一、試驗(yàn)?zāi)康?/strong>
國(guó)內(nèi)某生物技術(shù)著名企業(yè)有多元醇料液,需要精制以提高產(chǎn)品質(zhì)量,采用離子交換樹(shù)脂對(duì)料液進(jìn)行精制(降低電導(dǎo)率和脫色)。
通過(guò)應(yīng)用試驗(yàn),選擇合適的樹(shù)脂和處理工藝流程,得到樹(shù)脂處理倍量和再生重復(fù)性,為工業(yè)化應(yīng)用提供支持。
二、技術(shù)要求
1、多元醇為丙二醇、丙三醇以及其它醇類的混合料液,醇類物質(zhì)含量18%。料液中主要雜質(zhì)為乳酸、乙酸等鈉鹽,電導(dǎo)率約1000 μs/cm。要求經(jīng)過(guò)樹(shù)脂處理后,電導(dǎo)率降到小于10 μs/cm。
2、pH變化不影響物料質(zhì)量。運(yùn)行溫度建議60℃,如果要降低溫度,就要增加板式換熱器。
3、曾經(jīng)用過(guò)樹(shù)脂處理,經(jīng)過(guò)一級(jí)陽(yáng)樹(shù)脂→陰樹(shù)脂,料液電導(dǎo)率可以降到9 μs/cm。
4、陽(yáng)樹(shù)脂采用硫酸再生。
5、根據(jù)技術(shù)要求和實(shí)驗(yàn)情況,試驗(yàn)選定ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂和ZGA451陰樹(shù)脂做為一級(jí)處理系統(tǒng),ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂和ZGA351陰樹(shù)脂作為二級(jí)處理系統(tǒng),采用單床串聯(lián)工藝處理。工藝流程為多元醇料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA451陰樹(shù)脂→一級(jí)出料,一級(jí)出料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA351陰樹(shù)脂→二級(jí)出料,運(yùn)行溫度控制~60℃。
三、試驗(yàn)設(shè)備及原輔料
1、交換柱、恒流泵(蠕動(dòng)泵)、阿貝折射儀、可見(jiàn)光分光光度計(jì)、電導(dǎo)率儀、酸度計(jì)、燒杯、量筒等。
2、樹(shù)脂:ZGC151強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂、ZGA451弱堿陰樹(shù)脂、ZGA351強(qiáng)堿陰樹(shù)脂。
3、輔料:氫氧化鈉、硫酸等。
四、試驗(yàn)方法
1、將ZGC151、ZGA451和ZGA351樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)處理,陽(yáng)樹(shù)脂分別使用2BV堿、酸交替預(yù)處理;陰樹(shù)脂分別使用2BV酸、堿交替進(jìn)行預(yù)處理。
2、預(yù)處理后的陽(yáng)樹(shù)脂,帶水裝填到交換柱中,保持樹(shù)脂層內(nèi)無(wú)氣泡,樹(shù)脂層上保持10cm高水層;用4BV5%H2SO4溶液以2BV/h流速?gòu)纳舷蛲ㄟ^(guò)樹(shù)脂層再生,用純水淋洗到排水pH試紙3~5。
量取樹(shù)脂體積70ml裝柱,注滿水,備用。如果運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂漂浮可在樹(shù)脂層上加過(guò)濾棉。
3、預(yù)處理后的陰樹(shù)脂,帶水裝填到交換柱中,保持樹(shù)脂層內(nèi)無(wú)氣泡,樹(shù)脂層上保持10cm高水層;用4BV4%NaOH溶液以2BV/h流速?gòu)纳舷蛲ㄟ^(guò)樹(shù)脂層再生,用純水淋洗到排水pH試紙8~9。
量取樹(shù)脂體積70ml裝柱,注滿水,備用。如果運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂漂浮可在樹(shù)脂層上加過(guò)濾棉。
4、將多元醇料液先從下向上通過(guò)ZGC151,再?gòu)纳舷蛳峦ㄟ^(guò)ZGA451,作為一級(jí)系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行,收集一級(jí)出料液,將一級(jí)出料液先從下向上通過(guò)ZGC151,再?gòu)纳舷蛳峦ㄟ^(guò)ZGA351,作為二級(jí)系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行,運(yùn)行流速2BV/h。
5、運(yùn)行時(shí),每1h取樣檢測(cè),檢測(cè)流出液電導(dǎo)率、pH、色值(不發(fā)黃)、透光率(T420)。記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)和處理量。
6、樹(shù)脂運(yùn)行失效后,再生后,進(jìn)行第二周期。
①陽(yáng)樹(shù)脂再生
步驟 |
溶液 |
用量BV |
流速BV/h |
時(shí)間h |
水洗 |
純水 |
2 |
2 |
1 |
再生 |
5%H2SO4 |
3 |
3 |
1 |
慢洗 |
純水 |
2 |
2 |
1 |
淋洗 |
純水 |
pH4試紙 |
4 |
記錄耗水量、電導(dǎo)率 |
運(yùn)行 |
多元醇料液 |
|
2 |
|
②陰樹(shù)脂再生
步驟 |
溶液 |
用量BV |
流速BV/h |
時(shí)間h |
水洗 |
純水 |
2 |
2 |
1 |
再生 |
4%NaOH |
3 |
3 |
1 |
慢洗 |
純水 |
2 |
2 |
1 |
淋洗 |
純水 |
pH8試紙 |
4 |
記錄耗水量、電導(dǎo)率 |
運(yùn)行 |
陽(yáng)樹(shù)脂出料 |
|
2 |
|
7、運(yùn)行試驗(yàn)裝置圖
