CN104907109A - 输入分配连续离子交换设备 - Google Patents

Abstract

输入分配连续离子交换设备主要由主机底座；活塞主立柱；阀离合系统；阀回转切换系统；回转驱动系统；输入分配系统；离合阀；外围系统有：液压系统、输入泵组系统、在线检测系统、自控系统、若干个装有树脂的树脂柱、阀门管道系统等组成；本输入分配连续离子交换设备，管路切换系统不用大直径平面密封，用带离合阀的阀离合系统和阀回转切换系统代替；取掉回转大转盘，通过输入分配系统使树脂柱不动，实现连续离子交换的各项功能，设备耗能低，占地面积小，可靠耐用。

Description

输入分配连续离子交换设备

技术领域

适用于应用离子交换或色谱分离技术的行业或领域。特别适用于对传统离子交换或色谱分离工艺设备的改造。 

背景技术

离子交换作为一种现代分离手段,是在20世纪40年代人工合成了离子交换树脂以后的事，离子交换的选择性较高，更适用于高纯度的分离和净化；离子交换应用范围很广，主要用于生物和制药工程、饮料与食品、湿法治金、精细化工、水处理及重金属废水处理、尾矿废水处理。 

    离子交换法是液相（原液）中的离子和固相（树脂）中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体交换，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。 

    离子交换都是树脂装在树脂柱中进行的，固相树脂上的活性基团上的离子与溶液（原液）中的某些离子发生交换，这些离子与树脂上的活性基团更容易结合，保留在树脂上，而树脂上活性基团上的离子释放到溶液中，称为交换或吸附工序。交换达到一定程度后，即所有或大部分树脂上的活性基团都和溶液中的这些离子结合（交换或吸附饱和）；因树脂柱中还有原液及其它离子或杂质，用另外的溶液或溶剂（冲洗液）置换出来（以使解析液纯度高），称为冲洗工序；再使用高浓度或者高洗涤强度的溶液（解析液）将结合到树脂上活性基团上的离子再次交换出来，得到了浓缩液和纯化液（解析后液，离子成分被选择性富集了），称为解析工序；解析完的树脂，再经过一种溶液（再生液）处理，使树脂活性其团释放出的原固有的离子又与树脂上的活性基团结合，恢复它的交换或吸附能了，称为再生工序。再生好的树脂又可进行交换可吸附，所以树脂是可循环使用的。 

     离子交换设备分为固定床离子交换设备及连续离子交换设备，现在常规的固定柱离子交换设备是单柱工作，由泵组和几个树脂柱组成，每个树脂柱都是间歇工作的，先是原液泵入原液，等出液超过某一标准后原液泵停止，再切换阀门，冲洗泵泵入冲洗液，出液达到某一标准后停止，切换阀门，解析泵泵入解析液，出液达到某一标准后停止，切换阀门，再生泵泵入再生液，出液达到某一标准后停止。  所以常规固定柱离子交换设备存在如下不足： 

 树脂交换过程中易出现拖尾现象，造成部分树脂空置浪费，树脂使用效率低；冲洗液、解吸液、再生液用量多，浪费严重； 废液排放量大； 每个树脂柱各工序都是间歇运行，运行的周期较长，设备效率低； 连接的管路及阀门多，操作繁琐。

    连续离子交换一般分为为：交换工序、冲洗工序、解析工序、再生工序；每个工序都是由若干个树脂柱串联组成，在一个工作周期内这些工序同时进行，一般来说交换工序的第一个串联的树脂柱的树脂从开始交换到完全交换饱和所用的时间称作一个工作周期，当然通过调整工艺参数（流量、流速、树脂柱串联的多少等）同时也要保证冲冼工序的第一个树脂柱冲洗最干净，解析工序的第一个树脂柱解析最完全，再生工序的第一个树脂柱再生最彻底；当一个工作周期完成后，通过连续离子交换设备使上个工作周期本工序的串联的第一个树脂柱要成为本工作周期下工序的最后一个串联树脂柱，同时上工作周期本工序的串联的第二个树脂柱成为本工作周期本工序的串联的第一个树脂柱，每完成一个工作周期都进行一次这样的转换； 所以连续离子交换有如下优势：整合所有的离子交换步骤、可连续运转、系统匹配性强； 驱动伺服智能化控制，单机可实现多物质分离；树脂利用率高，产品收率、浓度及纯度高且稳定； 相对固定床，树脂用量可减少50%~80%，再生剂的用量可节约35%~60%，洗涤水的用量可节约50%~70%；因连续离子交换交各工序的出液可套用到前道工序，所以无三废排放或废液排放量极少，节能环保。 

  

    由于连续离子交换设备与固定床离子交换设备有无可比拟的优势，所以人们纷纷研究连续离子交换设备，我国是从二十一世纪初引进国外连续离子交换设备，主要用在一些产品附加值高的企业如制药等，但价格贵；

附图说明：

图1是进口连续离子交换设备结构示意图;

图2是:本发明输入分配连续离子交换设备主机结构示意图;

图3是:离合阀结构及工作过程示意图;

图4是耐酸吸气阀示意图;

    图5是:输入分配连续离子交换设备的工作过程示意图。

进口连续离子交换设备图1，由主立柱121、下圆盘124、密封板125、上圆盘126组成的管路切换系统，若干个大转盘支腿122、大转盘127、若干个树脂柱组成回转系统，还包括外部的泵和自动控制系统等。 

若干大转盘支腿122与基础固定均布安装在管路切换系统周围，若干个树脂柱128固定安装在大转盘127上，大转盘127和其上的树脂柱128安装在大转盘支腿122上，在驱动电机123的带动下可以绕管切换系统回转，大转盘127和上圆盘126通过连接件129连接，使上圆盘126可以和大转盘127一起回转，树脂柱的进出管130与上圆盘126上的通道依次相连接，下圆盘124的各通道与连续离子交换各工序的输入输出管相连通，各工序树脂柱的串联也是通过下圆盘124的内外通道的两两一一相互连通来实现的。 

