DE1517930C - Vorrichtung zum Gegenstrom Ionenaus tausch insbesondere zum Entharten und/oder Entsalzen von Wasser - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung schichten.. Um dabei einen quasi kontinuierlichen zum Gegenstrom-Ionenaustausch, insbesondere zum Betrieb der Kolonne zu gewährleisten, sind am Enthärten und/oder Entsalzen von Wasser, mit einer oberen wie auch am unteren Ende derselben Sam-Beladungs-, einer Regenerier- und einer Wasch- melbehälter für die Ionenaustauschermasse vorgekolonne, zwischen denen ein Kreislauf für ein Aus- 5 sehen, die im Rhythmus eines Austauschzyklus tauschermaterial über Rohrleitungen und mittels wechselseitig umgeschaltet werden und in die bzw. einer Förderflüssigkeit möglich ist, wobei die Be- aus den die Ionenaustauschermasse mittels einer geladungs- und die Regenerierkolonne im unteren Be- gegebenenfalls in Kreislauf geführten Förderflüssigreich einen Filtermantel aufweisen. keit gefördert wird. Durch den quasi kontinuierlichen

Für den Ionenaustausch, ζ. B. bei der Enthärtung io Betrieb der Austauschkolonne werden die Drücke

und/oder Entsalzung von Wasser, werden in üblicher in derselben entsprechend dem Umschaltrhythmus

Weise Filter benutzt. standig verändert und somit auch die für einen opti-

Das in' diesen Filtern befindliche Austauscher- malen Austausch erforderlichen Wirbelschichten ab-

material besitzt pro Gewichts- oder Volumeneinheit bzw. wieder aufgebaut. Das Auf- und Abbauen der

eine bestimmte Kapazität, für die aus dem Wasser 15 Wirbelschichten kann sich einerseits auf dem Rein-

oder aus anderen Lösungsmitteln zu entfernenden heitsgrad der behandelten Flüssigkeit und anderer-

Stoffe. Demzufolge ist die Laufzeit eines Filters be- seits infolge einer Kanalbildung auf den Betrieb der

grenzt. Sie wird für den Bau eines Filters vorgegeben Kolonne "störend, wenn nicht sogar nachteilig aus-

und bestimmt seine Größe. , wirken. Im Zeitpunkt des Umschaltens von einem

Ist das Filtermaterial erschöpft, so muß es rück- 20 Sammelbehälter für die Ionenaustauschermasse zum gespült, mit der geeigneten Lösung regeneriert und andern und des damit zusammenhängenden Druckanschließend gewaschen werden. Dann ist der Be- abfalles besteht die Gefahr des Festsetzens mitge-Betriebszustand wieder erreicht. In dieser Zeit der führten Schmutzes, insbesondere in "der' auf den Vorbereitung für den Beladungszyklus fällt das Filter Zwischenböden ruhenden Verteilerschichten, durch für die Produktion aus. Da in der Regel eine un- 25 welches Festsetzen Verstopfungen auftreten können unterbrochene Produktion gewünscht wird, muß ein (deutsche Auslegeschrift 1 025 386).
zweites Filter vorgesehen werden. Beide Filter wer- Eine weitere bekannte Vorrichtung zum Behänden abwechselnd beladen und regeneriert. dein von Flüssigkeiten mittels eines Ionenaustau-

