Ионообменная установка Советский патент 1991 года по МПК B01J47/02 

Изобретение относится к ионному обмену, а точнее к сорбционно-десорбци- онным аппаратам с противоточным контактированием в системе твердое тело - жидкость, и наиболее эффективно может быть использовано в микробиологической, медицинской и других смежных отраслях промышленности, например, для выделения лизина.

Цель изобретения - повышение стабильности работы установки при транспортировке ионита.

На фиг. 1 изображена предлагаемая ионообменная установка, общий вид; на фиг. 2 -узел I на фиг. 1, продольный разрез с изображением участка вертикальной трубы, сообщающей верхние части приемников; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на

фиг. 4- вид проходного узла вертикальной трубы напротив входного отверстия патрубка насоса.

Ионообменная установка состоит из противоточной колонны 1 с двумя парами приемников ионита 2 и 3. расположенными под колонной 1, а приемники ионита 4 и 51- над колонной 1. Приемники 2 и 3 связаны между собой переточной трубой 6 с вентилем 7, а приемники 4 и 5 - переточной трубой 8 с вентилем 9. Для подвода и отвода реагентов в колонну 1 служат устройства, включающие распределители-приемники 10-12 с соответствующими магистралями 13-15. Трубопровод 16с вентилем 17 соединяет нижний приемник 3 с верхним приемником 4 и применяется периодически для гидравлического транспорта ионита при помощи транспортирующей жидкости, вводимой в приемник 3 подающим насосом 18

О

ел о

N3

fc

Верхние части приемников 2 и 3 сообщаются между собой посредством вертикальной трубы 19 с вентилем 20, к которой последовательно сверху вниз ниже вентиля 20 присоединены трубопровод 21 возврата транспортирующей жидкости из верхней части установки в нижнюю и выходной трубопровод 22 подающего насоса 18. Кроме этого, верхняя часть приемника 5 соединена с трубопроводом 21 посредством патрубка 23 с вентилем 24, а слив отреагировавшей жидкости из установки осуществляется через подключенную к расширенной верхней части колонны 1 трубу 25, к которой подсоединен дренажный трубопровод 26 с вентилем 27, в свою очередь связанный с трубопроводом 21 возврата транспортирующей жидкости.

Для управления работой установки служат регулирующие вентили 28-30.

В месте подсоединения к трубе 19 трубопровода 22 насоса 18 ее участок (вставка) 31 выполнен прямоугольного поперечного сечения и,внутри него напротив входного отверстия патрубка 23 размещены упругая пластина 32, например, из резины и уголок 33, вертикальный участок 34 которого при помощи винтов 35 поджимает верхнюю часть пластины 32 к стенке над отверстием, а нижний участок 36 выполнен с продольными прорезями 37 и направлен вниз под углом к оси вставки 31. Боковые торцы уголка 33 примыкают к внутренним стенкам вставки 31, за исключением нижнего торца участка 36, образующего зазор 38 со стенкой вставки 31 напротив входного отверстия патрубка 23. Причем длина нижней части пластины 32 равна длине нижнего участка 36 уголка 33, так что при отклонении пластины 32 истекающим из патрубка 22 потоком жидкости и прилегании ее к участку 36 сохраняется зазор 38.

Установка работает следующим образом.

В колонне 1 в непрерывно движущемся сверху вниз слое ионита происходит ряд сорбционно-десорбционных процессов, вызванных подачей в слой на разных уровнях жидких реагентов, движущихся навстречу потоку ионита.