管路切换系统密封板125夹在上圆盘126和下圆盘124中间、上圆盘126粘结在一起，这三个零件同心安装在主立柱121上，下圆盘124和主立柱121固定不动；上圆盘126和与其粘接在一起的密封板125在大转盘127的带动下可绕主立柱121回转；下圆盘124、密封板125和上圆盘126的平面上都有相对位置完全相同的若干个孔，孔分内外两圈，分别均布在以各自中心为圆心的两个不同直径（直径小的为内圈，直大的为外圈）的同心圆上，内圈和外圈的孔数相等，这些孔也称作流道，上圆盘126、密封板125和下圆盘124内圈通道两两一一对应相通，外圈通道两两一一对应相通，密封板125起密封作用的，通过施加在上圆盘126和下圆盘124轴向压紧力（不管是静止还是转动）使各通道与通道之间相互密封，也使各通道与外界密封，当上圆盘126相对下圆盘124转过一个角度（一般为360°/树脂柱数）后，上圆盘126的内圈和外圈通道都能和下圆盘124的内外圈通道两两一一对应相通； 通过上圆盘126转动一个角度（一般为360°/树脂柱数），可实现上圆盘126上的通道与下圆盘124上与上圆盘转动方向同向的相邻通道相通，也就是上圆盘126所有的通道都和下圆盘124在与上圆盘126旋转方向同向的相邻通道相连通，使与通道连接的管道的液体实现了依次的转换，可实现连续离子交换设备的各工序之间的转换。 

      管路切换系统所使用的密封是聚四氟乙烯材质的多孔密封板，这种材料耐酸碱，抗老化，耐高温等，但用它做大直径平面密封，还要相对运动，就需要它和与其配合接触的平面的平面度和光洁度精度很高，相应的加工难度很大；还有就是要很大的压紧力才保证密封，他们采取的方法是在上圆盘126和下圆盘124上均布设置8到12个千斤顶，通过恒压控制，使压强保持在10Mpa以上，保证上下圆盘在相对静止和转动时保持密封；所以这么高的压力会使密封板125产生微小变形，在上圆盘126和下圆盘相124对转动过程中，下圆盘142的通道孔的边缘会对密封板125造成微小刮伤和磨损，从而会使在内圈或外圈的的通道里的液体互相泄漏，会造成产品质量下降，各种工序的料液用量加大等各种问题，造成离子交换不能正常进行，这种泄漏不易觉察，所以危害性比较大；还有就是密封板125容易损坏，要定期更换，密封板125是粘合在上圆盘126上的，四氟材料与不锈钢或其它耐酸金属材料也不易粘结，每次更换时都要拆掉上圆盘126及与其连接的管道，树脂罐管道，控制线路等，维修空间又小还要用专用的吊装设备，更换一次相当困难。 

若干个树脂柱128需安装大转盘127上随管路切换系统上圆盘126一起转动，一般一套连续离子交换系统需要16到32个树脂柱，树脂柱满载重量为十几吨到几十吨，所以会造成很大的能耗；大转盘127和大转盘支腿122需在大量的型钢，安装麻烦；再有就是大转般127必须是圆形的，与管路切换系统连为一个整体，设备生产成本高。占地面积大。 

进口的连续离子交换设备存在以下缺点：管路切换系统的密封为大直径平面密封，要求加工精度高；密封容易磨损，各柱流道间会产生串料现象；若干个树脂柱安装在一个大的回转平台了，随回转平台一起转动，设备占地面积大，传动及控制复杂，耗能高；设备维修困难；设备价格昂高。 

为了解决进口连续离子交换设备不足，我们发明了输入分配连续离子交换设备，管路切换系统不用大直径平面密封，用带离合阀的阀回转切换系统和阀离合系统代替；取掉回转大转盘，通过输入分配系统使树脂柱不动，实现连续离子交换的各项功能，设备耗能低，占地面积小，可靠耐用。 

发明内容：

发明内容：本发明的目的在于设计一种全新的连续离子交换设备，不但解决了进口连续离子交换设备存在的问题，而且很适合于现有传统离子交换设备的改造和升级。

为了实现以上目的本发明采用的技术方案如下：输入分配连续离子交换设备主要由主机底座和管接头固定柱；活塞主立柱；阀离合系统；阀回转切换系统；回转驱动系统；输入分配系统；离合阀；外围系统有：液压系统、输入泵组系统、在线检测系统、自控系统、树脂柱及树脂材料、阀门管道系统等组成。 

管接头固定柱与主机底座通过四个固定板固定连接，其上均布有和离合阀数量相等的管接头安装孔，用来安装管接头，管接头一头与软管连接，软管又与离合阀下阀连接，另一头与树脂柱的进出管相连。 

主机底座与活塞主立柱通过螺拴固定连接；阀离合系统套装在活塞主立柱上，可沿活塞主立柱上下运动，阀回转切换系统通过上轴承和下轴承以及两个锁紧螺母固定在活塞主立柱上，在回转驱动系统的作用下，通过轴承可绕活塞主立柱回转；离合阀的上阀固定安装在阀回转切换系统的回转盘上，与输入分配系统的回转环通过上阀连接管相连通或互相依次串联；下阀固定安装在阀离合系统的离合盘上；通过软管、管接头与固定不动的树脂柱的进出口相连通，每个树脂柱都有入口和出口，需要两个离合阀下阀，所以离合阀的数量为树脂柱数量的2倍；阀回转切换系统的回转盘和阀离合系统的离合盘的离合阀上阀和下阀安装孔相等，且阀回转切换系统带动上阀转过（360°/树脂柱数量）角度或它的倍数后，离合阀的上阀和下阀能两两相互对齐；输入分配系统的固定内柱与活塞主立柱同心固定连接，若干个回转环套装在固定内柱上，可随阀回转切换系统一起同步转动，每一个回转环只与一个外部输入或输出管相连，回转环上有进出液孔与阀回转切换系统的离合阀上阀连接，所以不管回转环转动到什么位置，外部输入或输出管都能通过其对应的回转环与离合阀的上阀连通；当阀离合系统在液压系统的作用下向下移动，使离合阀上阀和下阀分开，外部输入输出管就与树脂柱及相互串联的树脂柱通路被全部切断，液流不能通过；当阀回转切换系统在回转驱动系统的作用下转过一个角度（360°/树脂柱数量）或此角度的倍数后，离合阀的上阀和下阀都能两两相互一一对齐，阀离合系统在液压油的作用下向上移动，使所有的离合阀上阀和下阀完全结合，即离合阀上阀和下阀虽与外界隔离而内部相通，液体可自由流通；这时所有的外部输入输出管就与其对应的树脂柱的进出口连通，相互依次串联的树脂柱也串联接通。 

