第三章离子交换与吸附课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.5.1,概述,离子交换设备分类:,按其结构类型，可分为,罐式、塔式与槽式,三类;,按其操作方式分为,间歇式,，,周期式,与,连续式,;,按树脂与溶液的接触方式分为,固定床,、,流化床,与,移动床,三类。,对离子交换设备的基本要求是：,（1）树脂与溶液应接触良好;,（2）树脂在柱内停留时间要长，溶液在柱内停留时间在保证吸附率前提下应尽量短;,（3）树脂相与溶液相容易分离;,（4）尽量减少或避免树脂的磨损与破碎。,3.5 离子交换设备,诵刮终魏埃木少窝狄等婪枪容辑苍颤此沼厕绩努浦吨耽雕拓豹咽渣铱观柑第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.5.1 概述3.5 离子交换设备 诵刮终魏埃木,1,3.5.2 典型离子交换设备,3,.,5.2.1 固定床,固定床是工程上使用最为普遍的一类离子交换设备,优点,结构简单，操作方便，树脂磨损少,适应于澄清料液的交换,操作费用也低。,缺点,管线复杂，阀门多，不适合悬浮物较多的料液.,树脂利用率低,投资费用高。,钟赋识峦甫踊耍偿媒俺型闸妊扫淆仰元溶菌决抗奎刚误宇样龋晌浅钱悄硕第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.5.2 典型离子交换设备3.5.2.1 固定床钟,2,果控浪擞摘姓滁悉午伏遏惑连北镜饥漂凸钒律导紫俯口勒匡蜂擦市导姥峰第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,果控浪擞摘姓滁悉午伏遏惑连北镜饥漂凸钒律导紫俯口勒匡蜂擦市导,3,3.5.2.2 移动床,1)希金斯连续离子交换设备,详佐褂邑荤羊娱事蜕坞淹疡称青北佰春蜕刺框遂粕哟迈殃讫推越汁翌詹偏第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.5.2.2 移动床详佐褂邑荤羊娱事蜕坞淹疡称青北佰春,4,2)阿沙希连续离子交换设备,痛乌暗汉宾常掌最蔗迅趣鱼臼命日匝故踢溜役幕诊俭吭迭庸炯免鸡棺突饰第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,2)阿沙希连续离子交换设备痛乌暗汉宾常掌最蔗迅趣鱼臼命日匝故,5,3.5.2.2 流化床,1.塔式流化床,自衔叹莲写屠肠肯缠衍宿耳帧脚羌臃忍彦初绎砰廉漂呛淑捻陇辛李拟证难第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.5.2.2 流化床自衔叹莲写屠肠肯缠衍宿耳帧脚羌臃忍,6,2.槽式流化床,嘉誊高辣除出涪宽括宛惜献氏脊景已锅穴聋昌搅吞拄蹬零霍监透谁咒井削第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,2.槽式流化床嘉誊高辣除出涪宽括宛惜献氏脊景已锅穴聋昌搅吞拄,7,5.3 离子交换设备的计算,仅讨论固定床设备计算:,（1）计算参数,体流速,：（W）液相体积流量（m,3,/h）,线流速,：（u）液相单位时间移动距离（m/h、cm/s）,固液两相接触时间(),：又称空床接触时间(EBCT)，空间时间或液相停留时间。,=,V,R,床层中的树脂体积（m,3,）,W液相体积流量m,3,/h,粗驶方臼扮蒙娇砷绝羞狱钢纷拷拙纱蓬脚格府斤以肪阅拇救辑碑惊弛鸳菱第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,5.3 离子交换设备的计算 仅讨论固定床设备计算:粗驶方,8,空间速度,（SV）:,指单位时间，单位床容积所处理的料量，或者说单位时间处理的料液体积是床层容积的若干倍，故也称为设备负荷。,醇友锥畔锑激催框省须执忧洗爆呜负勘馏疗扛鼠梯玄扁潭主恨王劳烷溉铜第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,空间速度（SV）:醇友锥畔锑激催框省须执忧洗爆呜负勘馏疗扛鼠,9,(2)固定床离子交换设备的放大,A：按设备几何形状相似原则放大,保持小设备与大设备的SV值相等，即,两者有相同的接触时间,，在维持大设备与小设备有相同几何形状，相同高径比（HD）的条件下，进行放大计算.,B：按操作流速相等的原则放大,按此原则放大时，应使大设备与小设备有相同的床层高度H，只是放大床层直径。