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1、脫色脫酸樹脂的原理及應(yīng)用,離子交換的基本概念,定義：利用離子交換劑能吸附溶液中一種離子同時放出另一種相同電荷的離子的特點，使這種交換劑和溶液之間進(jìn)行的同號離子相互交換現(xiàn)象叫離子交換。 離子交換反應(yīng)是可逆的，逆反應(yīng)稱之為再生。因此，離子交換劑經(jīng)再生后可反復(fù)使用。,離子交換劑,定義：凡具有離子交換能力的物質(zhì)，統(tǒng)稱為離子交換劑。 分類：離子交換劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類 目前用的最多的離子交換劑 是人工合成的有機(jī)高分子聚合物 離子交換樹脂。 離子交換樹脂是一種不溶于酸堿和有機(jī)溶劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。,離子交換技術(shù)的發(fā)展,1814年，英國人開始認(rèn)識了交換現(xiàn)象 利用離子交換技術(shù)法軟化水始于20世紀(jì)初
2、期 在30年代，由于離子交換樹脂的出現(xiàn)，離子交換技術(shù)的應(yīng)用迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域,離子交換樹脂,目前最常用的離子交換樹脂是苯乙烯二乙烯苯的聚合物。 組成,常用的離子交換樹脂,據(jù)所含交換基團(tuán)的性質(zhì)分為： 陽離子交換樹脂 強(qiáng)酸型 ：含磺酸基團(tuán) (R-SO3H) 中等酸型 ：含磷酸基團(tuán) (-O-PO2H4) 弱酸型： 含酚基、羧基 陰離子交換樹脂 強(qiáng)堿 ：含季胺基團(tuán) -N+(CH3)3 弱堿 ：含叔胺、伯胺基團(tuán)-N(CH3)2,陽離子交換樹脂,陽離子交換樹脂：合成樹脂的本體上帶有酸性活性基團(tuán)，可以被陽離子所交換的樹脂。 不能交換的離子稱固定離子，可交換的離子稱平衡離子。 磺酸型離
3、子交換樹脂所含有的活性基團(tuán)磺酸基 (一SO3H)中，含有一個可被交換的陽離子H+和一個不能交換的陰離子S03 -,陰離子交換樹脂,陰離子交換樹脂：本體上帶有堿性活性基團(tuán)，可以被陰離子所交換的樹脂。 其活性基團(tuán)，都含有一個可以交換的陰離子和一個不能交換的陽離子。,螯合樹脂： 樹脂含有特殊的活性基團(tuán)，可與某些金屬離子形成螯合物，適用于分離富集金屬離子或某些有機(jī)化合物。 大孔吸附樹脂： 分為：極性 非極性 中極性 具有比較大的孔，適于大分子物質(zhì)的吸附，且洗脫性良好，被吸附物可以容易地被洗脫下來。,新型離子交換樹脂,作用原理,陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（SO3H）、羧基 （COOH）或苯酚基（C6H
4、4OH）等酸性基團(tuán)，其中的 氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進(jìn)行交換。比如 2RSO3H + Ca2+ = (RSO3)2Ca + 2H+ 陰離子交換樹脂一般含有季胺基N（CH3）3OH、胺基（NH2）或亞胺基（NRH）等堿性基團(tuán)。它們在水 中能生成OH-離子，可與各種陰離子交換，比如： RN（CH3）3OH + Cl- = RN（CH3）3Cl + OH-,型號：為了區(qū)別離子交換樹脂同一類型的不同品種，用三位阿拉伯?dāng)?shù)字表示 第一位：代表產(chǎn)品分類；第二位：代表骨架的差異；第三位：為順序號，用以區(qū)別基團(tuán),離子交換樹脂的理化性能,外觀：球形、淺色為宜，粒度大小為16-60目90% 機(jī)械強(qiáng)度：
5、90%； 含水量：0.3-0.7g/g 樹脂； 交換容量：重量交換容量、體積交換容量、工作交換容量或稱表觀交換容量（在某一條件下）； 穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性； 膨脹度：交聯(lián)度、活性基團(tuán)的性質(zhì)與數(shù)量、活性離子的性質(zhì)、介質(zhì)的性質(zhì)和濃度、骨架結(jié)構(gòu)； 濕真密度：單位體積濕樹脂的重量； 孔度、孔徑、比表面積,含水量和密度 商品離子交換樹脂具有親水性，常含有一定的結(jié)合水分。結(jié)合水的含量與其官能基的性質(zhì)及交聯(lián)度有關(guān)，并隨著空氣濕度變化而改變。 粒度 樹脂的粒度關(guān)系到離子交換速度、樹脂床中液流分布均勻性和液流壓強(qiáng)降，以及反洗時樹脂流失等 。,交聯(lián)度,交聯(lián)劑在樹脂單體總量中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。一般交聯(lián)
6、度為414，常見為8。 其中交聯(lián)度的影響有： （1）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的緊密度 （2）孔徑大小 （3）交換速度 （4）選擇性,溶脹變化,干的離子交換樹脂浸入純水后，水即擴(kuò)散入樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)。此時，樹脂交換基團(tuán)在水中即發(fā)生解離，并形成水合離子，從而使樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔增大，發(fā)生膨脹，稱為樹脂膨脹。 溶脹變化通常按干樹脂所吸取的水的百分率來表示，或稱溶脹率 。,交換容量,交換容量是說明樹脂的交換能力，通常按每克干樹脂所能交換的離子的毫摩爾來表示。 在工業(yè)上，常按單位體積樹脂所能交換的物質(zhì)的量 (摩爾)表示。,選擇性,選擇性是指離子交換劑對不同離子的親和力。 在低濃度的水溶液中和室溫條件下，多價離子比單價離子優(yōu)先交
