一种液固体系动态吸附的方法及其装置与流程

本发明提供一种液固体系动态吸附的方法及其装置，属于化工分离领域。

背景技术：

液固体系的吸附技术在国内外用于医药、化工和食品等工业的精制和脱色已经有很多年历史。在化学化工、冶金、环境保护和生物科技方面都有很重要的作用。

目前应用最多是静态吸附，包括传统的固定床吸附，移动床吸附等，均是通过吸附床层来进行吸附；料液通过柱上部的液体分布器流经吸附介质层，从柱子的下部流出并收集，流体在介质层中逐级进行吸附，得到所需的产品。

现有技术存在以下不足：

静态吸附过程中，随着吸附过程的进行，有效的吸附剂层越来越短，饱和的吸附剂越来越多，吸附后产品的杂质含量随之增大，导致产品质量不稳定；就单一柱子而言，吸附介质是静止不动的，料液处理量越大，吸附介质饱和的量就越来越多，那么每次得到的产品质量也是不稳定的；

静态吸附当吸附剂饱和失去吸附能力，就需要停车置换，属于间歇操作，所以处理量少，不易于实现自动控制。如果进行连续化生产，必须配置多个装置，进行备用替换，设备成本高。

同时静态条件下吸附剂达到饱和后需要进行脱附等处理，如果用于连续生产，则需要配置多跟柱子进行备用替换；

有时为了缩短吸附时间，会采用增加吸附介质层高度的方法，但会使阻力降增大，能耗随之增加。

现有技术处理的产品，有效成分损失较多。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种液固体系动态吸附的方法及其装置，以实现以下发明目的：

（1）本发明处理后，得到的产品质量稳定；

（2）本发明能够充分利用吸附剂，适用于连续化生产；

（3）本发明方法和装置，设备成本低，能耗低；

（4）本发明吸附剂的利用率高；

（5）本发明处理后的产品，杂质含量低、有效成分损失少；

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种液固体系动态吸附的方法，其特征在于：包括制备含吸附剂的悬浊液、进料、塔内固相动态吸附。

以下是对上述技术方案的进一步改进：

本发明吸附方案，涉及到的工艺流程如下：

吸附剂和吸附剂配合使用的液体经过计量后，进入配料罐，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液，含吸附剂的悬浊液从固相动态吸附塔A的下端进料，进料口位于最后一个圆盘的下端。待处理料液从固相动态吸附塔A的底部进入。塔顶出料，进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂和产品溶液。

所述制备含吸附剂的悬浊液，将吸附剂和吸附剂配合使用的液体按照1:2-10的质量比例混合，得到含吸附剂的悬浊液，吸附剂作为分散介质，混合在液体中，使得吸附剂一直处于流动状态。

所述吸附剂为活性炭或吸附树脂；所述吸附剂配合使用的液体为水或者待处理料液，需要保证吸附剂不能溶解在液体中。

所述活性炭为20~40目果壳活性炭、粉末果壳活性炭、50~80目椰壳活性炭中的一种；所述吸附树脂为D315型吸附树脂、DA201型吸附树脂、213型吸附树脂中的一种；所述待处理料液为蛋氨酸母液、苏氨酸母液、蔗糖溶液、染料废水、含甲醇废水中的一种。

同时为了保证进入固相动态吸附塔之后与料液的混合均匀，吸附剂不会下沉堵塞进料口，要求所述吸附剂的密度小于吸附剂配合使用的液体的密度；所述吸附剂与吸附剂配合使用的液体的质量比例小于等于50%。

所述进料，吸附剂同待处理料液的质量比例为1:1000~10000，待处理料液和含吸附剂的悬浊液的塔内流速均为0.1cm/s-2cm/s。含吸附剂的悬浊液从固相动态吸附塔的下端进料口连续进料，待处理料液从固相动态吸附塔的底部连续进料；待处理料液和含吸附剂的悬浊液呈并流状态进入固相动态吸附塔。

所述塔内固相动态吸附，搅拌，搅拌叶线速度1m/s-6m/s之间，经过塔内圆盘，充分接触，混合物料停留时间 0.2-1h。塔顶出料进入过滤器，过滤器前段得到使用后的吸附剂，过滤器后段得到产品溶液；得到的吸附剂可以焚烧，也可以处理后投入配料罐继续循环使用。

