1、1、離子交換樹脂柱離子交換樹脂是放置在樹脂柱中進行工作的，這有利于發揮它的 功能，并便于再生。國外糖廠樹脂柱的有效容積（裝載樹脂量）一般為310m3,直 徑2.33.3m，高3.34m，樹脂床的高度0.62m。樹脂 柱為立式圓筒形結構，兩端密封，能承受一定的工作壓力。它通 常用鋼板焊接制成，內壁整體襯上耐酸、堿的橡膠層，小型樹脂 柱可全用不銹鋼制造。樹脂柱總高度約為樹脂層的兩倍，以備樹脂工作時體積膨脹和防 止反洗時樹脂被沖走。如果樹脂的粒度較大，對通過液體的阻力 較小，樹脂層可較高，并相應縮小柱體的直徑。但如樹脂粒度較 細，對液體的阻力較大，則樹脂層不宜高，以免影響液體的通過， 降低它的生產能

2、力。有些裝載細顆粒樹脂的柱，樹脂層的高度只 約0.8m，但它的工作周期時間亦較短。樹脂柱的底部裝上細孔平板及篩網，樹脂放置在篩網之上。一種 設計采用三層篩網，分別為60、20、10目，也有采用70目篩， 以適應顆粒較小的樹脂。有些設計不用篩網，在底部裝設有大量 微縫小孔的分配器，匯集從樹脂床流出的液體。在樹脂柱的頂部， 裝有糖漿入料管及入料分配器，進入的糖漿經過它均勻分布，然 后向下通過樹脂層，在底部集中排出。在樹脂層的上方還有另一 套分配器，連接洗水管及再生溶液管，洗水與再生液分別從該處 進入，從上向下通過樹脂層，到底部排出。底部分配器還連接反 沖洗水管，當樹脂反洗時，從底部進水，均勻地沖動

3、樹脂層，將 樹脂中夾雜的懸浮物沖走，經頂部分配器排出。另在柱頂部接有 壓縮空氣管，在開始入料前，開入壓縮空氣將樹脂顆粒略為壓緊， 使形成樹脂床。樹脂柱底部亦接有壓縮空氣管，必要時可通過壓 縮空氣反沖樹脂層，使其疏松，然后再開水管反洗樹脂。柱底部 還有樹脂裝卸管。樹脂柱內全部附件及連接管路的材料均為不銹 鋼，成分通常為1Cr18Ni12Mo2Ti。樹脂柱的一種設計如右圖。 早期的樹脂柱亦有在底部用石英砂作為阻隔樹脂的介質（不用篩 網），先放置一層15cm厚的從46mm到611mm大小的 石英塊，在它的上面再裝一層15cm厚的從2.5X 1.5mm到 3.5X 1.5mm大小的石英砂，上面再裝樹脂

4、。樹脂柱最主要的規格參數是它裝載的樹脂量BV（Bed Volume,m3）。樹脂柱的處理能力與它的樹脂裝載量成正比。各 種物料的流量和速率以BV或BV/h為計算單位。糖液通過樹脂 層與樹脂接觸的時間為通過速度BV/h的倒數，如通過速度為 3BV/h，則接觸時間為1/3小時；若樹脂層高1.2m，則糖液 通過樹脂層的流速為6cm/min（按樹脂柱橫截面計）。樹脂柱的工作是周期性的，工作效率不夠高。近年發展了多種連 續工作的裝備，只用一個系統，樹脂在器內連續地緩慢地移動， 流出器外與液體一起用低速泵輸送，經過循環管流回器內，在這 個循環中順次進行各項操作；或者分為交換柱和再生柱，連續循 環工作。具體

5、的設計有多種，如Higgins系統Asahi系統和雙 柱系統等。它們已較多地用在水處理和化工行業中，但在制糖工 業中還用得較少。加拿大Macdonald等用小型模擬設備研究了 連續離子交換系統在甜菜糖廠的應用，說明它的脫色效果更穩 定，樹脂的效能可更充分地利用。2、離子交換樹脂柱的工作過程樹脂柱在連續通入糖液時，樹脂逐漸吸附了色素和雜質，其性能 就逐漸下降，流出糖液的色值逐漸升高。例如，兩種原來色值不 同(725IU和2900IU)的糖液在分別通過兩種不同樹脂柱:苯乙 烯系樹脂和丙烯酸系樹脂，通過不同BV數的糖液后的脫色率變 化如下表。通過糖液BV數苯乙烯系樹脂丙烯酸系樹脂原色值725原色值2

6、900原色值725原色值29000 90 90 90 9010 84 60 84 7520 81 53 82 6930 79 46 81 6740 77 - 81 -它說明了，在糖液原色值較高時，樹脂性能下降得較快，能處理 的糖液總量較少；淺色糖液的處理量則較大。這兩類樹脂初時的 脫色率相同，但苯乙烯系樹脂的性能下降較快，而丙烯酸系樹脂 下降較慢，即較耐污染。樹脂柱使用一定時間后，脫色效能不足， 就要停下來再生。這個脫色工作時間一般為820小時；在處 理低色值糖液時可延長到數十小時。停用后各種輔助工作和再生 的時間需數小時。離子交換樹脂的具體使用過程如下：預備工作將樹脂與水混合一起傾入樹脂柱中

