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Ionenaustauschereinrichtung
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Gegenstromprinzip verwendet. Mit Gegenstromprinzip können jene lonenaustauschersysteme bezeichnet werden, in denen die zu klärende Flüssigkeit zuerst mit dem weniger aktiven Teil, dann kontinuierlich mit den mehr aktiven Teilen der Ionenaustauschersäule in Berührung kommt. Solche Systeme können z. B. so entstehen, dass der Extraktionsvorgang in einem von unten nach oben sich bewegenden Strom, und die Regeneration in einem von oben nach unten sich bewegenden Strom durchgeführt wird. Diese Systeme können gegenüber den Systemen mit Gleichstromprinzip qualitative und wirtschaftliche Vorteile haben.
In den Ionenaustauschereinrichtungen mit Gegenstromprinzip ist die Umlagerung der Austauscherkörnchen unerwünscht. Wenn sich eine Verunreinigung grösseren Ausmasses in der Austauschersäule in erster Linie infolge der schwer zu vermeidenden Betriebsfehler oder infolge der mechanischen Verunreinigungen der Extraktions- oder der Regenerationslösung bemerkbar macht, wird die Auflockerung bzw. die Umlagerung der Austauscherkörnchen notwendig. Dies wird in der Regel durch das periodische Rückwaschen gewährleistet.
Die erwähnten Systeme mit Gegenstromprinzip ermöglichen das Rückwaschen nur in beschränktem Masse. Bei den bekannten Anlagen mit Gegenstromprinzip war die Umlagerung der Körnchen z. B. nur so möglich, dass ein Zusatzbehälter über den die Ionenaustauschermasse enthaltenden Hauptbehälter angeordnet wurde, und für die Regeneration ein Teil der Ionenaustauschermasse in diesem Zusatzbehälter rückgewaschen wurde. Die Regeneration wurde hier begonnen, dann wurde die in diesem Zusatzbehälter enthaltene Masse nach der Regeneration der Masse im Hauptbehälter in den Hauptbehälter zurückgespült. Es liegt jedoch auf der Hand, dass dieses Verfahren einerseits einen langwierigen Arbeitsvorgang anderseits eine wesentlich grössere Anlage beanspruchte und deswegen teuer war.
In andern Fällen war die Abstützung der Ionenaustauscherschicht labil, was die Wirksamkeit des Gegenstromes verminderte.
Zweck der Erfindung ist es, eine Ionenaustauschereinrichtung herzustellen, bei der einerseits die Abstützung der Ionenaustauscherschicht stabil ist, anderseits das Rückwaschen und damit gleichzeitig die Umlagerung der Ionenaustauscherkörnchen einfach gelöst werden kann.
Im Sinne der Erfindung werden diese Ziele ohne Zusatzbehälter durch Sicherung eines freien Raumes mit veränderlichem Volumen im Hauptbehälter erreicht.
Die zur Durchführung von Ionenaustauscherprozessen mit Gegen- oder Gleichstrom geeignete Einrichtung nach der Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass im freien Raum über der Ionenaustauscherschicht ein zum Auffüllen mit Flüssigkeit oder Gas geeigneter Körper aus elastischem Material, z. B. Gummi, oder unelastischem Material, z.
B. aus Kunststoff (im weiteren kurz :"Kunststoff- körper" oder "Körper" genannt) so verwendet wird, dass im Laufe der Vorgänge, bei denen die Bewegung der lonenaustauscherschicht bzw. die Verdünnung der Flüssigkeit im Behälter unerwünscht ist, der genannte Körper aufgefüllt werden kann, der auf diese Weise den freien Raum über die Ionenaustauschermasse zum Teil oder ganz ausfüllt, während er in entgegengesetztem Falle infolge der Volumensver-
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ringerung des Körpers die Bewegung bzw. die Verdünnung ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann also nicht nur bei Ionenaustauschern mit Gegenstromprin- zip sondern auch bei Ionenaustauschern mit Gleichstromprinzip verwendet werden, und alle Arbeits- vorgänge, bei denen die Ionenaustauschermasse oder ihre Bewegung verhindert werden sollte, können in ihr einfach durchgeführt werden. Das Wesentliche der Erfindung wird in ihren Einzelheiten im Zusammen- hang mit den Ionenaustauschersystemen mit Gegenstromprinzip beschrieben.