因为u与H有相同的数值，表明大、小设备具有,相同的接触时间,。,娄声感凉仍旦姆汝犊涝山版劣蔓售狈嫡疯京贸厢间妮勘淫若安冒馋绵蔽驱第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,(2)固定床离子交换设备的放大娄声感凉仍旦姆汝犊涝山版劣蔓售,10,3.6 树脂中毒及树脂选择,3.6.1 树脂中毒及处理,某些离子或分子不可逆地被树脂吸附，采用通常的方法不能将其解吸下来而逐渐地在树脂上积累，使树脂容量显著下降的现象称为,离子交换树脂中毒,。,化学中毒,物理中毒,孽怔拆哩业晰缀鸽痘冲爱果玻淌庆都尘港淌储囊彪涝堕蹄盆框置数婴叠氓第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6 树脂中毒及树脂选择 3.6.1 树脂中毒及,11,化学中毒,通常指的是树脂的交换基团被具有亲和力很强的离子牢固地占据，用简单的解吸方法不能解吸的现象。,物理中毒或机械中毒,是指某种物质吸附于树脂表面或沉积于树脂孔道中，从而阻碍离子交换的进行。实际情况可能两种原因兼而有之。有些毒物采用特殊洗脱技术可将其从树脂上除掉，称之为暂时性毒物，这种现象称为,暂时中毒,；相反，有些毒物除非破坏树脂，否则就不能除掉，称之为永久性毒物，这种现象称之为,永久性中毒,。,蔡亦池炽锭赶瓷叛银汪慌远撅咒譬有炳旺宋双软强释悍撩反贺梧栖挤擅锭第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,化学中毒通常指的是树脂的交换基团被具有亲和力很强,12,树脂中毒对生产所造成的影响，可大致归纳为：,（i）离子交换树脂性能恶化，操作容量下降；,（ii）设备周转紧张或产量下降；,（iii）产品质量下降；,（iv）操作和设备复杂化。,枫莲套忻观禾献企其徊脏顾甫咖端酶室爹悲篷彭州季育彩树雏堆漫愚疯戈第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,树脂中毒对生产所造成的影响，可大致归纳为：枫莲套忻观禾,13,3.6.1.1 硅与钙中毒,硅在酸性浸出液中可以低聚合体硅，胶体硅，悬浮体等形式存在。低聚合体硅是造成硅中毒的毒物。,解决硅中毒的措施有：,（i）尽量减少吸附液中的硅酸含量，包括从浸出液中添加铝盐除硅。,（ii）不同树脂对硅的吸附能力不一样，因此应选择尽可能吸附硅少的树脂。,（iii）采用连续逆流交换设备，以减少树脂与溶液相的接触时间。,（iv）用洗脱剂洗硅。,耽泻萝胰啡瑟藤钓肚颁现垛沮盲后孰缺慕内湃欠袜溅旭隐藐屯子耀燥殿督第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6.1.1 硅与钙中毒耽泻萝胰啡瑟藤钓肚颁现垛沮盲,14,3.6.1.2 铁矾中毒,矿石的硫酸浸出液中，存在一定数量的铁离子与钠、钾离子，在合适的条件下，它们有可能生成组成为AFe,3,(SO,4,),2,(OH),6,的铁矾，其中A表示K、Na等离子。在离子交换过程中，铁钒在树脂表面聚集、沉淀，最后形成相当牢固的包壳，将树脂包于其中。严重时树脂床中有严重结块现象，由于铁矾的包裹，使树脂丧失交换性能，称之为铁矾中毒。,勿糜愁空迂翟盐窘雄豆荔杯氟疗提昏踩晕坪韦趋园剿棠唾毖述泽厦井傀页第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6.1.2 铁矾中毒勿糜愁空迂翟盐窘雄豆荔杯氟疗提,15,3.6.1.3 连多硫酸盐中毒,连多硫酸盐属于化学通式为S,x,O,6,2-,的一族多硫代化合物，其中x26。,连多硫酸盐一般产生于含硫矿石的浸出过程。碱性浸出时生成碱金属硫化物，它可被迅速氧化成连多硫酸盐甚至硫酸盐。酸性浸出时有可能生成硫代硫酸盐，它在强氧化剂存在条件下可能转化成连多硫酸盐。,如苛性碱，硫化物，亚硫酸盐。它们都可作为连多硫酸盐的解吸剂。,济萌企陀噎饰罪湘抚湿疏窗膜舜咱守层尹纸序椅室谷遇欺跃界旁壕杂芬啥第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6.1.3 连多硫酸盐中毒 济萌企陀噎饰罪湘抚湿疏,16,用氢氧化物解吸时，发生下列反应：,连三硫酸盐对树脂的亲合力较小，所以可从树脂上洗下，进一步再用NaCl溶液洗脱，可将树脂上残留的连三硫酸盐与硫代硫酸盐解吸下来。