Апаратура іонообмінного методу

Іонообмінне вилучення речовин здійснюють трьома способами:

- статичним,

- динамічним,

- хроматографічним.

Статичний метод полягає у змішуванні і подальшому розділенні іоніту та розчину, що обробляється. В цьому випадку як основну апаратуру використовують реактори-змішувачі з електромішалками. Після закінчення сорбції суспензію вивантажують на фільтр. Смолу, промиту водою, спрямовують на десорбцію. Метод використовують головним чином у дослідницьких цілях. У виробництві цей метод майже не використовують, оскільки в статичних умовах встановлюється рівновага в іонообміні між сорбентом і речовиною, що вилучається, тому повне або практично повне вилучення речовини є неможливим за винятком випадків, коли рівновага сильно зсунута вправо або смоли взято у великому надлишку. Крім того, застосуванню методу заважає проблема механічного витирання і руйнування з часом частинок іонообмінної смоли.

Динамічні умови іонного обміну досягають при безперервному перепусканні розчину в одному напрямку крізь нерухомий шар сорбенту. У міру проходження цього шару розчин втрачає цільову речовину і виносить іони сорбенту. Останні, збідніли порції розчину зустрічають свіжий, ненасичений речовиною сорбент і віддають залишки речовини. Відтак відбувається зсув рівноваги в потрібний бік і практично повне вилучення речовини з розчину. Цей спосіб проведення процесу є основним в промисловості.

Основним типом апарата для динамічного іонного обміну є іонітовий фільтр, який є вертикальною циліндричною колоною, яка заповнена іонітом, крізь шар якого протікає рідина, що обробляється, або промивна вода чи елюент. Оскільки висота шару іоніту значно більше від діаметра циліндра (відношення висоти до діаметра 1:(3... 10), то такі фільтри називають іонообмінними колонами. Використовують два типи іонообмінних колон: закриті (напірні) і відкриті (безнапірні).

На рис. 10.2 зображена колона закритого типу.

Рис. 10.2. Іонітовий фільтр закритого типу.

1- нижній патрубок для виходу рідини; 2 - днище; 3 - диск нижнього розподільчого

пристрою; 4 — шар іоніту; 5-корпус; 6 -опірна лапа; 7-верхній розподільчий пристрій;

8 - кришка; 9 - штуцер для повітряника; 10 - верхній патрубок для введення рідини;

11 -вініпластові ковпачки.

Між корпусом (5) та сферичним днищем (2) фільтра розташований вініпластовий І диск (3) з отворами, у які загвинчують вініпластові ковпачки (П). Ковпачками є конічні насадки з вертикальними щілиноподібними отворами завширшки 0,2...0,3 мм. За їх допомогою дренується рідина, яка проходить крізь шар іоніту. Верхній розподільчий пристрій (7) є хрестовиною, що складається з вініпластових трубок-променів з отворами. Ця хрестовина забезпечує рівномірність надходження рідини у колону. Колона розрахована на тиск до 0,ЗМПа.

Колона працює так. Крізь шар іоніту безперервно з певною швидкістю перепускається нативний розчин. Відбувається поступове насичення смоли, яке триває години і навіть десятки годин. Відпрацьований нативний розчин зливають у каналізацію. У міру насичення іоніту ступінь вилучення речовин з нативного розчину зменшується. Починаючи з певного моменту концентрація речовини на виході стає вище допустимої норми і тоді розчин спрямовують для додаткової сорбції в другу колону. Коли і ця колона припиняє забезпечувати потрібну повноту вилучення, під'єднують третю колону і т.д.

У такий спосіб сорбцію здійснюють групою (батареєю) послідовно з'єднаних колон. Після достатньо повного насичення іоніту в першому фільтрі його виключають зі схеми. Другий фільтр стає головним, а в кінець батареї під'єднують свіжий, регенерований фільтр. Отже, кількість колон в схемі є завжди сталою. На вилучениму зі схеми першому фільтрі проводять необхідні технологічні операції: витискання нативного розчину, знезараження смоли формаліном, елюювання, а потім регенераціяю іоніту.

Батарейний принцип роботи зумовив поширення фільтрів закритого типу. В цих апаратах завдяки їх герметичності зберігається напір, який створює насос, що подає нативний розчин. Отже, не потрібно встановлювати додаткові насоси або розташовувати колони на різній висоті (каскадом). Рух розчинів відбувається зверху донизу, подачу рідини в протилежному напряму здійснюють лише під час відмивання смоли від забруднень. Але закриті фільтри мають і недоліки:

- шар іоніту фактично є нерухомий, стиснутий, що приводить до злипання смоли, утворення ділянок, які погано омиваються розчином і, навпаки, ділянок, крізь які розчин проходить, не затримуючись;

- у застійних ділянках шару іоніту виникає небезпека ураження фільтрів мікрофлорою, яка забруднює смолу та елюати.

Цих недоліків не мають фільтри відкритого типу (рис. 10.3), в які нативні розчини надходять знизу зі швидкістю, при якій зерна іоніту підтримуються у завислому стані. При цьому кожне зерно омивається розчином з усіх боків й іоніт використовується ефективніше. Попри втрати тиску і необхідність встановлювати додаткові насоси, ці фільтри набувають все більшого поширення.

Конструкція нижнього розподільчого пристрою (2) відрізняється лише тим, що ковпачки зверху прикриває шар подрібненого скла (3), який запобігає засміченню ковпачків частинками смоли і механічним пошкодженням. Верхній розподільчий пристрій (7) використовують під час промивання смоли, це звичайний перфорований диспергатор типу душового ріжка. Верхня, розширена частина колони (5) призначена для осадження під дією сили ваги завислих у рідині, що виходять, дрібних частинок смоли, тобто виконує функцію відстійника. Осадженню частинок сприяє зменшення швидкості потоку при його розширенні під час руху через конічну частину осаджувача і зміна його напрямку у разі переливання рідини через борт осаджувача у кільцевий карман (6). Частинки, що осіли в кармані, повертаються в колонку через переливний патрубок.

Оброблення розчинів іонітами є безперервним за розчином і періодичним за іонітом. Сьогодні розробляються установки, які безперервні і за іонітом, рух якого організовують за принципом протитоку або перехресних потоків. На рис. 10.6 зображена схема безперервно діючого стрічкового апарата з перехресними потоками [3].

Іоніт міститься в ковшах 11 стрічкового апарата, який є фільтр з безперервним ланцюгом 8, який повільно рухається. Фільтр складається з окремих секцій-ступенів. Ковші споряджені знизу і зверху перфорованими пластинами, які слугують днищем і кришкою і, таким чином, смола перебуває в безперервному русі без вивантаження протягом 1,5...2 років.

Кожний фільтрувальний ступінь складається з розбризгувача 6, фільтра-ковша 11, приймальної лійки 10 та насоса 20.

Під час пересування смола змочується розчином, і при цьому відбувається сорбція. Кожна лійка живить відповідний насос, який, у свою чергу, живить відповідний розпилювач. Кожний ступінь апарата має дренажну зону для деякого стікання рідини.

Вихідний розчин спрямовують на останній ступінь сорбції і він проходить в протитоковому щодо смоли напряму при перехресному зрошуванні її потоком рідини у фільтрувальних ступенях. Звільнена від речовини, що сорбується, рідина виходить з апарата через його перший ступінь. Подальші ступені слугують для десорбції. На цьому ж апараті відбувається регенерація іоніту та промивання його водою.

Поиск по сайту: