一种离子交换柱的在线清洗装置和在线清洗方法

技术领域

本发明涉及离子交换柱应用技术领域，特别是涉及一种离子交换柱的在线清洗装置和在线清洗方法。

背景技术

硅溶胶制备通常以硅酸钠为原料，经溶解、稀释后利用离子交换技术去除钠离子，得到硅酸及其多聚体，再通过水热合成法进行颗粒稳定化。在离子交换过程中，由于pH变化导致硅酸不稳定，形成凝胶体并包覆在离子交换树脂颗粒表面，影响交换效果，因此一般交换后需要立即对树脂进行水洗。这些凝胶颗粒十分细小，如果水洗不够充分、彻底，将在下次交换过程中，混入硅酸中，影响硅溶胶的品质。

为解决上述问题，不少厂家在设计离子交换柱时增设了搅拌装置，以便通过水洗的方式将产生的凝胶体与交换树脂颗粒分离并去除。此设计虽然能改善胶凝问题的影响，但设备不好封闭，属于敞开式柱体。该敞开式柱体会带来再生酸气溢出，污染工作环境，并易使空气中杂质进入柱体，污染物料。而且搅拌装置本身的维修很不便，油污等易污染物料，维修工作量大，而且树脂洗涤、转移也很不便。若使用离心泵抽取，易磨碎树脂颗粒，同样存在不能满足生产需求的问题。

由此可见，上述现有的离子交换柱的树脂颗粒的清洗仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的离子交换柱的在线清洗装置和在线清洗方法，使其简单方便的满足树脂转移、树脂清洗、树脂颗粒的除胶的要求，达到避免树脂颗粒破碎，除胶容易，清洗彻底的技术效果，成为当前业界急需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种离子交换柱的在线清洗装置，使其简单方便的满足树脂转移、树脂颗粒清洗、树脂颗粒除胶的要求，达到避免树脂颗粒破碎，除胶容易，清洗彻底的技术效果，从而克服现有的离子交换柱中树脂颗粒清洗存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种离子交换柱的在线清洗装置，所述离子交换柱的上部和下部分别设有介质入口和介质出口，所述离子交换柱的内部下侧设有花板，所述花板上方用于填充树脂，还包括负压提料罐和与其连接的真空负压泵及空气压缩设备，所述离子交换柱的上部设有贯穿所述离子交换柱内外侧的提料管，所述提料管的内侧端伸向所述花板的上部附近，所述提料管的外侧端通过导管与所述负压提料罐下部连通，所述负压提料罐的上部与所述真空负压泵连通，用于形成所述负压提料罐内部的负压，便于真空引流所述离子交换柱中的树脂，所述负压提料罐的上部还与所述空气压缩设备连通，用于形成所述负压提料罐内部的正压，便于将其内部的树脂重新压入所述离子交换柱中，达到对所述离子交换柱中树脂颗粒的搅拌，所述离子交换柱的介质入口和介质出口用于实现对所述离子交换柱中搅拌树脂颗粒的在线冲洗。

进一步改进，所述负压提料罐采用由玻璃钢制成的罐体，且所述罐体外侧设有与其固定连接的加强圈，所述离子交换柱的上部设有呼吸通管口。

进一步改进，所述负压提料罐的上部还设有冲洗入水口、压力表和观察窗，所述负压提料罐的内部上下侧分别设有上部液位计和下部液位计。

进一步改进，还包括旋液分离器，所述旋液分离器的切线入口与所述负压提料罐下部的导管连通，所述旋液分离器的下部出口与所述离子交换柱上部连通，所述旋液分离器的上部溢流口用于排出树脂颗粒中的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒，与所述旋液分离器的切线入口、下部出口和上部溢流口连接的管道上均设有调节阀。