五、試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)
1、進(jìn)料檢測(cè)數(shù)據(jù):濃度49.5%,電導(dǎo)率1043 μs/cm,pH為8.12,透光率64.2%
2、第一周期運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)
2.1實(shí)驗(yàn)工藝:多元醇料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA451陰樹(shù)脂→出料。
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
|
1 |
137 |
352 |
11.38 |
96.5 |
淡黃色 |
2 |
125 |
67.3 |
10.37 |
96.9 |
無(wú)色 |
3 |
128 |
58.8 |
10.28 |
97.4 |
無(wú)色 |
4 |
124 |
39.5 |
10.42 |
100 |
無(wú)色 |
5 |
134 |
58.5 |
10.67 |
98.2 |
無(wú)色 |
6 |
115 |
34.3 |
8.49 |
99.7 |
無(wú)色 |
7 |
135 |
39.4 |
10.01 |
93.8 |
無(wú)色 |
8 |
134 |
56.0 |
10.33 |
93.0 |
無(wú)色 |
9 |
127 |
32.4 |
9.97 |
97.5 |
無(wú)色 |
10 |
134 |
33.5 |
9.74 |
96.4 |
無(wú)色 |
11 |
135 |
32.8 |
9.37 |
93.5 |
淡黃色 |
12 |
124 |
31.0 |
8.62 |
90.4 |
淡黃色 |
13 |
132 |
31.4 |
8.24 |
89.9 |
淡黃色 |
14 |
125 |
37.7 |
7.43 |
83.4 |
淡黃色 |
15 |
129 |
116.6 |
7.74 |
74.8 |
淡黃色 |
16 |
112 |
94.2 |
6.85 |
81.2 |
淡黃色 |
合計(jì)運(yùn)行多元醇料液2050mL。
應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,采用ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA451陰樹(shù)脂串聯(lián)運(yùn)行,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)出料電導(dǎo)率均在10 μs/cm以上,達(dá)不到技術(shù)要求。因此選用陰樹(shù)脂為ZGA351樹(shù)脂,試驗(yàn)觀察出料情況。
2.2 實(shí)驗(yàn)工藝:多元醇料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA351陰樹(shù)脂→出料。
時(shí)間(h) |
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
1 |
112 |
69.0 |
10.09 |
97.2 |
無(wú)色 |
2 |
120 |
35.2 |
8.37 |
96.8 |
無(wú)色 |
合計(jì)運(yùn)行多元醇料液232mL。
采用ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA351陰樹(shù)脂串聯(lián)運(yùn)行工藝,出料液電導(dǎo)率仍在10 μs/cm以上,同樣達(dá)不到技術(shù)要求。
試驗(yàn)情況分析,單級(jí)樹(shù)脂處理,多元醇電導(dǎo)率無(wú)法滿足小于10us/cm要求。因而采用二級(jí)離交處理系統(tǒng),具體工藝流程為多元醇料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA451陰樹(shù)脂→一級(jí)出料,一級(jí)出料液→ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA351陰樹(shù)脂→二級(jí)出料,分別觀察一級(jí)出料及二級(jí)出料液情況。
3、第二周期運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)
3.1 ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA451陰樹(shù)脂一級(jí)處理運(yùn)行數(shù)據(jù)
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
|
16 |
1570 |
39.2 |
8.80 |
95.7 |
淡黃色 |
17 |
148 |
81.6 |
7.32 |
88.0 |
淡黃色 |
18 |
147 |
62.0 |
7.16 |
92.6 |
淡黃色 |
19 |
142 |
58.2 |
7.19 |
91.8 |
淡黃色 |
20 |
147 |
89.5 |
7.50 |
88.7 |
淡黃色 |
21 |
150 |
93.5 |
7.18 |
87.9 |
淡黃色 |
22 |
148 |
90.0 |
7.36 |
86.5 |
淡黃色 |
23 |
148 |
89.5 |
6.95 |
84.3 |
淡黃色 |
27 |
610 |
109.2 |
5.37 |
73.3 |
淡黃色 |
28 |
153 |
184.5 |
5.33 |
67.1 |
淡黃色 |
合計(jì)運(yùn)行多元醇料液3363mL。
3.2 ZGC151陽(yáng)樹(shù)脂→ZGA351陰樹(shù)脂二級(jí)處理運(yùn)行數(shù)據(jù)
時(shí)間(h) |