Так, например, в случае выделения лизина из послеферментационной культу- рэльной жидкости соответственно сверху вниз по высоте колонны 1 через распределитель 10 в слой ионита непрерывно подают исходную суспензию культуральной жидкости, через приемник 11 отводят часть объема элюата с выделенным лизином, а через распределитель 12 в слой ионита вводят раствор щелочи. При этом в зоне выше

распределителя 10 из культуральной жидкости осуществляется сорбция на ионит лизина и амфотерных примесей, в зоне между распределителем 10 и приемником 11 происходит очистка ионита от амфотерных примесей частью элюата с одновременной отдачей в фазу ионита лизина из раствора (элюата), поднимающегося из зоны между приемником 11 и распределителем 12, в которой осуществляется элюция лизина с ионита раствором щелочи. В зоне установки ниже распределителя 12 происходит отмывка ионита от щелочи водой, вытесняемой потоком ионита из приемников 2 и 3. Непрерывный отвод отработавшей жидкости из колонны 1 осуществляется через трубу 25.

В период заполнения ионитом приемника 3 вентили 17, 28 и 29 закрыты, а вентиль 20 открыт, При этом жидкость

(отмывная вода), вытесняемая из приемника 3 ионитом, перепускается в приемник 2 через трубу 19, свободно проходя снизу вверх через прорези 37 уголка 33. Течение воды не навстречу потоку ионита, а в обход его значительно уменьшает гидравлическое сопротивление потоку ионита и, следовательно, увеличивает его скорость, но соответственно уменьшает время заполнения ионитом нижнего приемника 3.

После достижения уровня ионита в приемнике 3 немного ниже торца переточной трубы 6 закрывают вентили 7 и 20, разъединяя тем самым приемники 2 и 3, а также закрывают вентиль 9 для разъединения приемников 4 и 5.

После этого открывают вентили 17, 28 и 29 и включают в работу подающий насос 18. Транспортирующая жидкость (вода) при своем течении под напором по патрубку 23

отклоняет нижнюю часть упругой пластины 32 и поджимает ее к нижней части 36 уголка 33. При своем повороте во вставке 31 на 90° поток воды под острым углом затекает на ее стенку в районе щелевого згзора 38 и вызывает эжекцию через него жидкости из объема трубы 19, расположенного выше уголка 33. Поступающая под давлением из трубы 19 в приемник 3 вода вытесняет из него ионит в трубопровод 16. по которому далее

ионит в виде жидкой суспензии транспортируется в верхний приемник 4.

Поступающий в приемник 4 ионит сепарируется от транспортирующей воды, кото- рая, смешиваясь с ранее находившейся там жидкостью, вытесняется в трубопроводы 21 и 26. Поскольку трубопровод 21 подсоединен с трубе 19 выше уголка 33, где за счет эжекции создается разрежение, то это позволяет части вытесняемой из приемника 4

жидкости возвращаться в нижнюю часть установки и смешиваться с потоком водь- от насоса 1В.

Жидкость, скапливающаяся в приемнике 4 перед началом транспортирования в нее смолы, представляет собой смесь воды, оставшейся после предыдущего перекачивания смолы, и отработанной культураль- ной жидкости, поступившей в приемник 4 противотоком из колонны 1 при движении в нее ионита последовательно из приемника 4 через приемник 5.

В установке вытеснение ионита из приемника 3 происходит за счет создания в ней повышенного давления. В данной конструк- ции соотношение объемов жидкости и смолы уменьшается до 2,5-2:1. Исходя из этого, подающий насос 18 выбран таким,чтобы при незначительном расходе воды обеспечивать большой напор. При этом по сравнению с эжекторными системами гидротранспорта снижается расход транспортирующей воды, но увеличивается расход перекачиваемого ионита и снижается время опорожнения от него приемника 3. Откачи- ваемая же из приемника 4 по трубопроводу 21 жидкость увеличивает объем поступающей в приемник 3 жидкости до требуемого соотношения с обьемом ионита.

Подсоединение трубопровода 21 не к всасывающему патрубку насоса 18, а к трубе 19 исключает прохождение через насос 18 рециркулирующей жидкости с небольшим количеством твердой фазы (ионита и твердых включений культуральной жидко- сти), а следовательно, повышает надежность в работе насоса 18.