7、，借助水的浮力使樹脂自然沉 積，在柱內均勻堆積，密度一致。在準備使用前，先將水排凈， 然后通入壓縮空氣，壓出余水，并將樹脂壓成“床”。再生后的 樹脂亦要用無離子水浸泡，使用前排水和通壓縮空氣。入料樹脂柱入料前，先開入約1BV的甜水浸潤樹脂層，隨后開入脫 糖時回收的稀糖液及濃糖液，各需時1015分鐘，控制流量速 度約為2.5BV/h，使樹脂中糖液濃度逐漸升高。這個過程稱為 上糖或甜化(sweetening)。然后再開入所處理的糖漿，并注意 流出液的濃度和色值，當濃度達5060 Bx和色值符合要求時， 即轉入正常脫色運行。正常運行控制一定的入料速度，使流出糖漿色值符合指標規定。入料流量速度的數值，

8、視所處理原料的質量及所要求的脫色效果 而定。對于已經過澄清處理的原糖回溶糖漿，一般控制2 3BV/h；而對于白糖回溶糖漿，因其本身色值已較低，可用較大 流速(如5BV/h)；若流量過高，則脫色效果可能達不到要求。 在運行一段時間后，樹脂吸附積聚的雜質較多，脫色能力降低， 流出糖液的色值逐漸升高，當達到限定數值時，即停用該柱而轉 用其他備用樹脂柱。（4）脫糖在停止入料后，要將樹脂床中的糖汁盡量排出，這稱為脫糖 （desweetening）開入前段回收的濃糖液將樹脂層中的脫色糖 漿壓出，控制流速約2.5BV/h，處理約30分鐘。隨后開入稀糖 液洗出濃糖液至貯箱備用。流速與時間同上。再以無離子水洗出

9、 稀糖液，供溶糖之用。約洗20分鐘，當洗出液低于濃度0.5 Bx 時可棄去。（5）反洗從樹脂柱底部開入7080C的軟水（汽凝水），以46BV/h的 流速反方向沖洗樹脂層，使在工作時被壓緊的樹脂層松散，并自 行按顆粒大小重新鋪排成床，增大顆粒之間的空隙，以便于下一 步再生時，樹脂能與再生液充分接觸和進行反應。反洗還可將樹 脂層中混雜的懸浮物沖走。這項操作通常需要數十分鐘，直至洗 出液無明顯混濁為止。為防止反洗時樹脂被沖走而損失，反洗流 速不可過大；洗出水通過簡單的隔篩（如曲篩或網袋）收回流失的 樹脂。樹脂反洗后進行再生。如果所處理的糖液含溶解性雜質不多，只 是由于運行一段時間后，樹脂層被壓實，或

10、被懸浮物阻塞而影響 糖液通過，樹脂仍有較好的交換能力，則在反洗清除懸殊浮物并 用無離子水浸漬一段時間后，仍可再入料工作，待下一次反洗后 才進行再生，以減少再生劑用量。3、離子交換樹脂的再生常規的再生處理離子交換樹脂使用一段時間后，吸附的雜質接近飽和狀態，就要 進行再生處理，用化學藥劑將樹脂所吸附的離子和其他雜質洗脫 除去，使之恢復原來的組成和性能。在實際運用中，為降低再生 費用，要適當控制再生劑用量，使樹脂的性能恢復到最經濟合理 的再生水平，通常控制性能恢復程度為7080%。如果要達到 更高的再生水平，則再生劑量要大量增加，再生劑的利用率則下 降。樹脂的再生應當根據樹脂的種類、特性，以及運行的

11、經濟性，選 擇適當的再生藥劑和工作條件。樹脂的再生特性與它的類型和結構有密切關系。強酸性和強堿性 樹脂的再生比較困難，需用再生劑量比理論值高相當多；而弱酸 性或弱堿性樹脂則較易再生，所用再生劑量只需稍多于理論值。 此外，大孔型和交聯度低的樹脂較易再生，而凝膠型和交聯度高 的樹脂則要較長的再生反應時間。再生劑的種類應根據樹脂的離子類型來選用，并適當地選擇價格 較低的酸、堿或鹽。例如：鈉型強酸性陽樹脂可用10%NaCl 溶液再生，用藥量為其交換容量的2倍(用NaCl量為117g/L 樹脂)；氫型強酸性樹脂用強酸再生，用硫酸時要防止被樹脂吸 附的鈣與硫酸反應生成硫酸鈣沉淀物。為此，宜先通入12% 的

