离子交换过程解析(analysis of ion exchange process)

为优化离子交换过程进行的数学分析。离子交换过程是液相中离子在离子交换树脂表面上进行交换反应的液固反应过程，为有色金属提取冶金单元操作之一。液膜扩散常是离子交换过程的控制步骤，当外表面反应接近平衡时，微孔内扩散开始产生影响，交换反应速率比较快，很少成为控制速度的步骤。

离子交换设备可分为间歇式与连续式两大类。间歇式又分为固定床法和接触过滤法；连续式有移动床法与流化床法。

固定床   如图所示，溶液白上而下流过床层。交换区以上部分(0–H₁)是已达饱和的离子交换树脂，不起交换作用；交换区以下部分(H₂～H₃)是没有进行交换的离子交换树脂；正在进行交换的只有日，H₁～H₂这一区域，随着交换的进行，交换区逐渐下移，直到H₃为止，离子交换树脂全部饱和(或有离子漏穿)操作停止。单个固定床为间歇作业，多个固定床可组成准连续操作系统。固定床的设计可根据交换容量、交换周期和物料的处理量进行计算。

移动床   若使离子交换树脂层以交换区移动的同样速度反向移动，则交换区内的离子交换树脂便成为相对静止状态，即为移动床。其计算可采用传质单元高度法：

式中H为床层高，m；H_T为传质单元高，m，可由化工手册查出或实验测定；N_T为传质单元数；K_a是以液相浓度差为推动力的总传质系数；S为塔的横截面积；V为溶液体积流量，m³；N_T由上式定积分给出；C为溶液浓度，g／L；C*为与树脂呈平衡的溶液浓度，g／L。