7、換。等價離子的選擇性隨著原子序數(shù)的增加而增加。 在高濃度溶液中，多價離子的選擇性隨著濃度的提高而減小。,影響離子交換的主要因素,離子的水化半徑：半徑較小的離子易吸附。 離子的化合價：化合價愈高愈易吸附。 溶液的pH：要考慮樹脂及被分離物質(zhì)的酸堿穩(wěn)定性 樹脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度大，膨脹度小的樹脂選擇性 較好。 攪拌速度：在一定程度上，越大越快。 溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴(kuò)散控制時，濃度越大，交換速度越快。,樹脂再生,由于離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當(dāng)濃度的無機(jī)酸或堿進(jìn)行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)使用，此過程稱為再生。 再生的目的：恢復(fù)樹脂的交換能力 再生劑的種類： 陽離子交換
8、樹脂：HCl（4%） 陰離子交換樹脂：NaOH（4%） 再生劑用量：1.23.0 倍樹脂體積。 再生方式：順流再生 逆流再生,樹脂處理技術(shù)在果糖生產(chǎn)中的應(yīng)用,蘋果果糖是以蘋果汁為原料生產(chǎn)的天然果汁果糖。它是碳酸飲料最佳主劑基料，不僅賦予碳酸飲料低甜度、低熱值的屬性，而且賦予飲料維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分。因此，近年來，隨著消費結(jié)構(gòu)的調(diào)整，迫使歐美、日等發(fā)達(dá)國家飲料生產(chǎn)商將目光轉(zhuǎn)向蘋果果糖，因此蘋果果糖市場容量很大。,蘋果果糖生產(chǎn)工藝流程,蘋果原料揀選清洗破碎壓榨前巴氏殺菌酶解超濾離子交換與吸附（脫色脫酸去離子）濃縮后巴氏殺菌灌裝,樹脂有很好的吸附和再生性能、高度選擇性。樹脂處理技術(shù)具有操作簡單、
9、成本低、易于實現(xiàn)自動化以及可以循環(huán)使用等優(yōu)點，從而使該技術(shù)在果汁脫色、脫酸等方面得到廣泛的應(yīng)用。已經(jīng)成為生產(chǎn)性能穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良、無農(nóng)藥殘留果汁的重要助劑。隨著一些新型樹脂的問世，使它在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。,在果汁脫酸中的應(yīng)用,蘋果果糖要求果酸0.02%，其技術(shù)難度高。為解決果酸問題，我們利用陰離子交換樹脂對蘋果汁中的果酸(主要為蘋果酸)進(jìn)行交換吸附，使蘋果果糖中的果酸含量低于0.02%。,在果汁脫色方面的應(yīng)用,色值是反映濃縮蘋果汁顏色深淺程度的一項理化指標(biāo)。果汁在貯存中，會發(fā)生非酶促褐變反應(yīng)，導(dǎo)致色素增加，顏色變深，降低了產(chǎn)品質(zhì)量、價格和可接受性。因此，提高脫色效率、降低褐變速度對提升
10、濃縮果汁的品質(zhì)、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。,吸附樹脂對色素的分離與純化表現(xiàn)出獨特的優(yōu)越性。在濃縮果汁加工中, 對已發(fā)生的褐變, 一般采用吸附脫色的方法, 提高色值, 降低褐變指數(shù)。,美拉德反應(yīng)是還原糖和氨基酸之間經(jīng)過三個階段反應(yīng)，伴隨5-HMF(5-羥甲基糠醛)的積累，觸發(fā)鏈?zhǔn)綇?fù)合反應(yīng)產(chǎn)生褐變色素，是濃縮蘋果、梨汁貯存期間的褐變主要原因。因此，降低氨基酸的含量可降低美拉德反應(yīng)的速度，從而降低濃縮梨汁貯存中非酶促褐變的速度。 用陽離子樹脂脫氨基酸，可降低氨基酸濃度及褐變指數(shù)(T440nm)。,類型：大孔陽離子交換樹脂 作用原理：氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進(jìn)行交換。比如: 2RSO
11、3H + Ca2+ = (RSO3)2Ca + 2H+ 作用 ：脫鹽（Na+ Ca2+ Mg2+ K+） A柱出來后PH ：1-2 （強(qiáng)酸性） 出廠形式 ：鈉型（LX-100型樹脂） 再生 ：HCl,A 柱,B柱：,類型：大孔陰離子交換樹脂作用原理：在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子交換，比如：RN（CH3）3OH+Cl- = RN（CH3）3Cl + OH- 作用：去陰離子（NO3-等），脫色脫酸氨基態(tài)氮：A,B柱共同作用脫去 出廠形式：氯型 （LX-200型樹脂）再生：NaOH(4%）B柱出來后PH：9-10 (堿性),C 柱,類型:強(qiáng)酸性大孔陽離子交換樹脂 作用：調(diào)pH值（LX-400型樹脂） OH _+ H + = H2O,運行過程,裝柱：注意檢查吸附水帽是否固定 水沖：反沖洗方式（自下而上） 運行： A1-2A2-2柱中間緩沖罐1泵1B1-2B2-2緩沖罐2泵2C1-2清汁罐 再生：反洗 再生 反漂 正漂,反洗的目的,松動壓緊的樹脂床層，使床層膨脹 清除截留在樹脂層內(nèi)的懸浮物和有機(jī)雜質(zhì) 沖洗細(xì)小的樹脂碎粉,再生的目的,使交換終了失效的樹脂上已吸附的離子除去，并代之以新的被交換離子，從而達(dá)到反復(fù)使用的目的。,謝謝各位,
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