一种多柱串联自控离子交换装置的制作方法

本实用新型属于离子交换领域，尤其涉及一种多柱串联自控离子交换装置。

背景技术：

对二甲苯是石油化工中的基本原料，当前生产高纯度对二甲苯的主流工艺是吸附分离法，工艺中使用的吸附剂一般是交换为Ba型或者K－Ba型的X分子筛。在制备分离对二甲苯的吸附剂过程中需要进行离子交换将分子筛由Na型交换为Ba型。在实验室的研究工作中已经明确了交换需要达到的程度，确定了交换溶液的浓度、交换温度、交换空速、交换溶液用量等条件。但存在着交换液用量大的问题，一方面硝酸钡的价格较高，另一方面钡离子不能直接排放需要回收或后处理，因此要求在工业生产中降低溶液用量和排放量。并且在工业规模装置上如何保证交换的效果也是需要解决的问题。目前国内使用的离子交换设备，大多为人工操作和半自动操作，自动化程度较低，控制不精确，产品稳定性不高，盐不能充分利用，导致溶液用量和排放量很大，成本浪费很多。

本实用新型提供了一种多柱串联自控离子交换装置。本技术方案采用多柱串联交换，大大提高了盐的利用率，降低了溶液用量和排放量，节约成本；采用自控系统自动切换，连续工作，控制更精确，产品稳定性高；交换过程中可控制系统压力，串联泵可减少系统压降，与常压交换相比效率更高，交换效果更好；交换柱进口的锥段填入小瓷球，并采用下进料保证径向分配均匀，避免床层产生沟流和返混。本技术方案不仅实现了从实验室到工业放大的过程，并保证放大过程交换效果持续稳定高效。

技术实现要素：

本实用新型提供一种多柱串联自控离子交换装置及方法，所述技术方案如下：

一种多柱串联自控离子交换装置，包括三个以上的串联的首尾管路连通的交换柱，在相邻的两个交换柱之间设有串联自控开关阀和串联泵，每个交换柱入口管线分别连通交换液进料的管路和水洗进料的管路，所述交换液进料的管路上靠近交换柱入口处分别设有交换入口自控开关阀，所述水洗进料的管路上靠近交换柱入口处分别设有水洗入口自控开关阀，每个交换柱出口管线分别连通交换液出料的管路和水洗出料的管路，所述交换液出料的管路上靠近交换柱出口处分别设有交换出口自控开关阀，所述交换液出料的管路上靠近交换柱出口处分别设有水洗出口自控开关阀。

进一步地，在上述技术方案中，所述交换液进料的管路依次连接交换流量变送器、交换换热器、交换变频泵、交换溶液储罐；所述水洗进料的管路依次连接水洗流量变送器、水洗换热器、水洗变频泵、净水储罐。

进一步地，在上述技术方案中，所述交换液出料的管路依次连接交换出口压力变送器、交换出口背压阀和交换后液收集罐；所述水洗出料的管路依次连接水洗出口压力变送器、水洗出口背压阀和水洗后液收集罐。

进一步地，在上述技术方案中，串联泵为变频泵。

进一步地，在上述技术方案中，每个交换柱上设有上中下三个固体取样口，所述交换柱外周设有夹套保温。

进一步地，在上述技术方案中，交换柱入口管线位于交换柱下部，交换柱出口管线位于交换柱上部。

采用上述方案的积极效果：大大提高了盐的利用率，降低了溶液用量和排放量，节约成本；自控系统自动切换，连续工作，控制更精确，产品稳定性高；可控制系统压力，串联泵可减少系统压降，与常压交换相比效率更高，交换效果更好。

附图说明

下面结合附图及实施例对本专利作进一步描述：

图1是本实用新型所述的全流程示意图；

图2是本实用新型的液流路线图a；

图3是本实用新型的液流路线图b；

图中：1-1交换柱a，1-2交换柱b，1-3交换柱c，1-4交换柱d，1-5交换柱 e，1-6交换柱f，2-1交换入口自控开关阀a，2-2交换入口自控开关阀b，2-3 交换入口自控开关阀c，2-4交换入口自控开关阀d，2-5交换入口自控开关阀 e，2-6交换入口自控开关阀f，3-1水洗入口自控开关阀a，3-2水洗入口自控开关阀b，3-3水洗入口自控开关阀c，3-4水洗入口自控开关阀d，3-5水洗入口自控开关阀e，3-6水洗入口自控开关阀f，4-1串联自控开关阀a，4-2串联自控开关阀b，4-3串联自控开关阀c，4-4串联自控开关阀d，4-5串联自控开关阀e，4-6串联自控开关阀f，5-1交换出口自控开关阀a，5-2交换出口自控开关阀b，5-3交换出口自控开关阀c，5-4交换出口自控开关阀d，5-5交换出口自控开关阀e，5-6交换出口自控开关阀f，6-1水洗出口自控开关阀a，6-2 水洗出口自控开关阀b，6-3水洗出口自控开关阀c，6-4水洗出口自控开关阀 d，6-5水洗出口自控开关阀e，6-6水洗出口自控开关阀f，7-1串联泵a，7-2 串联泵b，7-3串联泵c，7-4串联泵d，7-5串联泵e，7-6串联泵f，8交换溶液储罐，9交换变频泵，10交换换热器，11交换流量变送器，12净水储罐，13 水洗变频泵，14水洗换热器，15水洗流量变送器，16交换出口压力变送器， 17交换出口背压阀，18交换后液收集罐，19水洗出口压力变送器，20水洗出口背压阀，21水洗后液收集罐。