Um das ständige Umschalten von einem Filter auf schers wird im wesentlichen von drei hintereinander ein anderes zu vermeiden, ist bei einem bekannten 30 angeordneten und über Leitungen miteinander ver-Verfahren zum kontinuierlichen Trennen von ge- bundenen Kolonnen gebildet, von denen die eine lösten Stoffen verschiedenen Dissoziationsgrades be- Kolonne der Beladung, die ihr nachgeschaltete der kannt, die Trennung mittels einer im Kreislauf ge- Regenerierung und die dieser wiederum nachgeschalführten Ionenaustauschermasse mit anschließender tete der Waschung des Ionenaustauschers dient. Die Regenerierung und Waschung derselben durchzu- 35 einzelnen Kolonnen sind dabei über Leitungen und führen. Der Beladungs-, Regenerierungs- und Wasch- und in diesen vorgesehenen Ventilen miteinander Vorgang der Ionenaustauschermasse erfolgt hierbei verbunden, wobei die Leitungen derart an den Koin einer in mehrere, miteinander verbundenen lonnen angeschlossen sind, daß die austauschenden Räume unterteilten Kolonne, wobei der Raum für Medien im Gegenstrom aneinander vorbeibewegt die Beladung der Ionenaustauschermasse oben, der 40 werden können. Im Bereich des Einlaufendes jeder Raum für die Spülung derselben in der Mitte und Kolonne für die zu behandelnde Flüssigkeit bzw. das der Raum für die Regenerierung bzw. Waschung der Regeneriermittel bzw. die Waschflüssigkeit ist in Ionenaustauschermasser unten liegen. Die einzelnen jeder Kolonne ein konischer Filtermantel vorgesehen, Räume sind dabei durch perforierte Zwischenböden der von einem Ringraum umschlossen ist, in den ein mit aufgeschütteten Verteilerschichten, deren Perfo- 45 Teilstrom des Zulaufes einmündet. Ein weiterer Teilration zwar die Flüssigkeit durchläßt, die körnige strom des jeweiligen Zulaufes für die zu behandelnde Ionenaustauschermasse jedoch zurückhält, vonein- Flüssigkeit bzw. Regeneriermittel bzw. die Waschander getrennt. Um die Ionenaustauschermasse vom flüssigkeit mündet unmittelbar unter einem den einen Raum zum anderen überzuführen, sind in den jeweiligen Ringraum vom zugehörigen Behandlungs-Zwischenböden und Verteilerschichten Überlauf- 50 raum trennden Zwischenboden, welcher eine Perforohre vorgesehen, die in unterschiedlichen Längen in ration für das Durchtreten der austauschenden Meden jeweiligen Raum über und unter den Zwischen- dien aufweist. Zusätzlich zu diesen Ringräumen bzw. boden einmünden. Die Kolonne ist mit Zu- und Ab- Filtermänteln weist jede Kolonne an ihrem diesen führungsleitungen für die zu behandelnden Medien, Räumen abgewandten Ende je einen konischen Samwie Ionenaustauschermasse, Rohflüssigkeit, Lösungs- 55 melraum für den Ionenaustauscher auf, welcher mittel und Waschwasser versehen und diese Leitun- Sammelraum wiederum über einen absperrbaren gen mit und ohne Absperrorgane ausgestattet. Wäh- Rohrabschnitt mit dem Behandlungsraum verbunden rend die Rohflüssigkeit, das Lösungsmittel und das ist. Bei dieser bekannten Vorichtung wird es als Waschwasser radial den einzelnen Räumen der nachteilig empfunden, daß infolge eines turnus-Kolonne zu- und wieder abgeführt werden, wird die 60 mäßigen Öffnens und Schließens der Zu- und Abfühlonenaustauschermasse axial der Kolonne zu- bzw. rungsleitungen der Kolonnen der Austausch unter bzw. aus dieser ausgeführt. Dabei wird die Ionenaus- den Medien in sogenannten Fließbetten erfolgt, was tauschermasse im Gegenstrom zur Rohflüssigkeit dazu führt, daß eine ungleichmäßige Behandlung, bzw. zum Waschwasser von oben nach unten durch Regenerierung und Waschung des Ionenaustauschers die Kolonne geleitet. Der Austausch zwischen den 65 erreicht wird. Hinzu kommt, daß durch die Anorddie Kolonne passierenden Medien, d. h. das Beladen, nung von Verschlußorganen in den Leitungen für Regenerieren und Waschen der Austauschermasse den Transport des Ionenaustauschers dieser einer erfolgt in turbulenten Schichten, sogenannten Wirbel- starken mechanischen Beanspruchung unterworfen

3 4

ist, dies um so mehr, als diese Verschlußorgane bei Die Chemikalien für die Regenerierung der Ionenjedem Füllen und Entleeren der Kolonnen betätigt austauschermasse können schließlich verdünnt und werden müssen und dadurch ein Quetschen des kontinuierlich zugeführt und falls sie aggressiv Ionenaustauschers bedingen. Außerdem können bei sind, auch kontinuierlich neutralisiert werden. Es dieser Vorrichtung infolge Herrschens unterschied- 5 entfallen somit die Vorratsbecken, die bei Behandlicher Drücke zum Zwecke des Füllens und Ent- lung der Austauschermasse außerhalb von Wirbelleerens der einzelnen Kolonnen Kanalbildungen in schichten zwangsweise notwendig sind,
den Kolonnen auftreten, wodurch mangels einer aus- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der reichenden Verweilzeit der Medien in den Kolon- Erfindung am Beispiel der Wasserenthärtung schenen infolge unzureichenden Austauschens die Qua- ίο matisch dargestellt. .