进一步改进，所述负压提料罐下部的导管上还连接有树脂转出管，所述树脂转出管和所述导管靠近所述提料管侧均设有调节阀。

进一步改进，所述调节阀采用电磁阀或手动调节阀。

进一步改进，所述真空负压泵采用由一台或两台水环式真空泵组成的真空负压泵站组成。

作为本发明的又一改进，本发明还提供一种离子交换柱的在线清洗方法，所述方法采用上述的离子交换柱的在线清洗装置实现，包括三种清洗模式：

第一种为提料破胶模式：所述负压提料罐在所述真空负压泵的作用下使其内部形成负压，以真空引流负压提料方式将所述离子交换柱内部的树脂吸至所述负压提料罐中；然后在所述空气压缩设备的作用下，所述负压提料罐内部形成正压，将其内部的树脂重新吐至所述离子交换柱中，形成对所述离子交换柱中树脂颗粒的搅拌，以吸吐完成一个周期为一次，达到设定次数后，通过所述离子交换柱的介质入口和介质出口完成自动冲洗；

第二种为提料旋流除胶模式：所述负压提料罐在所述真空负压泵的作用下使其内部形成负压，以真空引流负压提料方式将所述离子交换柱内部的树脂吸至所述负压提料罐中；然后在所述空气压缩设备的作用下，所述负压提料罐内部形成正压，将其内部的树脂通过所述旋液分离器重新吐至所述离子交换柱中，既形成对所述离子交换柱中树脂颗粒的搅拌，又实现对树脂颗粒表面的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒的去除，以吸吐完成一个周期为一次，达到设定次数后，通过所述离子交换柱的介质入口和介质出口完成自动冲洗；

第三种为树脂转出模式：所述负压提料罐在所述真空负压泵的作用下使其内部形成负压，以真空引流负压提料方式将所述离子交换柱内部的树脂吸至所述负压提料罐中；然后在所述空气压缩设备的作用下，所述负压提料罐内部形成正压，将其内部的树脂通过所述树脂转出管转出，形成对所述离子交换柱中树脂的转出，直至所述离子交换柱中的树脂全部转出。

作为本发明的另一改进，本发明还提供一种离子交换柱的在线清洗方法，所述方法采用真空引流负压提料法对所述离子交换柱中的树脂进行吸吐，形成对所述离子交换柱中树脂颗粒的搅拌，然后对搅拌中的树脂颗粒实现在线冲洗。

进一步改进，树脂在回吐至所述离子交换柱的过程中还通过旋液分离器实现对树脂颗粒中微细凝胶离子和破碎树脂颗粒的分离。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1.本发明离子交换柱的在线清洗装置通过负压提料罐的设置，利用真空负压泵和空气压缩设备，形成负压提料罐的负压和正压状态，则通过真空引流负压提料法实现对离子交换柱中树脂的吸、吐动作，简单方便的实现交换柱中树脂颗粒的搅拌，又能尽可能的避免树脂颗粒的破碎，为树脂颗粒的在线冲洗提供有利条件，克服了现有交换柱中设置搅拌设备导致维修工作量大、不易维修、维修易带来污染的问题，该在线清洗装置清洗效果优，且属于封闭式离子交换柱，能防止污染及被污染的发生。

2.还通过设置旋液分离器，能在树脂吸吐过程中实现对树脂颗粒表面的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒的去除，达到对树脂的除胶优化，进一步提升在线清洗效果。

3.还通过树脂转出管的设置，能利用真空负压提料法实现对树脂的无损转移，简单方便，安全可靠。

4.还通过呼吸通管口的设置，使离子交换柱的内部压力不随负压提料罐的内部正、负压力而变化，保持离子交换柱的内外压力一致性，确保了离子交换柱的使用安全性。

5.该在线清洗方法利用真空引流负压提料法对离子交换柱中的树脂进行吸吐，形成对离子交换柱中树脂的搅拌，还在树脂回吐至离子交换柱的过程中通过旋液分离器实现对树脂中微细凝胶离子和破碎树脂颗粒的分离，清洗效果显著，自动化程度高，极大的节约了人工投入及生产操作难度，安全性高，节水效果明显。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明离子交换柱的在线清洗装置的结构示意图。