连续离子交换通常是一个工作周期接着一个工作周期一直连续不停地进行下去，每个工作周期内有交换、冲洗、解析、再生等工序同时进行，每个工序都由若干个树脂柱串联组成进行工作，所以当一个工作周期结束后，由于各工序为串联所以交换工序的第一个树脂柱就会保证交换最完全，冲冼工序的第一个树脂柱冲洗最干净，解析工序的第一个树脂柱角析最完全，再生工序的第一个树脂柱再生最彻底，上工作周期本工序的第一个树脂柱就会变成本工作周期本工序上个工序的最后一个串联的树脂柱，上工作周期本工序第二个树脂柱就会变成本工作周期本工序的第一个树脂柱。 

本输入分配连续离子交换设备来说，当一个工作周期完成后，离合阀下阀在阀离合系统的带动下，向下移动，使下阀与上阀彻底分离，上阀在阀回转切换系统的带动下，转过一个角度（360°/树脂柱数量）后，离合阀的上阀和下阀都能两两相互一一对齐，阀离合系统在液压系统的作用下向上移动，使所有的离合阀上阀和下阀完全结合，这时上个工作周期交换工序的第二个树脂柱就成为这个工作周期交换工序的第一个交换柱，同时上个工作周期的再生工序的第一个树脂柱成为这个工作周期交换工序的最后一个串联的树脂柱；上个工作周期冲洗工序的第二个树脂柱就成为这个工作周期冲洗工序的第一个树脂柱，同时上个工作周期的交换工序的第一个树脂柱成为这个工作周期冲洗工序的最后一个串联的树脂柱；上个工作周期解析工序的第二个树脂柱就成为这个工作周期解析工序的第一个树脂柱，同时上个工作周期的冲洗工序的第一个树脂柱成为这个工作周期解析工序的最后一个串联的树脂柱；上个工作周期再生工序的第二个树脂柱就成为这个工作周期再生工序的第一个交换柱，同时上个工作周期的解析工序的第一个树脂柱成为这个工作周期再生工序的最后一个串联的树脂柱；离合阀上阀每切换一次，上工作周期本工序的第一个树脂柱就会变成本工作周期本工序上个工序的最后一个串联的树脂柱，上工作周期本工序第二个树脂柱就会变成本工作周期本工序的第一个树脂柱。依次循环，实现了连续离子交换的四个或更多工序的同时进行，提高了树脂利用率，节约了冲洗液、解析液、再生液，提高了解析液浓度和移定性。 

配图详细说明：输入分配连续离子交换设备主机（图2）主要由主机底座1；活塞主立柱2；阀离合系统（油缸套5、离合盘14、导向套15、离合阀下阀16、）；阀回转切换系统（离合阀上阀18、回转盘20、回转内齿轮21、同步柱28）；回转驱动系统（电机安装板23、伺服电机24、主动小齿轮22、）；输入分配系统（固定内柱31、回转环32、同步柱28、带齿连接盘29、柱内连接管33、固定内柱盖39、外接管法兰34等）；外围系统有：液压系统、输入泵组系统、在线检测系统、自控系统、树脂柱及树脂材料、阀门管道系统等组成。 

管接头固定柱6与主机底座1通过四个固定板36固定连接，管接头固定柱6上均布有和离合阀数量相等的安装孔，用来安装管接头8，管接头8一头与软管9连接，软管9又与离合阀下阀16连接，另一头与树脂柱的进出管相连。 

活塞主立柱2为空心管，上有活塞，活塞上有密封圈槽可装密封圈，活塞上设有上进出油孔37和下进出油孔38，分别丝接有上油管接头12和下油管接头11，活塞主立柱上还均布有四个键槽，安装有键条，与阀离合系统的导向套15上均布的四个键槽配合安装。 

阀离合系统：由油缸套5、离合盘14、导向套15、离合阀下阀16等组成；油缸套5与离合盘14用螺拴同心固定连接，导向套15与离合盘14用螺拴同心固定连接，套装在活塞主立柱2上，导向套15内圈均布有四个键槽，与活塞主立柱2上均布的四个键槽配合安装；目的是阀离合系统只能沿活塞主立柱2上下移动而不能转动；油缸套5上装有油缸套密封圈7，活塞主立柱2上装有活塞密封圈13；活塞主立柱2、油缸套5、油缸套密封圈7、活塞密封圈13把油缸套5的空腔分成密封的下油腔4和上油腔10两部分，当液压油通过上油管接头12泵入上油腔10，下油腔4里的液压油能过下油管接头11排油到液压系统的储油箱时，阀离合系统就会沿着活塞主立柱2向上运动，反之向下运动。 

离合阀下阀16安装在离合盘14上，离合盘14上设计有若干个（树脂柱数量的2倍）离合阀下阀16安装孔，安装孔均布在两个直径不同的两个同心圆上，直径大的称为外圈，小的称为内圈，内外两圈安装孔的数量相等（等于脂柱数量）。阀离合系统上下运动时，就会带动离合阀下阀16上下运动，与离合阀上阀18实现结合与分离。 