lität des Produkts, d. h. der behandelten Flüssigkeit Die erfindungsgemäße Filteranlage wird von zwei

erheblich verschlechtert wird (französische Patent- als Kolonnen ausgeführten Filtereinheiten gebildet,

schrift 1 291343). - von denen die eine der Beladung B und die andere

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zu- der Regenerierung R dient. Beide Einheiten sind in gründe liegt, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels 15 der gleichen Weise aufgebaut. Das eigentliche Filter der die Austauschvorgänge unter den Medien in besteht aus einem zylindrischen Mantel 1, 1', der allen Kolonnen voll kontinuierlich in ständig sich oben mit einem Deckel 2, 2' verschlossen ist. Dieser bewegenden Reaktionszonen ablaufen und mittels Mantel ist an seinem unteren Ende über einen Kegelweicher Vorrichtung eine weitgehende Schonung der mantel 3, 3' an einem weiteren zylindrischen Man-Ionenaustauschermasse vor mechanischer Beanspru- ao tel 4, 4' größeren Durchmessers befestigt. Den Abchung möglich ist. · Schluß bildet der Boden 5, S'.. Das verbreiterte untere— " Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Ende des Filters ist der Einlaufteil. Er enthält einen Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch ge- zylindrischen Filtermantel 6, 6', an . dem Filterlöst, daß die Filtermäntel zylinderförmig ausgebildet elemente, wie z. B. Filterdüsen, befestigt sind. An sind und in Erweiterungen des Kolonnenmantels mit 45 den zylindrischen Mantel 4, 4' des Einlaufteiles ist Abstand von diesem angeordnet sind, daß an die so eine Leitung 7, T angeschlossen, die mit Hilfe eines gebildeten Ringräume Flüssigkeitszulaufleiturigen mit Ventils 8, 8' abgesperrt und mit der ein Flüssigkeits-Ventilen für die Beaufschlagung der Kolonnen an- zulauf einreguliert werden kann. Die Leitung 7 führt geschlossen sind, daß in den Böden der Erweiterun- nach dem Druckstutzen der Rohrwasserpumpe 19 gen angebrachte Rohre, deren Mündungen mit Plat- 30 und die Leitung 7' nach dem Druckstutzen der Soleten verschließbar sind, in Gegendruckkammern mün- pumpe 31. . . .
den, in die außerdem Leitungen tangential einmün- Am Boden 5 des Beladungsfilters B ist ein Ablaufden, während von den Böden der. Gegendruckkam- rohr 9 befestigt. Es mündet in eine Gegendruckmern Abzugsrohre zur Überführung des Austauscher- kammer 10 und ragt etwa bis in die Hälfte der materials zum Kopf der anderen Kolonne angebracht 35 Kammer hinein. Das Ablaufröhr 9 kann mit Hilfe sind. der. Verschlußplatte 11 verschlossen werden. In die

Durch diese Maßnahmen wird nicht nur die der Kammer 10 mündet eine durch die Deckplatte 12

Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft ge- gehende Spülleitung 13, die an ihrem einen Ende so

löst, sondern es wird darüber hinaus ein in Qualität gebogen ist, das ein Flüssigkeitsstrom tangential in

und Menge gleichbleibender Ausstoß an Produkt- 40 die Kammer 10 eintreten kann und mit dem anderen

flüssigkeit aufrechterhalten. Auf Grund der Tatsache, Ende an den Druckstutzen der Rohwasserpumpe 19

daß die Austauschreaktionen zwischen den Medien angeschlossen ist. Dieser Flüssigkeitsstrom wird mit

in bewegten Reaktionszonen, d. h. Wirbelschichten Hilfe eines Ventils 14 reguliert. Am Boden 15 der