一种液固体系动态吸附的装置，所述装置包括固相动态吸附塔；为实现上述固相动态吸附，使吸附剂和待处理溶液充分接触，对固相动态吸附塔进行特殊设计；所述固相动态吸附塔内设置搅拌叶和圆盘，圆盘直径等于固相动态吸附塔内径，相邻圆盘中间设置搅拌叶，搅拌叶的直径为固相动态吸附塔内径的0.4~0.6倍，搅拌叶为平直叶，没有倾角，避免在搅拌过程中对吸附剂1产生磨损，同时避免影响上方区域的流场。相邻圆盘间距与塔内径的比例为0.3-2:1。

所述圆盘开孔，开孔直径至少是吸附剂1颗粒的10倍，圆盘的开孔区域分为圆盘内层和圆盘外层，以转轴为圆心，圆盘半径的1/2处为分界点，靠近圆心的圆形区域为圆盘内层，其余为圆盘外层。

同一圆盘，圆盘内层和圆盘外层的开孔率不同；如果圆盘内层开孔率为1%~10%，则圆盘外层开孔率为10%~20%；

相邻两个圆盘同一层的开孔率不同，如果上圆盘的圆盘内层开孔率为1%~10%，则下圆盘的圆盘内层开孔率为10%~20%。此种设计方式可以使得混合溶液在塔内流动的路线是波浪形，避免混合溶液沿塔直接上升，使溶液吸附剂充分混合，同时避免死区的出现。圆盘的具体层数由待处理料液的性质确定。

具体的两种开孔方案如下：

从塔顶计算，奇数层的圆盘，圆盘内层的开孔率:1%-10%，圆盘外层开孔率为10%-20%，奇数层的圆盘内层开孔率始终小于外层开孔率；偶数层的圆盘，圆盘内层开孔率：10%-20%，圆盘外层开孔率：1%-10%，偶数层的圆盘内层开孔率始终大于外层开孔率；

或者，

从塔顶计算，奇数层的圆盘，圆盘内层开孔率:10%-20%，圆盘外层开孔率：1%-10%，奇数层的圆盘内层开孔率始终大于外层开孔率。；偶数层的圆盘，圆盘内层开孔率： 1%-10%，圆盘外层开孔率：10%-20%，偶数层的圆盘内层开孔率始终小于外层开孔率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明采用动态吸附，使得吸附剂与溶液充分接触，不存在随着吸附进行吸附层饱和的现象，可以保证产品质量稳定；

用于溶液的连续化脱色，每10-90分钟检测一次产品的脱色率，检测1000次的脱色率，百分点偏差范围仅为±0.007~±0.01；

用于含甲醇废水的连续化去甲醇处理，每隔60分钟检测一次甲醇含量，检测40次的去甲醇率，百分点偏差范围为±0.04。

2）本发明，吸附剂时刻保持流动状态，不需要停车置换，适用于连续化生产。

3）本发明采用动态吸附，仅在搅拌条件下使得物料与吸附剂均匀混合，不需要额外的动力消耗，在相同的处理量下连续得到同等质量产品，能耗节约30%。现有技术为了提高吸附时间，会采用增加床层高度的方法，但是会使得阻力降增大，动力消耗也随之增大。

4）本发明的动态吸附装置通过吸附剂和物料的均匀混合，吸附剂利用率100%。现有技术在处理量很大的静态吸附过程中，溶液在流动时，由于管壁阻力的存在，使得溶液上表面呈弧形外凸，两侧的吸附剂没有得到很好的利用，静态吸附吸附剂的利用率只有80%左右。

5）本发明连续处理后的产品，杂质残留低，有效成分损失少，且每批次的产品溶液中，杂质残留和有效成分损失率保持稳定，波动小，

用于溶液的连续化脱色，每10-90分钟检测一次产品的杂质残留和氨基酸损失率，检测1000次，杂质残留率范围为1.25-1.91%，百分点偏差范围仅为±0.04~±0.06；检测1000次，有效成分的损失率为0.07-2.38%，百分点偏差范围仅为±0.02~±0.22。