限位装置3安装在主机底座1上，有上限位和下限位两个行程开关，可以检测阀离合系统的油缸套5的高低行程，从而检测离合阀的分离和结合。 

阀回转切换系统：由离合阀上阀18、回转盘20、回转内齿轮21、轴承19、锁紧螺母25等组成；回转盘20通过轴承19以及两个锁紧螺母25固定在活塞主立柱2上，回转内齿轮21同心固定安装在回转盘20上，与回转驱动系统的主动小齿轮22啮合，在回转驱动系统伺服电机24的作用下，阀回转切换系统可绕活塞主立柱2回转。回转盘20上装有原点检测块，与回转驱动系统电机安装板23上的可调的激光接近开关配合使用。 

离合阀上阀18安装在回转盘20上，回转盘20上设计有若干个（树脂柱数量的2倍）离合阀上阀18安装孔，孔上有内螺纹，安装孔均布在两个直径不同的两个同心圆上，直径大的称为外圈，小的称为内圈，内外两圈安装孔的数量相等（等于脂柱数量）。当阀回转切换系统绕活塞主立柱2回转，就会带动离合阀上阀18一起运动，实现离合阀上阀18和离合阀下阀16的重新配对和切换。 

回转驱动系统：由电机安装板23、伺服电机24、主动小齿轮22等组成；电机安装板23套装固定安装在活塞主立柱2的上端，伺服电机24固定安装在电机安装板23上，主动小齿轮22安装在伺服电机24的轴上，随伺服电机24轴转动，从而驱动阀回转切换系统绕活塞主立柱2回转。每次转动的角度可由伺服电机24通过控制系统一完成，一般每个角度为360°/树脂柱数量或它的倍数。电机安装板23上装有可调的激光接近开关，当阀回转切换系统绕活塞主立柱2回转时，可调的激光接近开关检测到回转盘20上原点检测块时，说明所有的离合阀上阀18和离合阀下阀16 都一一对齐，可以使其结合导通；为了消除回转过程中的累积误差，每转一圈都会自动校正一次。 

输入分配系统：由固定内柱31、回转环32、同步柱28、带齿连接盘29、柱内连接管33、固定内柱盖39、外接管法兰34等组成；固定内柱31与活塞主立柱2同心固定连接，同步柱28与阀回转切换系统的回转盘20上的回转内齿轮21用螺拴同心固定连接，同步柱28与带齿连接板29同心固定连接，带齿连接板29内部有齿与回转环32的下齿吻合配套连接；固定内柱31为空心管，沿轴向均布有若干个孔，与固定内柱盖39上孔数量相等，且一一对应用柱内连接管33连接，只有相对应的用柱内连接管33连接的两孔相连通；回转环32上有进出液孔，与阀回转切换系统的回转盘20上的的离合阀上阀18用上阀连接管30相连通，回转环32上有密封圈槽，可装密封圈，还有上齿、上齿凹、下齿、下齿凹，若干个32套装在固定内柱31上，数量与固定内柱31上轴向均布的孔数量相等，每个回转环32对应一个孔， 每相邻两个回转环32能通过上齿、上齿凹、下齿、下齿凹啮合，通过带齿连接板29绕固定内柱31一起转动，外接管法兰34上有若干个孔，数量与固定内柱盖39上的孔数量相等，且一一对应，与固定内柱盖39通过螺丝固定同心相连， 每个对应的孔都有一个密封圈，使孔之间以及与外界隔离；每一个外接管35与外接管法兰34上的一个孔连通，再通过柱内连接管33与回转环32始终相连，回转环32上的进出液孔与阀回转切换系统的离合阀上阀18通过上阀连接管30连接，所以不管回转环转动到什么位置，外接管35都能通过其对应的回转环32与离合阀的上阀18始终连通；外接管35接连续离子交换各工序的进出液管。 

离合阀（图3 ）由上阀18和下阀16组成，上阀18安装在回转盘20上；上阀18主要由上阀芯67、上阀外套69、上阀弹簧68、上阀弹簧座73、上阀固定螺母72等组成；上阀芯67为一根耐酸金属阶梯管，一端为比管外径稍大的盲板，盲板端面为平面，侧面为锥面，端面侧大；上有密封槽，装有上阀口密封圈76；紧靠盲板上方的管径向均布有若干个上阀芯出水口70；另一端有外螺纹与上阀固定螺母72和上阀管接头66配合，管上有台阶可挡住上阀弹簧座73；上阀外套69为耐酸金属管，一端有外凸，其上有上密封槽，装有上下阀套密封圈71，用以在上阀外套69和下阀套63结合时起密封作用；有外凸端内孔有锥面，端面侧大，用以与上阀芯67盲板锥面配合，用上阀口密封圈70把上阀芯67管内与外界隔离，上阀外套管内设有密封槽和耐磨环槽，分别安装有上阀芯密封圈75和耐磨环74。 

上阀外套69套在上阀芯67上，再装上上阀弹簧68和上阀弹簧座73，然后将上阀芯67装入到阀回转切换系统的回转盘20的安装孔内，用上阀固定螺母72锁紧，所以上阀弹簧座73上面紧压回转盘20的下面，下面紧压上阀芯67的台阶，使上阀芯67与回转盘20完全固定，这时上阀弹簧68也产生了预紧力，使上阀外套69的的内孔锥面和上阀芯67的盲板压紧，在上阀口密封圈76和上阀芯密封圈75的作用下，上阀芯67管内与外界隔离，当施加在上阀外套69的力大于弹簧力时，上阀外套69就会沿上阀芯67向上阀弹簧座73方向滑动，直到上阀外套69上边压紧在上阀弹簧座73的下面，这时上阀芯67上的上阀芯出水孔70完全伸出在上阀外套69的外面，上阀芯67管内就与外界相通。 