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
16 |
1010 |
21.1 |
9.43 |
98.8 |
無(wú)色 |
17 |
100 |
9.79 |
9.20 |
98.7 |
無(wú)色 |
18 |
100 |
8.73 |
9.13 |
99.1 |
無(wú)色 |
19 |
103 |
8.32 |
8.89 |
98.8 |
無(wú)色 |
20 |
102 |
7.49 |
9.18 |
98.9 |
無(wú)色 |
21 |
106 |
7.43 |
9.28 |
98.0 |
無(wú)色 |
22 |
103 |
6.82 |
9.56 |
99.4 |
無(wú)色 |
23 |
102 |
6.56 |
9.39 |
99.5 |
無(wú)色 |
27 |
390 |
8.14 |
8.36 |
97.8 |
無(wú)色 |
28 |
104 |
22.4 |
10.01 |
98.2 |
無(wú)色 |
合計(jì)運(yùn)行一次出料液2220mL(以單柱陰樹(shù)脂體積倍量計(jì)為32BV)。
3.3 試驗(yàn)運(yùn)行出料液圖片
4、第三周期運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)
4.1 將一級(jí)陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂再生,淋洗,陽(yáng)樹(shù)脂ZGC151再生水耗382 mL,電導(dǎo)率為285 μs/cm,陰樹(shù)脂ZGA451再生水耗432 mL,電導(dǎo)率為49.6 μs/cm。
時(shí)間(h) |
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
6 |
840 |
19.40 |
9.28 |
97.1 |
無(wú)色 |
7 |
147 |
17.71 |
9.69 |
91.4 |
無(wú)色 |
8 |
142 |
13.74 |
9.67 |
98.0 |
無(wú)色 |
9 |
142 |
8.90 |
9.01 |
93.9 |
淡黃色 |
10 |
142 |
10.66 |
8.41 |
94.3 |
淡黃色 |
11 |
146 |
11.47 |
8.26 |
94.9 |
淡黃色 |
12 |
138 |
11.61 |
8.02 |
93.4 |
淡黃色 |
13 |
142 |
12.47 |
7.69 |
89.6 |
淡黃色 |
19 |
835 |
24.3 |
4.96 |
72.8 |
黃色 |
20 |
138 |
75.6 |
4.56 |
54.4 |
黃色 |
21 |
67 |
92.3 |
4.55 |
51.6 |
黃色 |
合計(jì)運(yùn)行多元醇料液2879mL(以單柱陰樹(shù)脂體積倍量計(jì)為41BV)。此時(shí),一級(jí)系統(tǒng)的進(jìn)料多元醇料液通完。
4.2二級(jí)陽(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)脂進(jìn)行再生,淋洗,樹(shù)脂ZGC151再生水耗257 mL,電導(dǎo)率為339 μs/cm,陰樹(shù)脂ZGA351再生水耗482 mL,電導(dǎo)率為31.8 μs/cm。
時(shí)間(h) |
處理量ml |
電導(dǎo)率μs/cm |
pH |
透光率T420% |
外觀 |
6 |
805 |
6.39 |
8.44 |
97.7 |
無(wú)色 |
7 |
125 |
5.10 |
9.66 |
98.6 |
無(wú)色 |
8 |
134 |
4.80 |
9.01 |
98.7 |
無(wú)色 |
9 |
135 |
4.22 |
8.93 |
98.1 |
無(wú)色 |
10 |
136 |
4.18 |
9.02 |
97.0 |
無(wú)色 |
11 |
138 |
4.20 |
8.84 |
97.5 |
無(wú)色 |
12 |
133 |
4.16 |
8.92 |
99.3 |
無(wú)色 |
13 |
135 |
4.13 |
8.60 |
98.4 |
無(wú)色 |
19 |
795 |
3.96 |
8.59 |
97.9 |
無(wú)色 |
20 |
133 |
9.31 |
9.39 |
95.7 |
無(wú)色 |
21 |
134 |
3.05 |
8.09 |
96.8 |
無(wú)色 |
22 |
138 |
2.62 |
8.62 |
95.3 |
無(wú)色 |
23 |
132 |
3.07 |
8.74 |
97.7 |
無(wú)色 |
24 |
133 |
3.31 |
8.74 |
97.6 |
無(wú)色 |
25 |
137 |
3.13 |
8.55 |
98.1 |
無(wú)色 |
合計(jì)運(yùn)行多元醇料液3343mL(以單柱陰樹(shù)脂體積倍量計(jì)為48BV),此時(shí)樹(shù)脂還沒(méi)有運(yùn)行失效,但料液用完。
六、試驗(yàn)結(jié)果分析
1、多元醇料液經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂→弱堿陰樹(shù)脂→強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂→強(qiáng)堿陰樹(shù)脂兩級(jí)處理后,出料液電導(dǎo)率可以降到10us/cm以下,滿足技術(shù)要求。
2、樹(shù)脂經(jīng)過(guò)再生后,進(jìn)行第二周期和第三周期的運(yùn)行,數(shù)據(jù)表明周期重復(fù)性好。
采用樹(shù)脂處理法,可以滿足對(duì)多元醇進(jìn)行除鹽脫色。
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