一种离子交换自动化控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及生物医药或食品技术领域，尤其涉及一种离子交换自动化控制装置。


背景技术：

2.现有离子交换工艺涉及水洗、酸洗、碱洗、上柱吸附、解析、馏分收集等多道步骤，每道步骤都需要通过人工手动打开相应的阀门并调节阀门开度控制流量和压力；不仅清洗、上柱吸附和解析的流量和压力也不同，而且碱洗、水洗进料方式有从上到下和从下到上两种。需要操作人员按照工序步骤，频繁人工开启、关闭和调节阀门；尤其是在上柱吸附过程的时候，上柱的体积需要人工观察记录储罐的容积，如果储罐与离子交换柱之间距离比较远，人员需要来回确认；不仅工作量大，而且工作效率不高；尤其夜间作业时候更容易出错，增加操作失误的风险。更为重要的是一旦开错阀门，可能导致原料及产品损失，不仅使得工序收率下降而且环保处理成本也会加大。
3.因此，需要提供一种离子交换自动化控制装置，通过仪表及阀门的控制，实现离子交换单元自动连续分离操作。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种离子交换自动化控制装置，通过管路及阀门的布置，实现离子交换柱的自动连续的再生和上柱吸附馏分收集循环。
5.为解决以上技术问题，本实用新型采用下述技术方案：
6.一种离子交换自动化控制装置，包括离子交换柱、稀盐酸管道、稀硫酸管道、稀液碱管道、纯化水管道、提取液管道、反顶液管道、解析液管道、排污管道和高氨氮排污管道，所述离子交换柱的顶端设有酸类进料管道、常规进料管道和反顶液出料管道，所述离子交换柱的底端设有底部开口，所述稀盐酸管道和稀硫酸管道分别与酸类进料管道连通连接，所述纯化水管道和提取液管道分别与常规进料管道连通连接，所述稀液碱管道、解析液管道、排污管道和高氨氮排污管道分别与底部开口连通连接，所述反顶液管道与反顶液出料管道连通连接。
7.优选地，所述稀盐酸管道上设有稀盐酸流量计和稀盐酸进料开关阀，所述稀硫酸管道上设有稀硫酸流量计和稀硫酸进料开关阀，所述稀盐酸管道和稀硫酸管道与常规进料管道连接的管道上设有常规进料调节阀；所述纯化水管道上设有纯化水流量计和纯化水进料开关阀，所述提取液管道上设有提取液流量计和提取液进料开关阀，所述纯化水管道和提取液管道与酸类进料管道连接的管道上设有酸类进料调节阀。
8.优选地，所述常规进料管道上设有离子交换柱常规进料开关阀，所述酸类进料管道上设有离子交换柱酸类进料开关阀。
9.优选地，所述稀液碱管道上设有稀液碱流量计和稀液碱进料开关阀，所述稀液碱管道通过常规进料调节阀与底部开口连通连接，所述常规进料调节阀与底部开口之间的管
道上设有反顶液进料开关阀，所述反顶液出料管道上设有离子交换柱放空开关阀和反顶液出料开关阀。
10.优选地，所述解析液管道上设有解析液开关阀和在线分析仪，所述排污管道上并联设有排污开关阀和排污旁通开关阀，所述排污旁通开关阀上设有ph变送器，所述高氨氮排污管道上设有高氨氮排污开关阀。
11.优选地，所述离子交换柱的侧壁上设有离子交换柱压力变送器和离子交换柱液位计。
12.优选地，所述控制装置还包括分别与解析液管道连通连接的第一馏分罐、第二馏分罐和第三馏分罐，所述第一馏分罐上设有第一馏分罐解析液进料开关阀，所述第二馏分罐上设有第二馏分罐解析液进料开关阀，所述第三馏分罐上设有第三馏分罐解析液进料开关阀。
13.根据上述的一种离子交换自动化控制装置的控制方法，该控制方法包括离子交换柱的再生过程和离子交换柱的上柱吸附和馏分收集过程，所述离子交换柱的再生过程包括以下步骤：
14.第一步，第一水洗：自动开启纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀、排污开关阀，并调节常规进料调节阀开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计的液位；纯化水流量计达到设定体积量后，自动关闭纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀、排污开关阀、常规进料调节阀。第一水洗的作用是清洗管路和离子交换柱中树脂表面和孔隙内的杂质。
15.第二步，酸洗：自动开启稀盐酸进料开关阀、离子交换柱酸类进料开关阀、排污开关阀、并调节酸类进料调节阀开度，调节到设定的流量酸洗，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计的液位；稀盐酸流量计达到设定体积量以后，自动关闭盐酸进料开关阀、离子交换柱酸类进料开关阀、排污开关阀、酸类进料调节阀。酸洗的作用是将树脂转型为cl