图2是本发明离子交换柱的在线清洗装置中负压提料罐的结构示意图。

图3是本发明离子交换柱的在线清洗装置中旋液分离器的结构示意图。

图中，1.离子交换柱；10.支承结构；11.提料管；12.花板；13.介质入口；14.介质出口；15.水帽；16.侧人孔及视镜；17.呼吸通管口；2.负压提料罐；21.加强圈；22.观察窗；23.压力表；24.上部液位计；25.下部液位计；26.自来水冲洗入口；3.真空负压泵站；4.空气压缩设备；5.旋液分离器；51.切线入口；52.下部出口；53.上部溢流口；6.导管；7.树脂转出管；8.导管。

具体实施方式

参照附图1所示，本实施例离子交换柱的在线清洗装置，包括离子交换柱1，所述离子交换柱1的上部和下部分别设有介质入口13和介质出口14。所述离子交换柱1的内部下侧设有花板12，所述花板上设有水帽15，所述花板上方用于填充树脂。

本实施例中还包括负压提料罐2和与其连接的真空负压泵3及空气压缩设备4。所述离子交换柱1的上部设有贯穿所述离子交换柱1内外侧的提料管11，所述提料管11的内侧端伸向所述花板12的上部附近，所述提料管11的外侧端通过导管6与所述负压提料罐2下部连通。所述负压提料罐2的上部设有与所述真空负压泵3连通的第一通孔，用于形成所述负压提料罐2内部的负压，便于真空引流所述离子交换柱1中的树脂，所述负压提料罐2的上部还设有与所述空气压缩设备4连通的第二通孔，用于形成所述负压提料罐2内部的正压，便于将其内部的树脂重新压入所述离子交换柱1中，达到对所述离子交换柱1中树脂颗粒的搅拌。当然，所述第一通孔和第二通孔也可以通过三通管与阀门的启闭配合实现所述负压提料罐2与真空负压泵3或空气压缩设备4的连通。所述离子交换柱1的介质入口13和介质出口14用于实现对所述离子交换柱1中搅拌树脂颗粒的在线冲洗。

具体的，本实施例中所述离子交换柱1采用封闭式玻璃钢交换柱，上下部分别设有带人孔封头，其侧壁上部设有侧人孔及视镜16，并通过支撑结构10实现对离子交换柱1的支撑。所述花板12上以正三角形排列安装水帽15，水帽的规格为一英寸。所述花板12由上下法兰圈固定在所述交换柱内壁上。交换柱的中间直筒尺寸为直径1600mm，高2000mm。所述提料管11采用DN80-DN100的PVC管，其内侧端位于水帽15上方100mm处，其外侧端通过法兰与导管6固定连接。

并且，所述离子交换柱1的上部还设有呼吸通管口17，用于保持离子交换柱1的内外压力一致性，使该离子交换柱1的内部压力不随负压提料罐2内部的正、负压力而变化，这样保证了离子交换柱1的使用安全。

参照附图2所示，本实施例中所述负压提料罐2采用由玻璃钢制成的罐体，容积约0.176m

所述负压提料罐2的上部还设有冲洗入水口26、压力表23和观察窗22，所述负压提料罐2的内部上下侧分别设有上部液位计24和下部液位计25，用于控制树脂的提料量和提料次数。

本实施例中所述真空负压泵3采用由一台或两台水环式真空泵组成的真空负压泵站组成，包括真空罐，用于作为真空存储设备。真空负压泵站，如HJZF系列真空泵站，对于频繁使用真空源而所需抽气量不太大的场合下使用，能大大节约能源，提高真空泵使用寿命。该真空负压泵的工艺要求为：真空度为0～-0.09Mpa，真空罐容积为0.5m

本实施例中所述真空负压泵站提供的负压为-0.09Mpa，此负压所能支撑的理论水柱为9m，故负压提料罐2的安装高度必有极限。实际安装时，以交换柱下花板12平面为零点H

进一步改进，参照附图3所示，本实施例离子交换柱的在线清洗装置还包括旋液分离器5，所述旋液分离器5的切线入口51通过导管8与所述负压提料罐2下部的导管6连通，所述旋液分离器5的下部出口52与所述离子交换柱1上部连通，所述旋液分离器5的上部溢流口53用于排出树脂中的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒，与所述旋液分离器5的切线入口51、下部出口52和上部溢流口53连接的管道上均设有调节阀，用于控制旋液分离器5的通断。

