16)的底部设置第二进液口(9)，顶部设置第二排液口(13)。

3.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述交换容器的侧壁设置第一装卸口(5)和第二装卸口(8)，所述第一装卸口(5)设置于所述一级过滤层的上方的所述交换容器的侧壁，所述第二装卸口(8)设置于所述两级过滤层(6)之间的所述交换容器的侧壁。

4.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述两级过滤层(6)均为聚四氟、玻璃砂芯和陶瓷中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述第一排液口设置阀门(10)。

6.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述一级过滤层上方的所述交换容器的内壁设置至少一个挡板(15)。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述交换容器包括交换筒体及设置于所述交换筒体顶部的顶盖(3)，所述顶盖(3)上设置伸入所述交换容器内的pH监测装置(12)，所述第一进液口(2)设置于所述顶盖(3)。

8.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述搅拌装置包括电动机(1)及与所述电动机(1)的输出轴连接的搅拌桨(4)，所述电动机(1)设置于所述交换容器的顶部，所述搅拌桨(4)伸入所述交换容器的内部。

9.根据权利要求8所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述搅拌桨(4)为锚式桨、框式桨、涡轮式桨和推进式桨中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的基于固固反应的离子交换装置，其特征在于，所述离子交换介质(7)包括磺酸基团、羧酸基团、羟基基团、叔胺基团和季胺基团中的一种或多种。

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