Eine zum Ionenaustausch mit Gegenstromprinzip geeignete Einrichtung wird in der üblichen Zy- linderausführung, entweder oben kegelförmigen oder unten kegelförmigen bzw. in der erweiterten Zy" linderausführungsform verwendet. Im Sinne der Erfindung wird ein zum üblichenRückwaschen des Ionen- austauschers notwendiger freier Raum über der Ionenaustauscherschicht - gemessen vom oberen Zulauf der Extraktions- oder Regenerationslösung und der Waschlösung - gesichert. Zur Abführung derRegene- rationslösung oder der Extraktionslösung wird ein aus Siebknöpfen oder einem andern zur Verhinderung des Abfliessens der Ionenaustauscherkörnchen geeigneten, gepressten Rohrsystem bzw.
aus porösem Rohr- werkstoff mit kleinem Widerstand gefertigtes, abführendes Netz eingebaut.
Im Betrieb der Ionenaustauschersäule von unten nach oben (Vorgang der Regeneration bzw. des
Waschens oder der Extraktion) wird die Verrückung der Ionenaustauscherschicht gemäss der Erfindung durch die Anwendung eines an der Wand des Behälters oder an einer andern in den Behälter eingebauten
Vorrichtung angehängten, hohlen, mit Flüssigkeit oder Luft füllbaren, elastischen Gummi-oder Kunststoffkörpers verhindert. Das gleiche kann auch mit einem durch elastische Kunststoff- oder Gummiplatten verbundenen, mit mit Gas oder Flüssigkeit füllbaren Verspannungselementen versehenen Körper erzielt werden.
Dieser Körper wird während des von unten nach oben durchgeführten Arbeitsvorganges in einem mit Luft oder einem andern Gas bzw. mit Wasser oder einer andern Flüssigkeit gefüllten Zustand gehalten.
Der gefüllte Kunststoff- oder Gummikörper schmiegt sich an die Wand des Ionenaustauscherbehälters und stützt sich an das über der Ionenaustauscherschicht angeordnete Abführungsrohrsystem ab bzw. an die Ionenaustauschermasse, er verhindert die Verrückung der Ionenaustauscherschicht, während er den freien Raum über dem Ionenaustauscher zum Teil oder ganz ausfüllt. Das Schwellen der Ionenaustauschermasse wird durch die notwendige Begrenzung des im Inneren des Kunststoffkörpers herrschenden Gas- oder Flüssigkeitsdruckes mit dem Sicherheitsventil ermöglicht.
Vor dem von oben nach unten verlaufenden Prozess wird die Flüssigkeit bei geschlossener Abführungsleitung der Ionenaustauschersäule und bei geöffneter, aus dem Kunststoffkörper herausragender Luftoder Flüssigkeitsleitung in den mit Ionenaustauschermasse nicht gefüllten Raum des Ionentauscherbehälters gedrückt. Der Flüssigkeitsdruck presst die gasförmige oder flüssige Füllung des Kunststoffkörpers heraus, der Körper schrumpft sich zusammen und nimmt seine ursprünglichen Abmessungen an, so dass er die Strömung der von oben nach unten strömenden Flüssigkeit auf die Ionenaustauschermasse nicht hindert. Durch eine entsprechende Auswahl der ursprünglichen Form des Kunststoffkörpers kann die gleichmässige Verteilung der von oben kommenden Flüssigkeitsströmung auf der Ionenaustauscherschichtge- fördert werden.
