小白必备：离子交换器计算书

为了使溶液在柱内沿径向均匀分布，使树脂都能接触到溶液，交换柱的顶部、中部和底部都安排了布液装置。顶部的布液器可采用喷头、喇叭斗、多孔管或带排水帽的多孔板等。交换柱在逆流操作时会从中间拍液管出液，为均匀排出贫再生液，中间排液管一般有多个出口孔且呈水平状态均匀分布于交换柱的中上部。下布液管常采用带排水帽的孔板。

3.2移动树脂床设备

在固定床的工作过程中，树脂床层不发生移动，只有液体流经床层。与此不同，移动床在交换过程中液体和树脂均发生移动。如前所述，固定床的优点是结构比较简单，易于操作，且易于设计放大。此外，树脂间没有很强的摩擦，有利于减少机械损失也是其一大优势。但固定床填装的树脂量大，使得投资较大;有的树脂在交换过程中，因难以与溶液充分接触，故而不能参与反应，树脂利用率较低;固定床也不能用于处理固体含量较高的料液。

移动床是指运行中树脂床层在不断移动的交换柱，即定期地排出一部分已失效的树脂同时补进等量再生好的新鲜树脂。被排出树脂的再生是在另一专用设备中进行的。因交换和再生过程分别在专用设备中同时进行，所以供水基本上是连续的。

在移动床系统中，交换剂的用量比固定床的用量要小很多。相同出液量时，移动床仅为固定床系统的1/2~1/3。这是因为交换剂在移动床中经常周转，再生次数也多，从而使得树脂利用率大为提高。设计固定床一般按每天再生1~2次来考虑。如再生次数过多，非生产的时间就占得长，对生产是不利的。移动床系统中的交换、再生和清洗设备都会有交换剂运行，相比固定床中的量要少许多。该装置的缺点是树脂的频繁迁移会增大树脂破碎的概率，阀门反复开关，设备结构也较复杂。

设计移动床系统时，为将交换器中失效的离子交换树脂排放出来，运行方式均采用进水快速上流型，并使部分树脂在交换段内循环，以适应含有固体颗粒的料液。

当溶液从树脂床的下部进入，向上流动时，因流速不同会有三种情况发生。流速很慢时，水流渗过树脂床层流出，此时，树脂床层较稳定;流速稍快，树脂床层立即发生扰动，以致形成如同反冲洗时的情况，树脂床层快速膨胀;若流速再加快，会发生浮动床中出现的，整个树脂床层全部被水流托起，顶至交换塔上部，层间各颗粒间基本保持紧密地相连的的状况。看起来好像只是树脂床层在上移。移动床中的交换过程就是按这种快速流方式进行。

移动床交换系统按其设备数量分三塔式、双塔式和单塔式;按运行方式可分多周期式和单周期式。

3.3流态化离子交换柱

如果借助流态化方法使树脂悬浮流动，不断更新。这样不但实现树脂和料液连续逆向运动的要求，还能使交换反应的效率大为提高，显著减少树脂的使用量，从而也节约了洗脱剂和洗涤用水。与移动床不同，一个流态化设备只能完成一个工序，即交换和洗脱分别在不同的交换柱中进行。因为固液两相流态化技术的日臻成熟，各流态化离子交换柱的设计、制作呈现出多样化发展，其中很多已经广泛应用于各种工业领域。

设备运行时，料液周期性地进入底部，再通过分流板向上流动，进而自上而下通过树脂床层进行交换。液流速度大到可使树脂流态化。水平隔板则用于减少液体和树脂的反混，提高交换效率。完成交换后的液流从上部溢流而出。

树脂的运动方向与液流相反，从顶部加入交换柱中。扩大段和柱体直径的比例应保证流体线速度在柱中可使树脂流态化，而在柱顶可让树脂和流体逆向流动。从而实现流体从顶部溢出，树脂在柱中自行下降。进液周期间隙，液流会停止上行，树脂则从塔板孔隙下降，自上而下穿过床层，参与交换。底板上安放的泡罩用于防止树脂被全部排尽。树脂排出柱后进入一个容器，而后送至再生柱。流态化离子交换柱的特点是结构简单、易于操纵、效率高。一般用于处理含少量固体悬浮物的料液，特别适用于从矿石堆浸液中交换金属。

3.4槽型离子交换设备

传统湿法冶金过程中，高品位和高价值的矿石均先经磨细而后再浸取，将含金属的溶液和浸取渣混在一起再行分离。目前，固液分离技术能耗大且耗时长。因此人们希望能直接从矿浆中回收金属离子。作为分离行业的主力军，离子树脂交换技术被寄希望用于在矿浆中直接分离金属离子，免去固液分离工序。工业上把这种在矿浆中进行的离子交换称为树脂在浆法。矿浆含固体高达20%~40%，流态化床虽有很大的优越性，但也仅能处理固体为悬浮态且含量不高的原料，不能适应矿浆这种固体含量十分高、黏度特别大、且容易沉降的原料。

要想适合矿浆中的离子交换，所用设备有两个必需条件：一是能使矿浆悬浮起来;二是树脂颗粒与矿浆分离简单。为此人们开发出了很多设备，这些设备有三大特点：一是采用通气或者机械搅拌的方式，使矿浆悬浮，从而让树脂和溶液充分接触;二是利用矿石微粒和树脂颗粒沉降速度的不同，从反应器的不同高度出口分别引出之;三是使用适当的筛网分离树脂和矿浆。因这类反应器的高径比较小，一般称为离子交换槽。

以上，即是四大类工业离子交换设备，各有优缺点，各有特性，分别适用于不同的工况中。相对来说，结构上都比较复杂，且加工成本较高、难度较大。但使用成本低、分离效率高、分离效果好，应用前景广阔，总体上能达到现代工业的要求，值得大力发展和创新。

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