下阀16主要由下阀芯58、下阀套63、导向密封套53、下阀支撑套60、下阀弹簧55、弹簧上座54、下阀座56、耐酸吸气阀17等组成；下阀16丝装在离合盘14上；下阀芯58为一根耐酸金属阶梯管，一端有比管外径稍大的盲板，盲板端面为平面，侧面为锥面，端面侧小，盲板上有密封槽，装有下阀口密封圈65；紧靠盲板上方的管径向均布有若干个下阀芯出水口64，另一端有外螺纹与软管连接件57配合丝接，管上有台阶可挡住弹簧上座54；下阀套63为耐酸金属管，一端有内螺纹与导向密封套53配合丝接，另一端为带锥度的内凹，与上阀外套69的外凸配合；内凹底有锥孔，靠内凹这边大，锥孔小径比下阀芯58的盲板锥面小径稍小，可挡住其不能穿过，在下阀弹簧55的弹力作用下，使下阀芯58的盲板锥面与此锥孔锥面压紧，利用下阀口密封圈65使下阀芯58管内与外界隔离，锥孔锥面小径比上阀芯67的盲板锥面大径大，所以上阀芯67可自由穿过；导向密封套53两端有外螺纹，一端与下阀套63丝接，外螺丝边还设有密封槽，装有下阀套密封圈62，起密封作用，另一端与下阀支撑套60丝接，导向密封套53内孔有密封槽和耐磨环槽，装有下阀芯密封圈52和耐磨环61，导向密封套53套装在下阀芯58上；下阀支撑套60两端都为内螺纹，连接导向密封套53和下阀座56，它们中间装有下阀弹簧55；下阀座56套装在下阀芯58上，安有外螺纹，阀离合系统的离合盘14上的安装孔有内螺纹，下阀座56与离合盘14丝接，这样下阀16固定安装在离合盘14上。 

下阀16安装好后，下阀弹簧55也产生了预紧力，使下阀芯58的盲板锥面压紧在下阀套63锥孔锥面上，在下阀口密封圈65，下阀套密封圈62，下阀芯密封圈52的共同作用下，使下阀16内内与外隔离，下阀芯56的管内与下阀腔77始终相通，当施加在下阀芯58的力大于下阀弹簧55的弹力时，下阀芯58就会沿导向密封套53和下阀座56的内孔向下阀座56方向滑动，下阀芯58的盲板锥面与下阀套63锥孔锥面脱离，使下阀芯58管内通过下阀腔77与外界相通。 

下阀16的下阀套63上有下阀吸气小孔51，还丝装有耐酸吸气阀17，在下阀16与上阀18分离时，通过耐酸吸气阀17给下阀16的内凹补充一些空气，使离合阀内外压力平衡，上阀和下阀很容易分离。 

耐酸吸气阀17（图4）由耐酸吸气阀芯101、调节螺母102、锁紧螺母103、弹簧104、耐酸吸气阀体105、密封圈107组成，耐酸吸气阀体105一端为六角管，调节螺母102为六角螺母，它们为间隙配合，调节螺母102可沿耐酸吸气阀体105内壁滑动，另一端有外螺纹，丝接在下阀16的下阀套63上；耐酸吸气阀芯101插装入耐酸吸气阀体105的内孔中，为间隙配合，用装在耐酸吸气阀芯101上的密封圈107与耐酸吸气阀体105的内锥面配合密封，弹簧104装在耐酸吸气阀体105六角管内，调节螺母102丝装在耐酸吸气阀芯101的外螺纹上，调节螺母102压紧弹簧104在耐酸吸气阀体105的内台阶上，产生预紧力，弹簧104的弹力施加给调节螺母102，从而使耐酸吸气阀芯101上的密封圈107压紧在耐酸吸气阀体105的内锥面上，弹簧104的预紧力可通过旋拧耐酸吸气阀芯101来调节，锁紧螺母103作为并紧螺母用，以防调节好的弹簧104的弹力因耐酸吸气阀芯101的转动而变化。 

当耐酸吸气阀芯101丝接在下阀16的下阀套63上，在下阀16和上阀18结合时如图3 （状态三）由于阀内有压力，压力施加给耐酸吸气阀芯101的有密封圈107端，压力越大，密封得越好，所以一般弹簧104的预紧力调得很小，当离合阀从状态二到状态一时，阀内会产生真空，大气压力大于弹簧104的预紧力，会使耐酸吸气阀芯101向内运动，带着密封圈107脱离耐酸吸气阀体105的内锥面，空气通过下阀16的下阀套63上的下阀吸气小孔进入其内凹，使离合阀内外压力平衡，下阀16和上阀18顺利分离。 

离合阀的工作过程如图3状态一为上阀18与下阀16分离，液流截断；图3状态二为当下阀16在离合盘14的带动下向上移动，下阀套63的内凹与上阀外套69的外凸刚结合好，上下阀套密封圈71被压紧，离合阀内外隔离，上阀芯67管内和下阀芯58管内也不通，这时上阀芯67的盲板端面与下阀芯58的盲板端面刚好接触，上阀18和下阀16还是各自密封的；液流不能通过；图3状态三为当下阀16在离合盘14的带动下继续向上移动，上阀外套69在下阀套63的推动下，克服上阀弹簧68的弹力沿着上阀芯67向上移动，同时下阀芯58在上阀芯67的推动下，克服下阀弹簧55的弹力沿着导向密封套53和下阀座56的内孔向下移动，直到上阀外套69的上边与上阀弹簧座73压紧，当带动离合盘14的阀离合系统的液压系统检测到压力超过一定值后就会自动停止，这时上阀18和下阀16已完全接通，液流可通过上阀芯67内孔、上阀芯出水孔70、下阀腔77、下阀芯出水孔64到下阀芯58流通，反之亦然。 