12、稀硫酸再生。氯型強堿性樹脂，主要以NaCl溶液來再生，但加入少量堿有助 于將樹脂吸附的色素和有機物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH的堿鹽液再生，常規用量為每升樹脂 用150200gNaCl，及34gNaOH。OH型強堿陰樹脂則用 4%NaOH溶液再生。樹脂再生時的化學反應是樹脂原先的交換吸附的逆反應。按化學 反應平衡原理，提高化學反應某一方物質的濃度，可促進反應向 另一方進行，故提高再生液濃度可加速再生反應，并達到較高的 再生水平。為加速再生化學反應，通常先將再生液加熱至7080C。它通 過樹脂的流速一般為12BV/h。也可采用先快后慢的方法，以 充分發揮再生劑的效能

13、。再生時間約為一小時。隨后用軟水順流 沖洗樹脂約一小時（水量約4BV），待洗水排清之后，再用水反洗， 至洗出液無色、無混濁為止。一些樹脂在再生和反洗之后，要調校pH值。因為再生液常含有 堿，樹脂再生后即使經水洗，也常帶堿性。而一些脫色樹脂（特 別是弱堿性樹脂）宜在微酸性下工作。此時可通入稀鹽酸，使樹 脂pH值下降至6左右，再用水正洗，反洗各一次。樹脂在使用較長時間后，由于它所吸附的一部分雜質（特別是大 分子有機膠體物質）不易被常規的再生處理所洗脫，逐漸積累而 將樹脂污染，使樹脂效能降低。此時要用特殊的方法處理。例如： 陽離子樹脂受含氮的兩性化合物污染，可用4%NaOH溶液處 理，將它溶解而排掉

14、；陰離子樹脂受有機物污染，可提高堿鹽溶 液中的NaOH濃度至0.51.0%，以溶解有機物。近年國內研究用糖化鈣溶液對使用過的樹脂進行再生，再生液返 回生產流程再用，不需要排放。免除了再生廢液處理的問題。特殊的再生處理污染較嚴重的樹脂，可用酸或堿性食鹽溶液反復處理，如先用 10%NaCl +1%NaOH堿鹽溶液溶解有機物，再用4%HCl或 分別用10%NaOH及1%HCl溶解無機物，隨后再用 10%NaCl + 1%NaOH處理，在約70C下進行。如果上述處理的效果未達要求，可用氧化法處理。即用水洗滌樹 脂后，通入濃度為0.5%的次氯酸鈉溶液，控制流速24BV/h， 通過量1020BV，隨即用水

15、洗滌，再用鹽水處理。應當注意， 氧化處理可能將樹脂結構中的大分子的連接鍵氧化，造成樹脂的 降解，膨脹度增大，容易碎裂，故不宜常用。通常使用50周期 后才進行一次氧化處理。由于氯型樹脂有較強的耐氧化性，故樹 脂在氧化處理前應用鹽水處理，變為氯型，這還可避免處理過程 中的pH值變化，并使氧化作用比較穩定。再生廢液的處置糖廠用樹脂脫色，樹脂再生的廢液含有大量的色素和有機物，顏 色很深。用原糖生產精糖時，每100噸糖的再生廢液量約為69m3。要經過處理才能排放（或循環），這也是一個難題。lonresin詳細研究了用化學方法處理再生液，使色素和其他有 機物沉淀，除去雜質后再循環使用，減少排放，并充分利用

16、其中 的氯化鈉。由于再生液中色素的濃度比糖汁中高10倍以上，液 體數量較小，沒有糖液的粘性，并能容許強烈的條件如強堿性和 高溫等而無需顧慮糖的分解，用化學處理比較方便。再生液加入 510%容積的石灰乳（濃度為含CaO100g/L），加熱到60C 并輕微攪拌，大量的有色物沉淀析出。再加入碳酸鈉或二氧化碳、 磷酸鈉或磷酸并保持堿性，都可使較多的有色物沉淀。處理后的 液體添加少量食鹽可返回作樹脂的初級再生液，其后再用新的鹽 水再生。對廢液的處理還研究過多種方法：用顆粒活性炭吸附，用次氯酸 鈉、次氯酸鈣、氯氣或臭氧將它氧化，用超過濾或反滲透法分離 它的有機物，或用粉狀樹脂吸附等。最近Guimaraes

17、等研究用 微生物將它的有色物降解，取得較好效果。4、離子交換樹脂的工作壽命離子交換樹脂在使用較長時間后，由于吸附的雜質未能在再生時 完全洗脫除去，性能就逐漸下降，每個工作周期所能處理的糖液 量逐漸減少。一般在使用300500周期后，其性能就不符合 要求，需要更新（或轉作其他用途）。例如，一個日處理240噸 原糖的煉糖廠，一級脫色使用丙烯酸樹脂（總量5m3 ）。在使用 不同周期數時，每個周期處理的糖液量及所達到的脫色率的平均 值如下表。周期次序每周期處理糖液量BV糖液脫色率1 200 48 85201 300 45 84301 400 45 82401 450 45 79451 500 42 70501 550 34