用于染料废水处理，每70分钟检测一次产品的COD去除率，检测1000次COD去除率为5-5.4%，百分点偏差范围仅为±0.06。

附图说明：

附图1：本发明采用固相动态吸附塔进行液固体系动态吸附的流程图；

附图2：固相动态吸附塔中圆盘的俯视结构示意图（外层开孔率大于内层）；

附图3：固相动态吸附塔中圆盘的俯视结构示意图（外层开孔率小于内层）；

图中：

A —固相动态吸附塔；B—转轴；C—搅拌叶；D—圆盘；

E—过滤器；F—配料罐；H—圆盘内层；I—圆盘外层；

1—吸附剂；2—吸附剂配合使用的液体；3—含吸附剂的悬浊液；4—待处理料液；5—塔顶出料；6—使用后的吸附剂；7—产品溶液。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

将吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照1:2的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3；

所述吸附剂1为20~40目果壳活性炭；

所述吸附剂配合使用的液体2为水。

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进料，吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:1000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为0.1cm/s。

所述待处理料液4，为蛋氨酸母液；

待处理料液处理前，检测吸光度。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为1m/s，混合物料的停留时间为0.5h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7，使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔10分钟检测一次吸光度、杂质残留、有效成分损失率。

实施例2 一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照3:10的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3，

所述吸附剂1为粉末果壳活性炭；

所述吸附剂配合使用的液体2，为苏氨酸母液。

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进入；吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:3000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为0.8cm/s。

所述待处理料液4为苏氨酸母液；

待处理料液处理前，检测吸光度。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为3m/s，混合物料的停留时间为0.3h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7；使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔30分钟检测一次吸光度、杂质残留、有效成分损失率。

实施例3 一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照1:5的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3；

所述吸附剂1为D315型吸附树脂；

所述吸附剂配合使用的液体2为水。

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进入；吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:5000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为1.2cm/s。

所述待处理料液4为蔗糖溶液；

待处理料液处理前，检测吸光度。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为4m/s，混合物料的停留时间为0.2h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7；使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔50分钟检测一次吸光度、杂质残留、有效成分损失率。

实施例4 一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照1:10的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3。

所述吸附剂1为DA201型吸附树脂；

所述吸附剂配合使用的液体2为水。

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进入，吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:8000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为1.5cm/s。

所述待处理料液4为染料废水；

待处理料液处理前，检测吸光度。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为4m/s，混合物料的停留时间为0.8h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7；使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔70分钟检测一次吸光度和COD去除率。

实施例5 一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照1:5的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3，

所述吸附剂1为213型吸附树脂；

所述吸附剂配合使用的液体2为蛋氨酸母液。

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进入，吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:10000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为2cm/s。

所述待处理料液4，为蛋氨酸母液；

待处理料液处理前，检测吸光度。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为5m/s，混合物料的停留时间为1h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7；使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔90分钟检测一次吸光度、杂质残留、有效成分损失率。

处理效果主要检测指标为料液的脱色率。脱色率采用分光光度计进行检测。计算公式如下：

脱色率=（待处理料液的吸光度-产品溶液吸光度）/待处理料液的吸光度×100%。

检测结果如下表1。

表1 本发明实施例1-5所述吸附方法的吸附效果

偏差*：指以第一次测试结果为标准，从第二次测试开始，每次测试结果同第一次测试结果的偏差百分点范围，以此说明测试结果的稳定性

本发明还对实施例1到实施例5中待处理料液吸附过程中，杂质残留和有效成分损失率进行检测，结果如下表2：

表2本发明实施例1-5所述吸附方法对杂质残留和有效成分损失率的影响

偏差*：指以第一次测试结果为标准，从第二次测试开始，每次测试结果同第一次测试结果的百分点偏差范围，以此说明测试结果的稳定性。

实施例6 一种液固体系动态吸附的方法

包括以下步骤：

（1）制备含吸附剂的悬浊液

吸附剂1和吸附剂配合使用的液体2按照1:5的比例（按质量计）进入配料罐F，经过搅拌均匀混合得到含吸附剂的悬浊液3；

所述吸附剂1为50~80目椰壳活性炭；

所述吸附剂配合使用的液体2为水；

（2）进料

含吸附剂的悬浊液3从固相动态吸附塔A的下端进料口连续进料，待处理料液4从固相动态吸附塔A的底部连续进入；吸附剂1同待处理料液4的质量比例为1:6000，待处理料液4和含吸附剂的悬浊液3的塔内流速均为1cm/s。