具体实施方式

如图1所示，一种多柱串联自控离子交换装置及方法，是由三个以上的交换柱、入口自控开关阀、出口自控开关阀和串联泵构成。其特征在于三个以上的交换柱之间首尾管路连通，在相邻的两个交换柱之间设有串联自控开关阀和串联泵，每个交换柱入口管线分别连通着交换入口自控开关阀和水洗入口自控开关阀，交换进料口的管路与每一个交换入口自控开关阀连通、水洗进料口的管路与每一个水洗入口自控开关阀连通，每个交换柱出口管线分别连通着交换出口自控开关阀和水洗出口自控开关阀，交换出料口的管路与每一个交换出口自控开关阀连通、水洗出料口的管路与每一个水洗出口自控开关阀连通。

所述溶液进料口处设有交换溶液储罐8、交换变频泵9、交换换热器10、交换流量变送器11，并依次首尾管路连通；水洗进料口处设有净水储罐12、水洗变频泵13、水洗换热器14、水洗流量变送器15，并依次首尾管路连通。

所述溶液出口管路上设有交换出口压力变送器16、交换出口背压阀17 和交换后液收集罐18；水洗出口管路上设有水洗出口压力变送器19、水洗出口背压阀20和水洗后液收集罐21。

所述串联泵均为变频泵。

所述每个交换柱上设有上中下三个固体取样口，同时设有夹套保温。

本实用新型以六个色谱柱为例，分为交换、水洗、卸料填料三个步骤，自控部分的操作均由该装置的PLC完成，所有变频泵设定最佳流量，由PLC 自控，做到进料液流匀速、稳定、不波动，保证系统压力稳定。具体实施步骤如下：首先给六个交换柱装满分子筛，然后按照PLC自控系统运行。

1、交换溶液通过交换变频泵9经过交换换热器10预热，从交换入口自控开关阀a2-1进入交换柱a1-1，经过串联自控开关阀d4-1和串联泵b7-2 进入交换柱b1-2，经过串联自控开关阀b4-2和串联泵c7-3进入交换柱c1-3，经过串联自控开关阀c4-3和串联泵d7-4进入交换柱d1-4，由交换出口自控开关阀d5-4进入交换后液收集罐18，整个过程的控压控量是由变频泵、自控开关阀、流量变送器、背压阀组成的自动控制系统，由流量变送器将流量信号送至计算机，由计算机输出调频信号以给定的流量参数为目标调节变频泵的输出量，流经路线阀打开，其它阀关闭，从而稳定进行交换过程。

2、交换过程中每隔一段时间从交换柱a1-1出口取样检测溶液中交换溶液的阳离子浓度，当交换溶液阳离子浓度接近新鲜的交换溶液但含有少量的被交换分子筛阳离子时，交换柱a1-1退出交换，并以交换柱a1-1整个交换时间设定为交换自动切换时间，交换液自动切换至交换入口自控开关阀 b2-2进入交换柱b1-2，同上由交换出口自控开关阀e5-5进入交换后液收集罐18，同时净水通过水洗变频泵13经过水洗换热器14预热，从水洗入口自控开关阀a3-1进入交换柱a1-1，由水洗出口自控开关阀a6-1进入水洗后液收集罐21。

3、水洗过程中每隔一段时间从交换柱a1-1出口取样检测水洗溶液中的阳离子浓度，当水洗溶液中的阳离子浓度接近于零时，交换柱a1-1退出水洗，然后进行卸料填料待重新交换，并以交换柱a1-1整个水洗时间设定为水洗自动切换时间。当交换柱b1-2经过的交换时间与交换柱a1-1相同时，交换柱b1-2退出交换，交换液自动切换至交换入口自控开关阀c2-3进入交换柱c1-3，同上由交换出口自控开关阀f5-6进入交换后液收集罐18，同时净水通过水洗变频泵13经过水洗换热器14预热，从水洗入口自控开关阀 3-2进入交换柱b1-2，由水洗出口自控开关阀b6-2进入水洗后液收集罐21。

4、当交换柱b1-2经过的水洗时间与交换柱a1-1相同时，交换柱b1-2 自动切换退出水洗，然后进行卸料填料待重新交换，如图2为在交换柱a1-1 时液流流经路线，图3为在交换柱b1-2时液流流经路线，并以此顺序步切换，以此类推，逐一交换柱运行，到交换柱f1-6时再从交换柱1-1重复相同的运行过程。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。