[发明专利]液-固接触装置和方法

说明书

发明的领域：

本发明涉及液-固接触设备和通过液固接触作用而进行的物理化学过程的方法。

发明的背景：

离子交换和与离子交换相类似的装置，几乎毫无例外都是以固定床或半连续床作用的。固定床的标准设计是一个垂直的圆筒形容器。圆筒的底部装有一种树脂承载的液体收集系统。在树脂水平以上则装有一种分配系统。

因为液体在树脂床的整个表面上必须均匀地输送，而不能用向下的喷注，向下的喷注将扰动床层的位面，而离开树脂底层的液体必须在整个床层上被均匀地收集。所以分配和收集系统在这类设计中是十分重要的。

虽然固定床系统用得最为广泛，但它们仍存在一种明显的弊病。一种是离子交换反应仅仅发生在交换区的树脂部分，因此交换区以上的树脂是不起作用的，而交换区以下的树脂甚至没有使用，因此并不奇怪，在固定床交换柱里的树脂总量大大地大于任何时候的需要量，另外，因为在交换柱里的树脂必须周期地清洗和再生，所以要浪费大量的无用的停工时间。最后，因为发生交换过程的流体，当它沿着交换柱流下时，能与树脂交换的离子浓度逐渐降低。所以浓度梯度也随之降低，从而离子交换反应的效率也相应降低。

虽然通过平行连接几个固定床交换柱可以使固定床离子交换过程连续进行，这时，让再生在一个交换柱中进行，而离子交换反应则在另外的一个或几个柱中进行。但是这样的交换系统仍不能令人满意。具体地说，这种由多个固定床交换柱组成的系统仍然具有单个固定床交换柱所固有的许多弊病，例如，实际交换区的容积有限。树脂的用量比任何时候实际的需要量多得多。另外，尽管通过组合两个或两个以上固定床交换柱可以把浓度梯度降低的问题减轻到一定程度（以新鲜离子交换液输入这些交换柱中的每个交换柱中），但是，由于前面提到的交换柱中的树脂用量比任何时候实际需要的树脂量要多得多，在每一个单个交换柱内的反应动力仍是大大降低。

传统的固定床树脂交换系统另外一个明显的缺点是这些系统比较难以适应复杂的离子交换过程。具体地说，交换要在已有的一组交换柱系统中加进那怕一个交换柱也要安装相当复杂的阀门装置，这些阀门装置要能够使输入料适当地进行混合。而输入料可以是从系统外面来的新鲜料，一个或多个已经在系统中的交换柱的排出液，新鲜和循环料的混合物或者甚至根本一点输入料也没有。

同样，在交换柱的出料端，也必须装上阀门，这样才能够从系统中清除交换柱的排出液，直接把排出液循环返回到一个或多个别的交换柱中去，把它和一种或多种别的输入液或循环流混合而进入另外一个交换柱。或者是以上操作的任何组合。熟悉这项技术的人马上就可以理解，一个由10个交换柱组成的、它们中的每一个与其余的交换柱都有一个特定的进料和出料的关系的系统需要一种极其错综复杂的阀门系统。同样不言而喻的是，在有10个交换柱的过程中，操作条件的任何微子的改变也可能要求对阀的安排作艰巨的处理。

人们研制的一种连续接触器或实际上的半连续接触器解决了上面指出的某些问题。在这些系统中，树脂和溶液是相互逆向通过的，可以按需要为排出、再生和所要求的中间清洗建立稳态区，因此树脂的用量可以减少到等于工作容积加上互相连接的树脂传送系统的容积之和。但是，即使用了这种经过改良的方法，液流还是必须周期地中断而得不到真正的连续输料和出料，即还是不能得到一个真正的稳态断面。

连续接触器一般采取脉冲柱或流化床形式。在脉冲柱中，借助于真空或施加周期性的压力，树脂通过接触区时作向上或向下的运动。溶液在脉冲之间流过树脂。在流化床系统中，与＊束缚树脂发生交换。树脂可以逆着上行流而在一阻流柱中落下或者在搅拌室内发生交换，或者在搅拌的水槽器发生交换。在此水槽里或搅拌室内，树脂被机械力驱动逆着溶液的流向而向前运动。

连续接触器具有许多超过固定床型的优点，其中比较明显的一种是比较有效地利用了树脂。此外，在连续接触器里能够处理很浓的溶液，且它所能处理的体积也比固定床反应器所能处理的体积多得多。保持进入连续接触器的固定溶液的均匀分布以及从连续接触器收集产出的溶液的必要性是这类系统一种潜在的主要缺点。而当运用脉冲床系统时，树脂的机械破碎和需要大量机械阀又往往成为问题。

尽管通过连续接触系统能够达到树脂的较有效的利用，但是效率不高的本质缺点仍然存在，具体地说，例如脉冲床里的增量其大小必然是有限的，所以任一增量中的反应平衡并不总是有利的。这种化学效率的损失部分是由于树脂在每个脉冲期间局部地重新分级。当然增量太小也是不太切合实际的。

发明的目的和概要：