Противоточная ионообменная колонна Советский патент 1991 года по МПК B01J47/02 

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

Цель изобретения - повышение эффективности колонны в работе путем уменьшения разупорядочения структуры ионита в районе распределителя.

На фиг.1 изображена противоточная ионообменная колонна, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - участок распределителя.

Противоточная ионообменная колонна состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с двумя парами приемников ионита. Приемники 2 и 3 расположены под корпусом 1, а приемники 4 и 5 - над корпусом

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. Трубопровод 10 с вентилем 11 соединяет нижний приемник 3 с верхним приемником 4 и применяется периодически для гидравлического транспорта ионита с помощью транспортирующей жидкости (воды), вводимой в приемник 3 подающим насосом 12. Для подвода реагентов в корпус 1 служат трубопроводы 13 и 14, подсоединенные соответственно к распределителям 15 и 16,а трубопровод 17 подсоединен к дренажному устройству 18 и служит для отвода реагента из корпуса 1.

Распределитель 15 выполнен в виде двух перфорированных по длине трубок 19 и 20, имеющих синусоидальную форму в вертикальной плоскости и спиральную в горизонтальной, при этом трубки 19 и 20 за пределами корпуса 1 соединены струбопроводом 13, а внутри корпуса 1 выполнены с противоположным к его оси направлением навивки и установлены на одном уровне с зазором одна относительно другой. Отверстия 21 перфорации по длине трубок 19 и 20 размещены так, что в местах их перегибов они обращены вниз. Так же выполенен и распределитель 16.

Транспортирующая вода от подающего насоса 12 по патрубку 22 подводится в верхнюю часть приемника 3, а слив отреагировавшей жидкости из колонны осуществляется через подключенную к расширенной верхней части корпуса 1 магистраль 23. Для управления работой колонной служат регулирующие вентили 24-29.

Протмвоточная ионообменная колонна работает следующим образом.

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

Так, например, в случае выделения лизина из послеферментационной культу- ральной жидкости соответственно сверху вниз по высоте корпуса 1 через распределитель 15 в слой ионита непрерывно подают исходную суспензию культуральной жидкости, через дренажное устройство 18 отводят часть объема элюата с выделенным лизином, а через распределитель 16 в слой ионита вводят раствор щелочи. При этом в зоне выше распределителя 15 из культуральной жидкости осуществляется сорбция на ионит лизина и амфотерных примесей, и в зоне между распределителем 15 и дренажным устройством 18 происходит очистка ионита от амфотерных примесей частью элюата с одновременной отдачей в фазу ионита лизина из раствора (элюата), поднимающегося из зоны между дренажным устройством 18 и распределителем 16, в которой осуществляется элюация лизина с ионита раствором щелочи. 8 зоне колонны ниже распределителя 16 происходит отмывка ионита от щелочи водой, вытесняемой потоком ионита из приемников 2 и 3. Непрерывный отвод из корпуса 1 отработавшей жидкости осуществляется через магистраль 23. В период заполнения ионитом приемника 3 вентили 11 и 24 закрыты, а вентиль 7 открыт.

После достижения уровня ионита в приемнике 3 немного ниже торца переточной трубы 6 закрывают вентиль 7, разъединяя тем самым приемники 2 и 3, а также закрывают вентиль 9 для разъединения приемников 4 и 5. После этого открывают вентили 11 и 24 и включают в работу подающий насос

12. Поступающая под давлением из патрубка 22 в приемник 3 транспортирующая жидкость (вода) вытесняет из него ионит в трубопровод 10, по которому далее ионит в

виде жидкой суспензии транспортируется в верхний приемник 3. Поступающий в приемник 4 ионит сепарируется от транспортирующей воды, которая, смешиваясь с ранее находившейся там жидкостью, вытесняется

0 в магистраль 23, при этом вентиль 25 открыт, а вентиль 26 закрыт. Во время транспортирования ионита из приемника 3 в верхнюю часть колонны ионит, перетекая из корпуса 1, заполняетчасть объема приемни5 ка 2. После окончания передачи ионита из нижней в верхнюю часть колонны выключают подающий насос 12, закрывают вентили 11 и 24 и открывают вентиль 7. Через переточную трубу 6 в приемник 3 начинает по0 ступать ионит из приемника 2, т.е. начинается уже описанный процесс заполнения ионитом приемника 3.