‑
型，除去酸溶性杂质。
16.第三步，第二水洗：自动开启纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀、排污开关阀，并调节常规进料调节阀开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计的液位；纯化水流量计达到设定体积量后，开启排污旁通开关阀，关闭排污开关阀，ph变送器在线显示水洗的ph，待ph达到设定的值，关闭纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀、排污旁通开关阀、常规进料调节阀。第二水洗的作用是清洗管路和离子交换柱中树脂表面和孔隙内的杂质，保持体系ph中性。
17.第四步，反向碱洗：自动开启稀液碱进料开关阀、反顶液进料开关阀、反顶液出料开关阀、并调节常规进料调节阀开度调节到设定的流量碱洗，控制离子交换柱压力变送器的压力；稀液碱流量计达到设定体积量后，关闭稀液碱进料开关阀、反顶液进料开关阀、反顶液出料开关阀、常规进料调节阀。反向碱洗的作用是将树脂转型为oh
‑
型，除去碱溶性杂质。
18.第五步，同第三步，处理完后的离子交换柱浸泡后备用；这个步骤的作用是清洗管路和离子交换柱中树脂表面和孔隙内的杂质，保持体系ph中性，浸泡会保持树脂处于湿润状态，防止树脂干了影响交换容量和效率，等待上柱吸附。
19.所述离子交换柱的上柱吸附和馏分收集过程包括以下步骤：
20.第六步，上柱吸附：自动开启提取液进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀、高氨氮排污开关阀、并调节常规进料调节阀开度调节到设定的流量上柱吸附分离，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计的液位；提取液流量计达到设定体积量后，关闭提取液进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀和常规进料调节阀。上柱吸附的作用是树脂吸附上柱提取液中的有效组分。
21.第七步，第三水洗：自动开启纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀，并调节常规进料调节阀开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计；纯化水流量计达到一次设定体积量后，打开排污开关阀，关闭高氨氮排污开关阀；继续水洗至二次设定体积量时，自动关闭纯化水进料开关阀、离子交换柱常规进料开关阀和常规进料调节阀。第三水洗的作用是清洗管路和除去离子交换柱中与树脂官能团结合的杂质。
22.第八步，解析：自动开启稀硫酸进料开关阀、离子交换柱酸类进料开关阀、解析液开关阀、并调节酸类进料调节阀开度，调节到设定的流量解析，控制离子交换柱压力变送器的压力、离子交换柱液位计；稀硫酸流量计达到设定体积量以后，自动关闭排污开关阀，开始馏分收集。解析的作用是通过稀硫酸洗脱树脂吸附的有效组分。
23.第九步，馏分收集：在线分析仪根据分析数值，开启第一馏分罐解析液进料开关阀、第二馏分罐解析液进料开关阀和第三馏分罐解析液进料开关阀分别进入第一馏分罐、第二馏分罐和第三馏分罐进行收集，以待下一工序使用；收集完成后，关闭第一馏分罐解析液进料开关阀、第二馏分罐解析液进料开关阀和第三馏分罐解析液进料开关阀；关闭稀硫酸进料开关阀、离子交换柱酸类进料开关阀、解析液开关阀以待下一个循环。馏分收集的作用是根据洗脱过程杂质分布，依据在线分析仪的结果进行不同的馏分收集。
24.本实用新型的有益效果如下：
25.本实用新型的一种离子交换自动化控制装置，由于采用了以上技术方案，工艺过程控制实现自动进料并计量，正反向自动洗涤实现离子交换柱的再生后纯化分离，自动上柱吸附，并通过在线分析仪分析实现提取液的馏分分离和收集，不需要操作人员在现场频繁操作，自动化程度高。可用于提取液离子交换分离纯化领域尤其适用于离子交换柱数量比较多的场所及现场操作环境恶劣的环境。
26.上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
27.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
28.图1示出本实用新型的一种离子交换自动化控制装置的结构示意图。
29.主要附图标记说明：
[0030]1‑
稀盐酸管道，2
‑
稀硫酸管道，3
‑
稀液碱管道，4
‑
纯化水管道，5
‑
提取液管道，6
‑
反顶液管道，7