erfolgen, nehmen nicht nur sämtliche Austauscher- Gegendruckkammer 10 ist ein Abzugsrohr 16 ange-

teilchen an den Austauscherreaktionen teil, sondern 45 schlossen, das an den Saugstutzen einer Strahlpumpe

es wird die Austauschermasse entscheidend von 17 führt. Die Strahlpumpe 17 ist an eine Treibleitung

mechanischen Beanspruchungen geschont. Hinzu 18 angeschlossen, die mit dem Druckstutzen der

kommt, daß die durch die jeweilige Kolonne Rohwasserpumpe 19 verbunden ist. Der Flüssigkeits-

rieselnde Austauschermasse ausreichend lang in den strom in der Treibleitung wird mit Hilfe des Ventils

Reaktionskammern gehalten wird, wodurch infolge 50 ²O reguliert. Die Förderleitung 21 führt von der

eines optimalen Reaktionsgrades mit einer geringeren Strahlpumpe 17 durch den Deckel 2' des Regenerier-

Menge an Austauschermasse gearbeitet werden kann. filters und ragt in einer Länge von 5% der Filter-

Der Austausch in turbulenten Wirbelschichten hat höhe in dieses hinein.

zudem den Vorteil, daß Bakteriennester in der Aus- In das Beladungsfilter B mündet eine durch den tauschermasse nicht bilden können, was bei Fließ- 55 Deckel 2 desselben gehende Filtratleitung 22, in der bett- und insbesondere bei Festbettfiltern infolge sich ein Ventil 23 befindet, sowie eine Schlammweitgehender ruhender Masse meist üblich ist. abzugsleitung 24 mit dem Ventil 25. Die Schlamm-Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung abzugsleitung 24 ragt mit einer Länge von 2,5% den Vorteil, daß nach einmaligen Einstellen der der Filterhöhe in das Filter hinein.
Strömungsgeschwindigkeiten und -mengen weitere 60 Am Boden 5' des Regenerierfilters jR ist ein Verstellungen an den Ventilen bzw. Verschluß- Waschrohr 26 befestigt, das in die Gegendnickorganen nicht erforderlich sind, so daß die Vorrich- kammer 10 mündet und bis in die Hälfte der Kamtung weitgehend wartungsfrei bei ständig gleich- mer hineinragt. An seinem unteren Ende befindet bleibender Produktqualität vollkontinuierlich betrie- sich eine Ablaufdüse 27, die mit Hilfe der Verschlußben werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 65 platte 11' verschlossen werden kann. In die Kammer kommt ferner mit einem geringeren aparativen Auf- 10' mündet eine durch die Deckplatte 12' desselben wand aus, wodurch die Investitionskosten für eine gehende Spülleitung 13', die an ihren einem Ende solche Vorrichtung gering gehalten werden können. so gebogen ist, daß ein Flüssigkeitsstromtangential

in die Kammer 10' eintreten kann und mit dem anderen Ende an den Druckstutzen der Hilfspumpe 28 angeschlossen ist. Dieser Flüssigkeitsstrom wird mit Hilfe eines Ventils 14' reguliert. Am Boden 15' der Gegendruckkammer 10' ist ein Abzugsrohr 16' befestigt, das an den Saugstutzen einer Strahlpumpe 17' führt. Die Strahlpumpe 17' ist an eine Treibleitung 18' angeschlossen, die an den Druckstutzen einer mit der Filtratleitung verbundenen Hilfspumpe 28 führt. Der Flüssigkeitsstrom in der Treibleitung wird mit Hilfe des Ventils 20' reguliert. Die Förderleitung 21' führt von der Strahlpumpe 17' durch den Deckel 2 des Beladungsfilters und ragt mit einer Länge von 5% der Filterhöhe in dieses hinein.

In das Regenerierfilter R mündet eine durch den Deckel 2' desselben gehende Soleablaufleitung 29, in der sich ein Ventil 30 befindet.