Во время транспортирования ионита из приемника 3 в верхнюю часть установки ионит, перетекая из колонны 1, заполняет jjacTb объема приемника 2. После окончания передачи ионита из нижней в верхнюю часть установки выключают подающий насос 18, закрывают вентили 17, 28, 29 и открывают вентили 7 и 20. Через переточную трубу 6 в приемник 3 начинает поступать ионит из приемника 2, т.е. начинается уже описанный выше процесс заполнения иони- том приемника 3.

Одновременно с этим в верхней части установки открывают вентили 9 и 24. Накопленный в приемнике 4 ионит через переточную трубу 8 начинает перетекать в нижележащий приемник 5, а вытесняемая им из приемника 5 жидкость через патрубок 23 и участок трубопровода 21 перетекает в приемник 4. Это увеличивает скорость течения ионита через трубу 8, что, в свою очередь, позволяет достигнуть состояния, при котором расход ионита из приемника 4 в приёмник 5 превысит расход ионита из приемника 5 в колонну 1. В результате этого приемник 5 частично заполняется ионитом и создается его запас для обеспечения непрерывного поступления ионита в колонну 1 в период перекачивания ионита из нижней в верхнюю часть установки, т.е. когда не происходит поступления ионита из приемника 4,

В вертикальной колонне 1 гранулированный ионит движется сверху вниз непрерывным плотным слоем под действием силы тяжести навстречу потокам реагентов. Равенство диаметров выходного в колонну 1 патрубка приемника 5 и выходного в приемник 2 патрубка колонны 1 обеспечивает равенство входящего и выходящего из ко-. лонны 1 потоков ионита, а следовательно, постоянный расход ионита по высоте колонны 1. Постоянство положения участков обращения потоков ионита и реагентов (положение сорбционных фронтов) относительно стенок колонны 1 достигается автоматической регулировкой скорости подачи реагентов в колонну 1 (электрическая схема системы автоматического регулирования на чертежах условно не показана).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Ионообменная установка, включающая противоточную колонну с верхним и нижним приемниками ионита, расположенными над и под колонной, связанными между собой переточной трубой с вентилем, устройства для подвода и отвода реагентов, перепускной трубопровод для ионита, подающий насос и рециркуляционный трубопровод для транспортирующей жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения стабильности работы установки при транспортировке ионита, она снабжена вертикальной трубой с вентилем, соединяющей верхние части нижних приемников, к которой последовательно присоединены ниже вентиля рециркуляционный трубопровод и выходной трубопровод подающего насоса, при этом в месте соединения последнего вставка трубопровода выполнена прямоугольного сечения и снабжена упругой пластиной, перекрывающей сечение выходного трубопровода насоса, прикрепленной посредством уголка, нижняя часть которого имеет прорези и размещена с зазором относительно стенки вставки,

26, У

33

Физ.З

Редактор Т.Иванова

Составитель И.Рогачева

Техред М.МоргенталКорректор О.Кравцова

Фив.1

ФиеЛ

огачева

Изобретение относится к сорбционно- дееорбционным аппаратам с противоточ- ным контактированием в системе твердое тело-жидкость и наиболее эффективно может быть использовано в микробиологической, медицинской и др. смежных отраслях промышленности, например, для выделения лизина. Целью изобретения является повышение стабильности работы установки при транспортировке ионита. Установка снабжена сообщающей верхние части приемников вертикальной трубой с вентилем, к которой последовательно сверху вниз ниже вентиля присоединены трубопровод возврата транспортирующей жидкости и выходной патрубок подающего насоса. Участок трубы в месте подсоединения к нему патрубка насоса выполнен прямоугольного поперечного сечения и внутри него над патрубком подающего насоса посредством уголка, расположенного внутри трубы, укреплена упругая пластина, перекрывающая сечение патрубка. Нижняя часть уголка выполнена с продольными прорезями 4 ил.