Natürlich ist auch die Möglichkeit vorhanden, die von oben nach unten strömende Flüssigkeit durch das schon erwähnte und über der Ionenaustauscherschicht angeordnete Wasserabführungs-bzw.-zu- führungssystem in die Ionenaustauschersäule zu fördern. In diesem Falle ist das Entleeren des Kunststoffkörpers auch für die Dauer des von oben nach unten durchgeführten Arbeitsvorganges nicht nötig. Bei dieser Betriebsweise genügt es, die Füllungsflüssigkeit oder das Füllungsgas aus dem Kunststoffkörper nur während des mit der Ausdehnung der lonenaustauscherschicht verbundenen Rückwaschungsvorganges zu verdrängen. Natürlich wird der Prozess auch dadurch nicht schädlich beeinflusst, wenn die Kunststoffkugel bei dieser Betriebsweise nicht gefüllt wird.
Beim Rückwaschen der Ionenaustauschermasse bedeutet der Umstand einen besonderen Vorteil, dass der freie Raum mit dem Mass der Füllung des Kunststoffkörpers beliebig verkleinert werden kann, und so die Waschgeschwindigkeit der verunreinigten Lösung bei gleichbleibend oder verringert zugeführter Wassermenge erhöht werden kann.
Die Einrichtung kann natürlich auch beim in Gleichstrom durchgeführten Ionenaustausch zur Verkleinerung des schädlichen Totraumes vorteilhaft verwendet werden.
Die Ausführung der in der vorhergehend beschriebenen Anlage ist aus der Zeichnung ersichtlich. Die lonenaustauschermasse 2 wird auf dem Filterboden oder auf einer andern Tragschicht im zylindrischen Ionenaustauscherberhälter 1 untergebracht. Über die Ionenaustauscherschicht befindet sich das zur Verhinderung des Abfliessens der lonenaustauscherkörnchen geeignete, mit engen Spalten versehene Netz
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oder das aus einem andern porösen Werkstoff usw. gefertigte System 3. Über dem befindet sich der freie Raum 4 in der Säule. Oben auf der Säule ist der zur Zuführung der Extraktionslösung geeignete Verteiler 5 üblicher Ausführung. Der Kunststoffkörper (oder der elastische Gummikörper) wurde an den die Strömung der zufliessenden Flüssigkeit brechenden Platten 6 befestigt.
Zur Füllung des Körpers mit Flüssigkeit oder Gas dient die Rohrleitung 7, die mit einem Sicherheitsventil 8 versehen wird.
Die Einrichtung funktioniert folgendermassen : Beim Arbeitsgang Extraktion werden die Ventile "a" und"b"geöffnet. Nach Beendigung der Extraktion wird die Ionenaustauschersäule zweitweise durch die Ventile"c"und"d"ruckgewaschen. Während dieser zwei Arbeitsgänge bleibt der Kunststoffkörper ungefüllt. Danach muss die Ionenaustauschersäule in einem von unten nach oben sich bewegenden Strom
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fliesst. Nach dem Erreichen des entsprechenden Druckes z. B. von 2 atü werden die Ventile"e"und"d" geschlossen, und die Regenerationslösung wird nach Öffnen der Ventile"f"und"g"in einem Strom von unten nach oben durch die Ionenaustauscher ladung strömen gelassen. Auf diesem Wege wird der Überschuss an regenerierenden Chemikalien in einem langsamen und dann in einem schnellen Tempo ausgewaschen.
Danach werden die Ventile"a"und"b"geöffnet, und der Kunststoffkörper wird entleert.
Nach Beendigung der Entleerung beginnt ein neuer Extraktionsvorgang bei geöffneten"a"und"b"Ven- tilen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Durchführung von lonenaustauschprozessen nach dem Gegenstrom-oder Gleich-
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schicht einen zum Auffüllen mit einer Flüssigkeit oder einem Gas geeigneten, aus elastischem Material, z. B. Gummi oder unelastischem Material, z. B. Kunststoff, bestehenden Körper enthält, der während der Arbeitsgänge, während derer die Bewegung der Ionenaustauscherschicht bzw. die Verdünnung der Flüssigkeit im Behälter unerwünscht ist, aufgefüllt werden kann und auf diese Weise den freien Raum über die Ionenaustauscherschicht zum Teil oder ganz ausfüllt.