当离合阀要分离时，先从图3状态三到图3状态二，也就是当下阀16在离合盘14的带动下向下移动，上阀外套69在上阀弹簧68的弹力的作用下，沿着上阀芯67向下移动，同时下阀芯58在下阀弹簧55的弹力作用下沿着导向密封套53和下阀座56的内孔向上移动，直到上阀外套69的内孔锥面与装在上阀芯67的盲板锥面上的上阀口密封圈76压紧密封，装在下阀芯58的盲板锥面上的上阀口密封圈65与下阀套63的内孔锥面压紧密封，这时上阀18和下阀16已各自密封，液流已不能流通，但下阀套63的内凹在上下阀套密封圈71的密封下与阀外隔离， 当下阀16在离合盘14的带动下继续向下移动，要使下阀16 和上阀18彻底分离（图3状态一），如果没有其它物质（水或气等）补充到下阀套63的内凹内的话，会产生很大的吸力，使下阀16 和上阀18很难分离，如果硬要用很大的力分开，一个会使上下阀套密封圈71脱落，二会使下阀口密封圈65或上阀口密封圈76损坏，阀内液体进入到下阀套63的内凹内作为补充， 所以下阀设置了耐酸吸气阀17，当下阀16 和上阀18从结合到分离时，空气会通过耐酸吸气阀17和下阀吸气小孔51补充到下阀套63的内凹内，使下阀16和上阀17很容易分离。 

主机底座1与活塞主立柱2通过螺拴固定连接；阀离合系统套装在活塞主立柱2上，可沿活塞主立柱2上下运动，阀回转切换系统通过轴承19以及两个锁紧螺母25固定在活塞主立柱2上，在回转驱动系统的作用下，通过轴承25可绕活塞主立柱2回转；离合阀的上阀18固定安装在阀回转切换系统的回转盘20上，可随其一起转动；离合阀下阀16固定安装在阀离合系统的离合盘14上；可随其上下移动，实现离合阀下阀16与离合阀上阀18的结合和分离，离合阀下阀16通过软管9和管接头8相连通，管接头8固定安装在管接头固定柱6的管接头安装孔上，管接头8的另一头与固定不动的树脂柱的进出口相连通，每个树脂柱都有入口和出口，需要两个离合阀，所以离合阀的数量为树脂柱数量的2倍；当阀回转切换系统带动离合阀上阀18转过（360°/树脂柱数量）角度或它的倍数后，离合阀上阀18和离合阀下阀16能两两相互一一对齐。  

输入分配系统的固定内柱31与活塞主立柱2同心固定连接，若干个回转环32套装在固定内柱31上，通过带齿连接盘29和同步柱28与阀回转切换系统的回转内齿轮21同心固定连接，可随阀回转切换系统一起同步转动，每一个回转环32只与一个柱内连接管33密封连通，这个柱内连接管33又与设备外部唯一的一根外接管35密封连通 ，回转环32的出水口又通过上阀连接管30与其中一个离合阀上阀18始终相连通，所以不管回转环32随阀回转切换系统转动到什么位置，与其对应的唯一的一根外接管35都和与其连通的唯一的一个离合阀上阀18始终相连通；当阀离合系统在液压系统的作用下向下移动，使离合阀上阀18和离合阀下阀16分开，外接管35就与树脂柱进出管及相互串联的树脂柱进出管路被全部切断，液流不能通过；当阀回转切换系统在回转驱动系统的作用下转过一个角度（360°/树脂柱数量）或此角度的倍数后，离合阀上阀18和离合阀下阀16都两两相互一一对齐，阀离合系统在液压系统的作用下向上移动，使所有的离合阀完全结合，即离合阀上阀18和离合阀下阀16虽与外界隔离而内部相通，液体可自由流通；这时外接管35就与树脂柱进出管及相互串联的树脂柱进出管路接通，液流可自由通过，通过离合阀分离--------离合阀上阀18转过（360°/树脂柱数量）后停止--------离合阀结合，这样依次循环，就可进行连续离子交换的正常作业。

输入分配连续离子交换设备的工作过程：按动自动启动按钮时，系统工作开始，液压系统启动，阀离合系统向下移动，使离合阀下阀16与离合阀上阀18分离，当油缸套5接触到限位装置3的下限位时，确认分离完合后，液压系统停止，然后管道驱动系统在回转驱动系统的作用下以设定的转速旋转，当安装在电机安装板23上的可调激光接近开关检测到安装在回转盘20上原点检测块时，说明找到原点，找到原点意味着所有的离合阀上阀18和离合阀下阀16 都两两相互一一对齐，（为了消除阀回转切换系统在运行过程中的累积误差，每转一圈都会自动校正一次原点），找到原点后，阀回转切换系统自动停止，并保持这种状态；液压系统启动，阀离合系统向上移动，使离合阀下阀16与离合阀上阀18结合，当油缸套5接触到限位装置3的上限位时，同时上阀外套69已压到上阀弹簧座73，液压系统继续加压，直到压力达到设定压力时才停止，确认离合阀结合完全；这时，离子交换各工序的泵同时或依次启动，系统进入离子交换工作状态；进入连续离子交换的一个工作周期，当一个工作周期结束后，离子交换各工序的泵同时或依次停止，液压系统延时启动，阀离合系统向下移动，使离合阀下阀16与离合阀上阀18分离，当油缸套5接触到限位装置3的下限位时，确认分离完合后，液压系统停止；然后管道驱动系统在回转驱动系统的作用下以设定的转速旋转，伺服电机24在自动控制系统的控制下，使回转盘20转过（360°/树脂柱数量）角度后停止，这时所有的离合阀上阀18和离合阀下阀16 都两两相互一一对齐，而且离合阀上阀18和离合阀下阀16重新配对，这样就把从连续离子交换各工序的输入和排出液重新分配给其它的树脂树；然后液压系统启动，阀离合系统向上移动，使离合阀下阀16与离合阀上阀18结合，当油缸套5接触到限位装置3的上限位时，同时上阀外套69已压到上阀弹簧座73，液压系统继续加压，直到压力达到设定压力时才停止，确认离合阀结合完全；这时，离子交换各工序的泵同时或依次启动，系统进入离子交换工作状态；进入连续离子交换的另一个工作周期，如此循环。 

举例说明：如图5；本示意图是以12个树脂柱(S1,S2,S3........直到S11,S12)为例,说明输入分配连续离子交换设备是怎样实现连续离子交换功能的。 

连续离子交换一个工作周期分为四个工序:交换工序,冲洗工序,解析工序,再生工序，每个工序为三个树脂柱串联； 

F11、F13、F15 、F17、 F19、 F111、 F113、F115、F117、F119、F121、F123为离合阀上阀；安装在回转盘20的外圈安装孔上。