‑
解析液管道，8
‑
排污管道，9
‑
高氨氮排污管道，10
‑
稀盐酸流量计，11
‑
稀硫酸流
量计，12
‑
稀液碱流量计，13
‑
纯化水流量计，14
‑
提取液流量计，15
‑
稀盐酸进料开关阀，16
‑
稀硫酸进料开关阀，17
‑
稀液碱进料开关阀，18
‑
纯化水进料开关阀，19
‑
提取液进料开关阀，20
‑
酸类进料调节阀，21
‑
常规进料调节阀，22
‑
离子交换柱常规进料开关阀，23
‑
离子交换柱酸类进料开关阀，24
‑
离子交换柱放空开关阀，25
‑
反顶液出料开关阀，26
‑
反顶液进料开关阀，27
‑
解析液开关阀，28
‑
排污开关阀，29
‑
排污旁通开关阀，30
‑
高氨氮排污开关阀，31
‑
第一馏分罐解析液进料开关阀，32
‑
第二馏分罐解析液进料开关阀，33
‑
第三馏分罐解析液进料开关阀，34
‑
离子交换柱压力变送器，35
‑
离子交换柱液位计，36
‑
ph变送器，37
‑
在线分析仪，100
‑
离子交换柱，200
‑
第一馏分罐，300
‑
第二馏分罐，400
‑
第三馏分罐。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0032]
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
[0033]
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
[0034]
如图1所示，一种离子交换自动化控制装置，包括离子交换柱100、稀盐酸管道1、稀硫酸管道2、稀液碱管道3、纯化水管道4、提取液管道5、反顶液管道6、解析液管道7、排污管道8和高氨氮排污管道9，所述离子交换柱100的顶端设有酸类进料管道、常规进料管道和反顶液出料管道，所述离子交换柱100的底端设有底部开口，所述稀盐酸管道1和稀硫酸管道2分别与酸类进料管道连通连接，所述纯化水管道4和提取液管道5分别与常规进料管道连通连接，所述稀液碱管道3、解析液管道7、排污管道8和高氨氮排污管道9分别与底部开口连通连接，所述反顶液管道6与反顶液出料管道连通连接。
[0035]
所述稀盐酸管道1上设有稀盐酸流量计10和稀盐酸进料开关阀15，所述稀硫酸管道2上设有稀硫酸流量计11和稀硫酸进料开关阀16，所述稀盐酸管道1和稀硫酸管道2与常规进料管道连接的管道上设有常规进料调节阀21；所述纯化水管道4上设有纯化水流量计13和纯化水进料开关阀18，所述提取液管道5上设有提取液流量计14和提取液进料开关阀19，所述纯化水管道4和提取液管道5与酸类进料管道连接的管道上设有酸类进料调节阀20。
[0036]
所述常规进料管道上设有离子交换柱常规进料开关阀22，所述酸类进料管道上设有离子交换柱酸类进料开关阀23。
[0037]
所述稀液碱管道3上设有稀液碱流量计12和稀液碱进料开关阀17，所述稀液碱管道3通过常规进料调节阀21与底部开口连通连接，所述常规进料调节阀21与底部开口之间
的管道上设有反顶液进料开关阀26，所述反顶液出料管道上设有离子交换柱放空开关阀24和反顶液出料开关阀25。
[0038]
所述解析液管道7上设有解析液开关阀27和在线分析仪37，所述排污管道8上并联设有排污开关阀28和排污旁通开关阀29，所述排污旁通开关阀29上设有ph变送器36，所述高氨氮排污管道9上设有高氨氮排污开关阀30。
[0039]
所述离子交换柱100的侧壁上设有离子交换柱压力变送器34和离子交换柱液位计35。
[0040]
所述控制装置还包括分别与解析液管道7连通连接的第一馏分罐200、第二馏分罐300和第三馏分罐400，所述第一馏分罐200上设有第一馏分罐解析液进料开关阀31，所述第二馏分罐300上设有第二馏分罐解析液进料开关阀32，所述第三馏分罐400上设有第三馏分罐解析液进料开关阀33。
[0041]
根据上述的一种离子交换自动化控制装置的控制方法，该控制方法包括离子交换柱100的再生过程和离子交换柱100的上柱吸附和馏分收集过程，所述离子交换柱100的再生过程包括以下步骤：
[0042]
第一步，第一水洗：自动开启纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22、排污开关阀28，并调节常规进料调节阀21开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35的液位；纯化水流量计13达到设定体积量后，自动关闭纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22、排污开关阀28、常规进料调节阀21。第一水洗的作用是清洗管路和离子交换柱100中树脂表面和孔隙内的杂质。
