Ионообменные процессы

581

зия), а также перемещение тех же ионов внутри зерен ионита (внутренняя диффузия).

Однако иногда гетерогенная химическая реакция двойного обмена, протекающая на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, является наиболее медленной стадией ионообменного процесса, лимитирующей скорость процесса в целом.

В настоящее время процессы ионообменной сорбции находят все более , широкое применение в промышленности. В частности, путем ионного обмена производятся умягчение и обессоливание воды, очистка различных растворов, улавливание и концентрирование ценных металлов из разбав- ленных растворов, разделение смесей веществ и т. д. В ряде случаев

ионный обмен может успешно кон- курировать по технико-экономиче- ским показателям с процессами рек- тификации, экстракции и др. Этому способствует простота аппаратурного оформления процессов ионного об- мена.

Устройство ионообменников и схе- мы ионообменных установок. В про- изводственной практике широко рас- пространены ионообменные установ- ки периодического дей- ствия с неподвижным слоем иони- та (рис. Х1У-12). Ионообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 и опорной решетки 2, на которой расположен слой гранули- рованного ионита 3. Для более рав- номерного распределения раствора по площади поперечного сечения аппарата и предотвращения уноса мелких частиц ионита имеются рас- пределительные устройства 4 и 5 в виде труб, снабженных колпачками или щелями для прохода раствора.

Иногда в качестве распределитель- ного устройства используют подушку (высотой не более 200 мм) из инерт- ного зернистого материала, например гравия, насыпаемого на решетку 2.

Полный цикл работы аппарата складывается из следующих стадий:’

1. собственно ионообмена; 2) отмывки ионита от механических примесей;

3. регенерации ионита; 4) отмывки ионита от регенерирующего раствора.

На первой стадии обрабатываемый раствор поступает через распреде­лительное устройство 4, проходит сквозь слой ионита сверху вниз и уда­ляется через распределительное устройство 5. На второй стадии через устройство 5 подается под давлением промывная вода, которая проходит сквозь слой ионита снизу вверх и удаляется через распределительное устройство 4. Для регенерации отработанного ионита через распредели­тельное устройство 6 (насосом 7 из бака 8) в аппарат поступает регенери­рующий раствор, который движется, таким образом, сквозь слой ионита в том же направлении, что и обрабатываемый раствор на первой стадии процесса.

В качестве регенерирующих растворов при очистке воды используют растворы солей (например, хлористого натрия), а также растворы различ­ных кислот и щелочей (серной кислоты, едкого натра и др.), причем в неко­торых ионообменных аппаратах исходный и регенерирующий растворы

п ^-^1г

Л

Рис, ХІУ-12. Схема ионообменной уста­новки периодического действия:

I — корпус аппарата; 2 — опорная решетка; 3 — слой ионита; 4—6 — распределители; 7 — центробежный насос; 8 —: бак с регене­рирующим раствором; 9 — труба для выхода отработанного раствора после ионообмена; 10, 11 — труба для подачн и вывода промыв­ной воды после ионообмена; 12 — труба для подачи исходного раствора при ионообмене а промывной воды после регенерации; 13 труба для вывода регенерирующего раствора и промывной воды после регенерации.

Г л. XIV. Адсорбция

движутся в противоположных направлениях. При этом степень очистки повышается, так как обрабатываемый раствор, приближаясь к выходу из слоя ионита, взаимодействует с лучше отрегенерированной частью этого слоя.

По окончании стадии регенерации производят тщательную отмывку ионита от регенерирующего раствора водой, которая проходит сквозь слой в направлении сверху вниз. После этой завершающей стадии цикл работы аппарата начинается снова.

Работа ионообменных установок в ряде случаев может быть интенси- фицирована при использовании движущегося или кипящего слоя ионита,

способствующего повышению скорости

7. в сорбции и лучшему использованию ем-

^==бЬ=з-^— кости ионита.

. Ионообменные колонны периодическо- го действия с неподвижным и взвешен- ным слоем могут применяться (как и обычные адсорберы) в виде батареи колонн в ионообменных установках непрерыв- ного действия.

Ионообменные колонны непрерывного действия могут работать с движущимся и кипящим слоем ионита. Для проведе- ния непрерывных процессов ионообмена в кипящем слое возможно использование ступенчатопротивоточных аппаратов ссит- чатыми тарелками и переливными устрой- ствами по типу адсорбера, показанного на рис. ХУ1-9. В этом аппарате жидкость протекает снизу вверх со скоростью, боль- шей скорости начала псевдоожижения частиц ионита. На каждой тарелке ионит находится во взвешенном состоянии, че- рез переливные патрубки он «перетекает» на нижерасположенные тарелки и с ниж- ней тарелки непрерывно отводится на ре- генерацию.

При проведении непрерывного процесса становится возможным отдель­ные его стадии (ионообмен, регенерацию и отмывку ионита) осуществлять в отдельных аппаратах.

В промышленной практике непрерывную ионообменную сорбцию из пульп в кипящем слое ионита проводят с помощью нескольких последо­вательно соединенных полых колонн с пневматическим пере­мешиванием (рис Х1У-13). В каждой колонне осуществляется интенсивная циркуляция пульпы посредством сжатого воздуха, подавае­мого в центральную трубу 1, которая работает по принципу эрлифта (см. стр. 150). Эрлифтное устройство 2 прилагается также для транспорти­рования ионита от ступени к ступени. Унос мелких зерен ионита с пуль­пой предотвращается с помощью сетки 3. Хотя каждый из аппаратов работает в режиме, близком к идеальному смешению, при достаточном числе последовательных ступеней (колонн) в установке достигается высо­кая степень насыщения ионита. Установки такого типа отличаются про­стотой устройства.

Ионообменные аппараты при работе установок с химически активными средами снабжают внутренними антикоррозионными покрытиями (гумми­рование, различные полимерные материалы, перхлорвиниловые лаки и др.).

Рис. ХІУ-13. Ионообменная колон- на с пневматическим перемешива­нием:

I — центральная эрлифтнаи труба для перемешивания; 2— эрлифт для транс­портирования ионита; 3 — сетка; 4 — труба для подачи исходной пульпы; 5 — штуцер для отвода пульпы; 6, 7 — трубы для подачи и отвода иони­та; 8 — труба для подачи сжатого воздуха.