,另一种解毒方法是用浓HNO,3,洗涤树脂，浓HNO,3,可使连多硫酸盐分解。,硝酸量不足时，则会折出硫,猫篮表析弘贡池冤店杉塘壕毒剔篮肆疑卑败隅摇痹拿拎快科涌怒蝎充船摹第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,用氢氧化物解吸时，发生下列反应：猫篮表析弘贡池冤店杉,17,3.6.1.4 有机物中毒,离子交换树脂吸附有机物现象，在中性和碱性介质中很普遍，酸性介质中次之。至于能否发生树脂中毒，则视有机物存在条件和在树脂上积累的速率而定。,浸出液中有机物来源于矿石本身所含有机物质如页岩、地沥青；或者各种生物，微生物残骸及其演变产物；或者来源于工艺用水，工艺漏油，木材碎屑等工艺过程带入的有机物。,呆歼盆逞泽菱尖享窑嘿一掠憎紧暖涉膜淋查弟腆芒宇熏蓟咬阴殿灵诬链卒第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6.1.4 有机物中毒呆歼盆逞泽菱尖享窑嘿一掠憎紧,18,减少有机物的吸附可采用如下措施:,（i）采用活性碳或多孔吸附树脂，预先吸附有机物的预处理措施。,（ii）选择凝胶树脂进行交换作业。,（iii）对于已经发生有机物中毒的树脂，可采用下列措施再生:,1)用1 mol/L 苛性钠溶液洗脱。,2)用2 mol/L NaCl1.5 mol/L NaOH溶液进行再生，或者对强碱I型树脂可采用60，30 NaOH70 NaCl再生，对强碱型，温度可适当低一些，如40。,3)用含NaOH的0.30.5mol/LNaClO溶液，PH11进行氧化解吸。,广饭喊惟咱誉鲜狮车聘蛔屹咱坊跋感藻媳芍爷拈斗碍炳瘁诺慑罗奄杰治城第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,减少有机物的吸附可采用如下措施:广饭喊惟咱誉鲜狮车聘蛔屹咱坊,19,3.6.2 树脂选用,1树脂种类的选择：原则上应根据体系性质及处理对象而定。,2对树脂选择性的选择：用于分离而言，一般阴树脂的选择性大于阳树脂，故以络阴离子存在的金属较易实现分离。,3对树脂耐温、抗氧化性及耐酸、碱能力的影响的选择：,一般阳树脂的耐温性能优于阴树脂，现有之阳离子交换树脂、弱碱性阴树脂的耐温性能比强碱性树脂高。,强碱性阴树脂耐温性能较差，而OH型树脂的耐温性又比盐型树脂差,。,琅肠饰裂饺鸵儡顷浅犊铸野含剑狗筏绥熊秉捷梗业傍勾罢辫借律镊嫌等猾第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.6.2 树脂选用 琅肠饰裂饺鸵儡顷浅犊铸野含剑狗筏,20,4对树脂物理性能的选择：,粒度,粒度小的树脂床层阻力大，因此对床层高度高的设计应选用粒度大的树脂，而对动力学性能较差的体系则应选用粒径小的树脂，此时势必要降低床层高度。,树脂密度,形状,供应形状规整的球形树脂，球形树脂在柱中的水力学特性好，床层阻力降较小，而且耐磨性能好。,机械强度,树脂填充在柱中长期使用，因此其机械强度如何也是决定工艺可行性的关键，交联度对机械性能有明显影响，交联度小的树脂溶胀大容易破损。现在生产的大孔径树脂的机械强度都比较高。,贯堰喧哇倚厨崔读迎斑啡跳慌传缝妙丸捉持咖腥禹搜捡问散儡造主旧眼力第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,4对树脂物理性能的选择：贯堰喧哇倚厨崔读迎斑啡跳慌传缝妙丸,21,3.7 非水溶剂中的离子交换,用选择性较强的有机萃取剂作解吸剂，则形成非水溶剂中的离子交换体系，这一方法已在工业上得到应用。反过来，也可用树脂作负载有机相的反萃剂，其实质是溶剂萃取与离子交换的联合过程。,肮仿署壕往殃孽归埠剧段廓巡桨氟钩纂腥贱拂防和檄花寿局横砸药奈锚挫第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.7 非水溶剂中的离子交换 用选择性较强的有,22,3.7.1 树脂在水中的溶胀,3.7.1.1 树脂的弹性体模型,将树脂颗粒视为一可伸缩的弹性容器，树脂中的交联剂则相当于一个弹簧，树脂表面相当于一张半透膜。,梯厢愁卢呈祁给间院觅沁占栈贫菱括柑萎截嘴蹈妙川槛想嵌纫弗绦雾憾逝第三章离子交换与吸附2第三章离子交换与吸附2,3.7.1 树脂在水中的溶胀梯厢愁卢呈祁给间院觅沁占栈,23,当树脂浸入水中后，水通过树脂颗粒表面“半透膜”进入树脂相内部，树脂相内部充入水后，创造了反离子电离条件，如，电离出的反离子虽可自由运动，