[0043]
第二步，酸洗：自动开启稀盐酸进料开关阀15、离子交换柱酸类进料开关阀23、排污开关阀28、并调节酸类进料调节阀20开度，调节到设定的流量酸洗，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35的液位；稀盐酸流量计10达到设定体积量以后，自动关闭盐酸进料开关阀15、离子交换柱酸类进料开关阀23、排污开关阀28、酸类进料调节阀20。酸洗的作用是将树脂转型为cl
‑
型，除去酸溶性杂质。
[0044]
第三步，第二水洗：自动开启纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22、排污开关阀28，并调节常规进料调节阀21开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35的液位；纯化水流量计13达到设定体积量后，开启排污旁通开关阀29，关闭排污开关阀28，ph变送器36在线显示水洗的ph，待ph达到设定的值，关闭纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22、排污旁通开关阀29、常规进料调节阀21。第二水洗的作用是清洗管路和离子交换柱100中树脂表面和孔隙内的杂质，保持体系ph中性。
[0045]
第四步，反向碱洗：自动开启稀液碱进料开关阀17、反顶液进料开关阀26、反顶液出料开关阀25、并调节常规进料调节阀21开度调节到设定的流量碱洗，控制离子交换柱压力变送器34的压力；稀液碱流量计12达到设定体积量后，关闭稀液碱进料开关阀17、反顶液进料开关阀26、反顶液出料开关阀25、常规进料调节阀21。反向碱洗的作用是将树脂转型为oh
‑
型，除去碱溶性杂质。
[0046]
第五步，同第三步，处理完后的离子交换柱100浸泡后备用；这个步骤的作用是清洗管路和离子交换柱100中树脂表面和孔隙内的杂质，保持体系ph中性，浸泡会保持树脂处于湿润状态，防止树脂干了影响交换容量和效率，等待上柱吸附。
[0047]
所述离子交换柱100的上柱吸附和馏分收集过程包括以下步骤：
[0048]
第六步，上柱吸附：自动开启提取液进料开关阀19、离子交换柱常规进料开关阀22、高氨氮排污开关阀30、并调节常规进料调节阀21开度调节到设定的流量上柱吸附分离，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35的液位；提取液流量计14达到设定体积量后，关闭提取液进料开关阀19、离子交换柱常规进料开关阀22和常规进料调节阀21。上柱吸附的作用是树脂吸附上柱提取液中的有效组分。
[0049]
第七步，第三水洗：自动开启纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22，并调节常规进料调节阀21开度调节到设定的流量水洗，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35；纯化水流量计13达到一次设定体积量后，打开排污开关阀28，关闭高氨氮排污开关阀30；继续水洗至二次设定体积量时，自动关闭纯化水进料开关阀18、离子交换柱常规进料开关阀22和常规进料调节阀21。第三水洗的作用是清洗管路和除去离子交换柱100中与树脂官能团结合的杂质。
[0050]
第八步，解析：自动开启稀硫酸进料开关阀16、离子交换柱酸类进料开关阀23、解析液开关阀27、并调节酸类进料调节阀20开度，调节到设定的流量解析，控制离子交换柱压力变送器34的压力、离子交换柱液位计35；稀硫酸流量计11达到设定体积量以后，自动关闭排污开关阀28，开始馏分收集。解析的作用是通过稀硫酸洗脱树脂吸附的有效组分。
[0051]
第九步，馏分收集：在线分析仪37根据分析数值，开启第一馏分罐解析液进料开关阀31、第二馏分罐解析液进料开关阀32和第三馏分罐解析液进料开关阀33分别进入第一馏分罐200、第二馏分罐300和第三馏分罐400进行收集，以待下一工序使用；收集完成后，关闭第一馏分罐解析液进料开关阀31、第二馏分罐解析液进料开关阀32和第三馏分罐解析液进料开关阀33；关闭稀硫酸进料开关阀16、离子交换柱酸类进料开关阀23、解析液开关阀27以待下一个循环。馏分收集的作用是根据洗脱过程杂质分布，依据在线分析仪37的结果进行不同的馏分收集。
[0052]
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。