Одновременно с этим в верхней части колонны открывают вентиль 9 и накоплен5 ный в приемнике 4 ионит через переточную трубу 8 начинает перетекать в нижележащий приемник 5. Расход ионита из приемника 4 в приемник 5 устанавливают выше расхода ионита из приемника 5 в корпус 1,

0 в результате чего приемник 5 частично заполняется ионитом и создается его запас для обеспечения непрерывного поступления ионита в корпус 1 в период перекачивания ионита из нижней в верхнюю часть

5 колонны, т.е. когда не происходит поступления ионита из приемника 4 в приемник 5.

В вертикальном корпусе 1 гранулированный ионит движется сверху вниз непрерывным плотным слоем под действием силы

0 тяжести навстречу потокам реагентов. Равенство диаметров выходного в корпус 1 патрубка приемника 5 и выходного в приемник 2 патрубка корпуса 1 обеспечивает равенство входящего и выходящего из

5 корпуса 1 потоков ионита и, следовательно, постоянный расход ионита по высоте корпуса. Постоянство положения участков обращения потоков ионита и реагентов (положение сорбционный фронтов) относи0 тельно стенок корпуса 1 достигается автоматической регулировкой скорости подачи реагентов в корпус 1.

Струи реагента, истекающие во все стороны из отверстий 21 трубок 19 и 20,

5 распределителя 15, осуществляют псевдоожижение (взрыхление) всего слоя ионита в районе расположения распределителя 15. Равномерному распределению реагента в слое ионита способствует равномерное по площади поперечного сечение колонны 1

расположение трубок 19 и 20 за счет их спиральной формы в горизонтальной плоскости с противоположным направлением навивки и зазором одна относительно другой. Кроме того, синусоидальная в вертикальной плоскости форма трубок 19 и 20 позволяет уменьшить до минимума площадь, занимаемую распределителем 15 в любом поперечном сечении колонны 1 в месте его установки, а следовательно, свести к минимуму разупорядочение структуры движущегося в колонне 1 слоя ионита.

Выполнение противоточной ионообменной колонны описанным образом позволяет уменьшить разупорядочение структуры движущегося в ней слоя ионита в районе распределителя реагента при одновременном достижении равномерности распределения этого реагента в слое ионита и повышении его однородности за счет действия псевдоожижающих струй реагента во всем поперечном сечении колонны, в

результате чего уменьшаются проскоки жидкого реагента через неоднородности слоя ионита и, следовательно, повышается эффективность колонны в работе.

Формула изобретения

Противоточная ионообменная колонна, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с трубопроводами подвода и отвода ионита, дренажное устройство и трубопровод ввода реагентов с распределителем, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы колонны путем уменьшения разупорядочения структуры слоя ионита в районе распределителя, последний выполнен из двух трубок, отходящих от трубопровода для овода реагсктоз ; входящих в колонну с противоположных сторон, установленных в колонне спираль но по горизонтали на одном уровне с зазором одна относительно другой, при этом трубки имеют перфорацию и синусоидальную форму в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к ионному обмену, а именно к сорбционно-десорбционным аппаратам с противоточным контактированием в системе твердое тело - жидкость, и может быть использовано в микробиологической, медицинской и др. смежных отраслях промышленности, например, для выделения лизина. Целью изобретения является повышение эффективности колонны в работе путем уменьшения разупорядочения структуры слоя ионита в районе распределителя. Для этого последний выполнен из двух трубок, имеющих перфорацию и синусоидальную форму в вертикальной плоскости и установленных в колонне спирально по горизонтали на одном уровне с зазором одна относительно другой. 3 ил.

Фиг.1

-.- ../-.Viv-..-..

. LV- .:; j.

:л

V

v. .i V/.

V; :. f- . I /

..- . . |Л v

.: :./-.

./.- ....- .-.V-.-v