所述待处理料液4为含甲醇废水；

待处理料液处理前，检测甲醇的含量。

（3）塔内固相动态吸附

固相动态吸附塔A的搅拌叶C线速度为3m/s，混合物料的停留时间为0.6h，塔顶出料5进入过滤器E，过滤得到使用后的吸附剂6和产品溶液7；使用后的吸附剂6送去后处理；产品溶液7每隔60分钟检测一次。检测指标为甲醇的去除率，检测结果如下表3：

表3本发明实施例6所述吸附方法的吸附效果

偏差*：指以第一次测试结果为标准，从第二次测试开始，每次测试结果同第一次测试结果的百分点偏差范围，以此说明测试结果的稳定性。

实施例7一种液固体系动态吸附的装置

固相动态吸附塔A内设置搅拌叶C和圆盘D，圆盘D直径等于固相动态吸附塔A内径，相邻圆盘D中间设置搅拌叶C，搅拌叶C的直径为固相动态吸附塔A内径的0.4~0.6倍，搅拌叶C为平直叶，没有倾角，避免在搅拌过程中对吸附剂1产生磨损。相邻圆盘D间距与塔内径比例为0.3-2:1。

圆盘D开孔，开孔直径至少是吸附剂1颗粒的10倍，圆盘D的开孔区域分为圆盘内层H和圆盘外层I，以转轴B为圆心，圆盘D半径的1/2处为分界点，靠近圆心的圆形区域为圆盘内层H，其余为圆盘外层I。

同一圆盘D内外层的开孔率不同。从塔顶计算，1层，3层，5层，……，2n+1层（n 为大于等于1的整数）的圆盘内层H的开孔率:1%≤圆盘内层开孔率≤10%，圆盘外层开孔率：10%≤圆盘外层开孔率≤20%。内层开孔率始终小于外层开孔率。

从塔顶计算，2层，4层，6层，……，2n层的圆盘内层H开孔率：10%≤圆盘内层开孔率≤20%，圆盘外层开孔率：1%≤圆盘外层开孔率≤10%。内层开孔率始终大于外层开孔率。

实施例8一种液固体系动态吸附的装置

固相动态吸附塔A内设置搅拌叶C和圆盘D，圆盘D直径等于固相动态吸附塔A内径，相邻圆盘D中间设置搅拌叶C，搅拌叶C的直径为固相动态吸附塔A内径的0.4~0.6倍，搅拌叶C为平直叶，没有倾角，避免在搅拌过程中对吸附剂1产生磨损。相邻圆盘D间距与塔内径比例为0.3-2:1。圆盘D开孔，开孔直径至少是吸附剂1颗粒的十倍，圆盘D的开孔区域分为圆盘内层H和圆盘外层I，以转轴B为圆心，圆盘D半径的二分之一处为分界点，靠近圆心的圆形区域为圆盘内层H，其余为圆盘外层I。

同一圆盘D内外层的开孔率不同。从塔顶计算，1层，3层，5层，……，2n+1层（n 为大于等于1的整数）的圆盘内层H开孔率:10%≤圆盘内层开孔率≤20%，圆盘外层I开孔率：1%≤圆盘外层开孔率≤10%。内层开孔率始终大于外层开孔率。

从塔顶计算，2层，4层，6层，……，2n层的圆盘内层H开孔率： 1%≤圆盘内层开孔率≤10%，圆盘外层I开孔率：10%≤圆盘外层开孔率≤20%。内层开孔率始终小于外层开孔率。

本发明吸附剂1过滤出来之后，可直接废弃，也可处理之后循环使用。

本发明固相动态吸附塔A内为常压，料液充满整个塔，上端出料方式为溢出。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。