F12、F14、F16 、F18、 F110、 F112、 F114、F116、F118、F120、F122、F124为离合阀上阀；安装在回转盘20的内圈安装孔上。 

F21、F23、F25 、F27、 F29、 F211、 F213、F215、F217、F219、F221、F223为离合阀下阀；安装在离合盘14的外圈安装孔上。 

F22、F24、F26 、F28、 F210、 F212、 F214、F216、F218、F220、F222、F224为离合阀下阀；安装在离合盘14的内圈安装孔上。 

F12和F13用上阀串联管联通；F14和F15用上阀串联管联通；F18和F19用上阀串联管联通；F110和F111用上阀串联管联通；F114和F115用上阀串联管联通；F116和F117用上阀串联管联通；F120和F121用上阀串联管联通；F122和F13用上阀串联管联通。 

树脂柱S1进口通过软管接离合阀下阀F21，出口通过软管接离合阀下阀F22；树脂柱S2进口通过软管接离合阀下阀F23，出口通过软管接离合阀下阀F24；树脂柱S3进口通过软管接离合阀下阀F25，出口通过软管接离合阀下阀F26；树脂柱S4进口通过软管接离合阀下阀F27，出口通过软管接离合阀下阀F2；  .................直到最后树脂柱S12进口通过软管接离合阀下阀F223，出口通过软管接离合阀下阀F224。 

P11为交换工序原液泵管,P12为交换后排出液管;P21冲洗工序冲洗泵管,P22冲洗后排出液管;P31解析工序解析液泵管,P32解析液排出液管;P41再生工序再生液泵管,P42再生后排出液管。 

P11通过回转环H11始终与离合阀上阀F11相连通;P12通过回转环H12始终与离合阀上阀F16相连通;P21通过回转环H21始终与离合阀上阀F119相连通;P22通过回转环H22始终与离合阀上阀F124相连通;P31通过回转环H31始终与离合阀上阀F113相连通;P32通过回转环H32始终与离合阀上阀F118相连通;P41通过回转环H41始终与离合阀上阀F17相连通;P42通过回转环H42始终与离合阀上阀F112相连通;所有回转环都随回转盘一起同步转动,不管回转环转到什么位置,都始终与其相应的管和离合阀上阀连通。 

回转盘20依箭头方向(逆时钟）旋转;离合盘14向上运动使离合阀下阀16和离合阀上阀18结合,液流接通;离合盘14向上运动使离合阀下阀16和离合阀上阀18分离,液流截断。 

输入分配连续离子交换设备的工作过程：当进入离子交换第一个工作周期以后，F21和F11结合、F22和F12结合、F23和F13结合、............直到最后F224和F124结合；交换工序原液通过P11、H11、F11、F21、S1、F22、F12、F13、F23、S2、F24、F14、F15、F25、S3、F26、F16、H12、P12流出设备，也就是说原液从P11经树脂柱S1、S2、S3里的树脂串联交换后，从P12排出；依此类推，冲洗工序冲洗液从P21经树脂柱S10、S11、S12里的树脂串联冲后，从P22排出；解析工序解析液从P31经树脂柱S7、S8、S9里的树脂串联解析后，从P32排出；再生工序再生液从P41经树脂柱S4、S5、S6里的树脂串联再生后，从P42排出。 

第一个工作周期结束后，经过阀离合系统使离合阀上阀和离合阀下阀分离，经阀回转切换系统旋转（360°/树脂柱数量）角度，阀离合系统使离合阀上阀和离合阀下阀结合，进入第二个工作周期（状态2）；F21和F123结合、F22和F124结合、F23和F11结合、.........直到最后F224和F122结合。 

交换工序原液从P11经树脂柱S2、S3、S4里的树脂串联交换后，从P12排出；冲洗工序冲洗液从P21经树脂柱S11、S12、 S1里的树脂串联冲洗后，从P22排出；解析工序解析液从P31经树脂柱S8、S9 、S10里的树脂串联解析后，从P32排出；再生工序再生液从P41经树脂柱S5、S6 、S7里的树脂串联再生后，从P42排出； 

  第二个工作周期结束后，经过阀离合系统使离合阀上阀和离合阀下阀分离，经阀回转切换系统旋转（360°/树脂柱数量）角度，阀离合系统使离合阀上阀和离合阀下阀结合，进入第三个工作周期（状态3）；F21和F121结合、F22和F122结合、F23和F123结合、............直到最后F224和F120结合。

交换工序原液从P11经树脂柱S3、S4 、S5里的树脂串联交换后，从P12排出；冲洗工序冲洗液从P21经树脂柱S12、S1、 S2里的树脂串联冲洗后，从P22排出；解析工序解析液从P31经树脂柱S9 、S10 、S11里的树脂串联解析后，从P32排出；再生工序再生液从P41经树脂柱S6 、S7、 S8里的树脂串联再生后，从P42排出；第四个工作周期（状态4）不再一一赘述。 

当回转盘20旋转一周时，每个树脂柱都经历一次完整的工艺循环：即交换、冲洗、解析、再生，根据工艺的复杂程度，也可采取其他的附加的步骤。 

自动控制及过程监测： 

整套系统全自动化运行，由ＰＬＣ中央控制系统控制.可无人值守；离合阀的分离和结合，及回转切换根据工艺要求,由设定时间确定或交换工序出口在线检测数值确定（如原液PH值、原液某成分的含量等），也可和其它工序出液的相关在线检测值共同确定；阀回转切换转速按设定值运行,各工序进料管设有压力传感器（压力表）,出口设有流量传感器（流量计）,各泵都由变频器控制,流量可由恒流控制或恒压控制,保证各工序流量精确计量,保证生产量和产品质量.各料罐设有液位传感器；如果有出现问题会声光报警并自动停机，以保护系统。

