1.常用离子交换罐
常用的离子交换罐是一个具有椭圆形顶及底的圆筒形设备。圆筒体的高径比一般为2~3,最大为5。树脂层高度约占圆筒高度的50%~70%,上部留有充分空间以备反冲时树脂层的膨胀。其结构如图5所示。筒体上部设有溶液分布装置,使溶液、解吸液及再生剂均匀通过树脂层。筒体底部装有多孔板、筛网及滤布,以支持树脂层,也可用石英、石块或卵石直接铺于罐底来支持树脂。如图6,大石块在下,小石子在上,约分5层,各层石块直径范围分别是16~26、10~16、6~10、3~6及1~3mm,每层高约100mm。罐顶上有人孔或手孔(大罐可在壁上),用于装卸树脂。还有视镜孔和灯孔,溶液、解吸液、再生剂、软水进口可共用一个进口管与罐顶连接。各种液体出口、反洗水进口、压缩空气(疏松树脂用)进口也共用一个与罐底连接。另外,罐顶有压力表、排空口及反洗水出口。
交换罐多用钢板制成,内衬橡胶,以防酸碱腐蚀。小型交换罐可用硬聚氯乙烯或有机玻璃制成,实验室用的交换柱多用玻璃筒制作,下端衬以烧结玻璃砂板、带孔陶瓷、塑料网等以支持树脂。
几个单床串联起来便成为多床设备,操作时溶液用泵压入第一罐,然后靠罐内空气压力依次压入下一罐。离子交换罐的附属管道一般用硬聚氯乙烯管、阀门可用塑料、不锈钢或橡皮隔膜阀,在阀门和多交换罐之间常装一段玻璃短管,作观察之用。

l一视镜 2一进料口 3—手孔 4一液体分布器 5—树脂层 6一多孔板 7一尼龙布 8一出液口

1—进料口 2—视镜 3—液位计 4一树脂层 5一卵石层 6一出液口
2.反吸附离子交换罐
溶液由罐的下部以一定流速导入,使树脂在罐内呈沸腾状态,交换后的废液则从罐顶的出口溢出。为了减少树脂从上部溢出口溢出,可设计成上部成扩口形的反吸附交换罐,以降低流体流速而减少对树脂的夹带。
反吸附可以省去菌丝过滤,且液固两相接触充分,操作时不产生短路,死角。因此生产周期短,解吸后得到的生物产品质量高。但反吸附时树脂的饱和度不及正吸附的高,理论上讲,正吸附时可能达到多级平衡;而反吸附时由于返混只能是一级平衡,此外,罐内树脂层高度比正吸附时低,以防树脂外溢。
1-被交换溶液进口 2-淋洗水,解吸液及再生剂进口 3-废液出口 4,5-分布器 6-淋洗水、解吸液及再生剂出口,反洗水进口
l-底 2-液体分布器 3-底部液体进、出管 4-填充层 5-壳体 6-离子交换树脂层 7-扩大沉降段 8-回流管 9-循环室 10-液体出口管 11-顶盖 12-液体加入管 13-喷头
3.混合床交换罐
混合床内的树脂是由阳、阴两种树脂混合而成,脱盐较完全。制备无盐水时,可将水中的阳、阴离子除去,而从树脂上交换出来的H+和OH-结合成水,可避免溶液中pH的变化而破坏生物产品。混合床制备无盐水的流程 见图11。操作时.溶液由上而下流动;再生时,先用水反冲,使阳、阴树脂借重度差分层(一般阳离子树脂较重,二者密度差应为0.1~0.13),然后将碱液由罐的上部引入,酸液则由罐底引入,废酸、碱液在中部引出,再生及洗涤结束后,压力空气将两种树脂重新混合,阳、阴离子交换树脂常以体积比l:1混合.制备无盐水时流速约为25~30m/h。 图12为制药工业用反渗透加混合床生产纯水工艺流程图。
4. 连续式离子交换设备
固定床正吸附离子交换操作中,交换仅限于很短的交换带中,树脂利用率低。生产周期长。若采用连续离子交换设备操作,则交换速度快,产品质量均匀连续化生产便于自动控制。但这种操作过程中树脂破坏大,设备及操作较复杂且不易控制,目前在软水及无盐水的中间规模生产中所采用。
图6 筛板式连续离子交换设备1-树脂计量管及加料口 2-塔身 3-漏斗形树脂下降管 4-筛板 5-饱和树脂受器 6-虹吸管

图7 漩涡式连续离子交换设备1-树脂加料器 2-具有螺旋带的转子 3-树脂提升管 4-塔身 5-虹吸管