具体的，本实施例中旋液分离器5结构同现有旋液分离器结构，上部为圆筒部分，下部为锥体部分，料液由圆筒部分的切线入口51以切线方向进入，料液作旋转运动而产生离心力，下行至下部的锥体部分更加剧烈旋转。这样料液中的微细凝胶粒子或密度较大的液体受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下流至下部出口52，进入离子交换柱1中；而澄清的液体或液体中携带的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒则上升，由中心的上部溢流口53溢出，完成对树脂颗粒表面微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒的去除。该旋液分离器构造简单，体积小，生产效率高，分离的凝胶颗粒范围较广，如直径为150mm的旋液分离器在工作压力为0.2MPa时，处理量为10-15m

还有，本实施例中所述负压提料罐2下部的导管6上还连接有树脂转出管7，所述树脂转出管7和所述导管6靠近所述提料管11侧均设有调节阀，以实现对树脂转出或转移的分流控制。

本实施例中所述调节阀均可以采用电磁阀，提升自动化控制。当然，所述调节阀也可以采用手动调节阀，以实现手动控制。

由于所述离子交换柱1中会接触酸碱介质，故该装置中的罐体、管道、手动阀、电磁阀、液位计均要采用耐腐蚀材料，如玻璃钢及PVC管材。其中，旋液分离器由于难加工，易磨损，故采用316L不锈钢板材加工制成。

采用上述的离子交换柱的在线清洗装置实现离子交换柱的在线清洗，该在线清洗方法包括三种清洗模式：

第一种为提料破胶模式：

第二种为提料旋流除胶模式：离子交换柱→负压提料罐→旋液分离器→离子交换柱，即所述负压提料罐2在所述真空负压泵3的作用下使其内部形成负压，以真空引流负压提料方式将所述离子交换柱1内部的树脂吸至所述负压提料罐2中；然后在所述空气压缩设备4的作用下，所述负压提料罐2内部形成正压，将其内部的树脂通过所述旋液分离器5重新吐至所述离子交换柱1中，既形成对所述离子交换柱1中树脂颗粒的搅拌，又实现对树脂颗粒表面微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒的去除，以吸吐完成一个周期为一次，由上部液位计24和下部液位计25控制周期时间，达到设定次数后，通过所述离子交换柱1的介质入口13和介质出口14完成自动冲洗。

第三种为树脂转出模式：离子交换柱→负压提料罐→目标罐，所述负压提料罐2在所述真空负压泵3的作用下使其内部形成负压，以真空引流负压提料方式将所述离子交换柱1内部的树脂吸至所述负压提料罐1中；然后在所述空气压缩设备4的作用下，所述负压提料罐2内部形成正压，将其内部的树脂通过所述树脂转出管7转出，形成对所述离子交换柱1中树脂的转出，直至所述离子交换柱1中的树脂全部转出。

该离子交换柱的在线清洗方法可根据不同需求，切换不同的清洗模式，达到不同的清洗目的，整体装置简单方便，方法安全可靠，清洗效果优良。

本发明离子交换柱的在线清洗方法利用真空引流负压提料法能实现对离子交换柱中树脂的吸、吐动作，简单方便的实现交换柱中树脂颗粒的搅拌，为树脂颗粒的在线冲洗提供有利条件，且保证交换柱的使用安全。还通过吸吐过程中旋液分离器的设置，能实现对树脂颗粒表面的微细凝胶粒子和破碎树脂颗粒的去除，达到对树脂颗粒的除胶优化，进一步提升在线清洗效果，克服了现有交换柱中设置搅拌设备导致树脂颗粒破碎、维修工作量大、维修不易、维修易带来污染的问题。该在线清洗方法清洗效果优，自动化程度高，极大的节约了人工投入及生产操作难度，且封闭式离子交换柱能防止污染及被污染的发生。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。