  

本输入分配连续离子交换系统除了有现有国内外连续离子交换系统的一切优点外，还有如下优势：树脂柱固定不动，利于摆放和布置，可放置在任何可用的空间，也可叠起来放置，节省空间，大大降低能耗。现有连续离子交换系统一般配二十个以上的树脂柱，以直径1米高2米的树脂柱为例，容积大于1.6立方米，每个装满树脂和交换液的树脂柱一般在两吨以上，二十个就是40吨，加上安装树脂柱的回转平台，总需回转的重量在50吨以上，工业化大型的树脂柱更大（一般配树脂柱数量为24、30、36个），回转重量更大，所以我的发明的输入分配连续离子交换系统通过一个输入分配系统就完成了树脂柱固定，相当于离子交换各工序的泵围绕着树脂柱转，节省了这部分转动的能耗；由于没有树脂柱回转平台，所以节省材料，除低了系统生产成本；3、树脂柱可以任意摆放，大大节省了系统的上地面积。按以20个直径1米高2米的树脂柱为例，安装树脂柱的回转平台直径需9米，占地面积最少也要70平方米左右，而把树脂柱摆成方型占在面积也就在20平方米左右（2米*10米和4米*5米都可以）。如果叠为两层，占地面积只有10平方米左右；由于输入分配连续离子交换系统占地面积小，对现有传统的离子交换系统进行升级改造具有独特的优势；因传统的离子交换系统基本上都是固定床离子交换系统，占地面积都不会很大，拆掉原有的固定床离子交换系统后，按原有规模的输入分配连续离子交换系统占地面积很小，很容易就安装，而且提高了产品品质和回收率，大大减少了三费排放，大大提高了树脂利用率等；各液流通道都配有离合阀，通过离合阀的在分离和结合，使液流通道断开和导通，离合阀分离后可以进行各通道之间的切换，结合后可进行连续离子交换的正常作业，舍弃了各通道之间需要大平面密封的切换系统来完成，稳定可靠；由于离合阀的过流直径可以做比较大，所以整套设备的生产能力会很大，克服了大平面密封的切换系统过流直径不能做大的弊端。最大生产能力可为现在同类产口的4倍以上；由于离合阀的密性好，所以整套设备耐压高；设备结构设计合理，易损件少，更稳定可靠，设备成本低。经可靠性试验，两年内免维修；整套设备耐腐蚀设计，可耐40%以下的硫酸和强碱，适用范围更广。

Claims (14)

1.输入分配连续离子交换设备主要由主机底座；活塞主立柱；阀离合系统；阀回转切换系统；回转驱动系统；输入分配系统；离合阀；外围系统有：液压系统、输入泵组系统、在线检测系统、自控系统、树脂柱及树脂材料、阀门管道系统等组成。

2.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：液压油的进出管接头设在活塞主立柱的内部，阀离合系统在液压系统的作用下可且仅能沿活塞主立柱轴向上下运动。

3.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：若干个离合阀下阀安装在阀离合系统的离合阀上，用软管依次与树脂柱进出管相连通。

4.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：与离合盘同心固定相连接的导向套内孔上有四个键槽，与活塞主立柱上的四个键槽配合使用，以防阀离合系统绕活塞主立柱回转。

5.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：阀回转切换系统在回转驱动系统的作用下可且仅绕活塞主立柱回转，若干个离合阀上阀安装在回转盘上，与连续离子交换各工序的进出液管相连接，各工序的树脂柱的串并联也是通过上阀的两两连能来实现的。

6.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：回转驱动系统的伺服电机安装板固定安装在活塞主立柱上，还安装有可调的激光接近开关。

7.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：输入分配系统是由由固定内柱、回转环、同步柱、带齿连接盘、柱内连接管、固定内柱盖、外接管法兰等组成；固定内柱与活塞主立柱同心固定连接。

8.根据权利要求7所述的输入分配系统，其特征在于：输入分配系统的固定内柱与活塞主立柱同心固定连接，固定内柱为空心管，沿轴向均布有若干个孔，与固定内柱盖上孔数量相等，且一一对应用柱内连接管焊接相连接。

9.根据权利要求7所述的输入分配系统，其特征在于：回转环上有进出液孔，与阀回转切换系统的回转盘上的的离合阀上阀用上阀连接管相连通，回转环上有密封圈槽，可装密封圈，还有上齿、上齿凹、下齿、下齿凹，若干个回转环套装在固定内柱上，数量与固定内柱上轴向均布的孔数量相等，每个回转环对应一个孔， 每相邻两个回转环能通过上齿、上齿凹、下齿、下齿凹啮合，通过带齿连接板绕固定内柱一起转动。

10.根据权利要求7所述的输入分配系统，其特征在于：外接管法兰上有若干个孔，数量与固定内柱盖上的孔数量相等，且一一对应，与固定内柱盖通过螺丝固定同心相连， 每个对应的孔都有一个密封圈，使孔之间以及与外界隔离；每一个外接管与外接管法兰上的一个孔连通，再通过柱内连接管与回转环始终相连。

11.根据权利要求7所述的输入分配系统，其特征在于：，回转环上的进出液孔与阀回转切换系统的离合阀上阀通过上阀连接管连接。

12.根据权利要求1所述的输入分配连续离子交换设备，其特征在于：离合阀由上阀和下阀组成，上阀主要由上阀芯、上阀外套、上阀弹簧、上阀弹簧座、上阀固定螺母等组成；下阀主要由下阀芯、下阀套、导向密封套、下阀支撑套、下阀弹簧、弹簧上座、下阀座、耐酸吸气阀等组成。

13.根据权利要求12所述的离合阀，其特征在：上阀和下阀分离，液流断开；上阀和下阀结合以后，液流是从上阀芯内孔经过上阀芯出水孔到下阀空腔，再从下阀空腔经过下阀出水孔，反之亦然。

14.根据权利要求12所述的离合阀，其特征在于：下阀套上有下阀吸气小孔，还装有耐酸吸气阀。