Die Arbeitsweise der Filterahlage ist folgende:

Das Beladungsfilter B ist mit handelsüblicher Austauschermasse gefüllt. Das zu reinigende Rohwaser wird mit Hilfe der Pumpe 19 (Rohwasserpumpe) durch die Leitung 7 in den Einlaufteil 4 des Beladungsfilters 3 gefördert. Es durchströmt das Filter B von unten nach oben, erzeugt dabei die Austauscher-Wirbelschicht und verläßt das Filter im gereinigten Zustand durch die Filtratleitung 22 mit Abschlußventil 23. Die Fördermenge wird mit Hilfe des Ventils 8 eingestellt. Während durch das Ablaufrohr 9 die beladene Austauschermasse in die Gegendruckkammer 10 fließt, wird durch die Förderleitung 21' frische, regenerierte Austauschermasse auf das Filter gege-'bcn. Somit bewegt sich die Austauscher-Wirbelschicht im Gegenstrom durch die zu reinigende Flüssigkeit und ermöglicht einen vollständigen Ionenaustausch. Mit Hilfe der Spülleitung 13 und des Ventils 14 wird in der Kammer 10 ein Gegendruck zum Flüssigkeitsdruck im Einlaufteil 4 erzeugt, womit die Ausströmgeschwindigkeit der Austauschermasse durch das Ablaufrohr 9 reguliert wird. Die am Boden 15 angesammelte Austauschermasse gelangt durch das Abzugsrohr 16 in die Strahlpumpe 17. Die Treibflüssigkeit (Rohwasser) gelangt durch die Treibleitung 18, reguliert mit dem Ventil 20, ebenfalls in die Strahlpumpe 17 und fördert die beladene Austauschermasse durch das Förderrohr 21 auf das Regenerierfilter R. Dadurch, daß die Förderleitung in das Filter hineinragt, bildet sich eine Beruhigungszone C, und die Austauschermasse sinkt bis auf die Wirbelschicht ab. Die Förderflüssigkeit verläßt durch die Soleablaufleitung 29 das Regenerierfilter. Wird die Anlage abgestellt, so wird das Ablaufrohr 9 mit Hilfe der Verschlußplatte 11 verschlossen.

Um zu verhindern, daß auf der Wirbelschicht des Beladungsfilters B sich im Verlaufe einer längeren Betriebszeit eventuell ansammelnde Schwebstoffe das Filtrat verunreinigen, werden die Stoffe von Zeit zu Zeit durch die Schlammabzugsleitung 24 entfernt. Dazu wird das Ventil 23 geschlossen und das Ventil 25 geöffnet. Dadurch, daß die Schlammabzugsleitung in das Filter hineinragt, wird verhindert, daß während des Schlammabzugs Schwebstoffe in die Filtratleitung gespült werden.

Das Regenerierfilter R ist ebenfalls mit handelsüblicher Austauschermasse gefüllt. Die Regenerierlösung (z.B. Salzsole) wird mit Hilfe der Pumpe31 (Solepumpe) durch die Leitung T in den Einlaufteil 4' des Filters R gefördert. Sie durchströmt das Filter R von unten nach oben, erzeugt dabei die Austauscher-Wirbelschicht und verläßt das Filter im beladenen Zustand zusammen mit der Förderflüssigkeit aus der Förderleitung 21 durch die Soleablaufleitung 29.

Die Fördermenge der Regenerierlösung wird mit Hilfe des Ventils 8' eingestellt. Während durch das Waschrohr 26 die regenerierte Austauschermasse in

ίο die Gegendruckkammer 10' fließt, wird durch die Förderleitung 21 beladene Austauschermasse auf das Filter gegeben. Somit bewegt sich-die Wirbelschicht im Gegenstrom durch die Regenerierlösung und ermöglicht einen . vollständigen Ionenaustausch. Mit Hilfe der Spülleitung 13' und des Ventils 14' wird durch die Hilfspumpe 28 in der Kammer 10' ein Gegendruck zum Flüssigkeitsdruck im Einlausteil 4' erzeugt, womit 'die Ausströmgeschwindigkeit der Austauschermasse in der Ablaufdüse 27 reguliert wird.

ao Dieser Gegendruck treibt einen Flüssigkeitsstrom durch die Ablaufdüse 27 in· das Waschrohr 26, so daß die abströmende, mit Regenerierlösung benetzte Austauschermasse im Gegenstrom gewaschen wird. Als

~ Waschflüssigkeit wird Filtrat benutzt, das mit der.

Hilfspumpe 28 der Filtratleitung 22 entnommen wird. Die am Boden 15' angesammelte Austauschermasse gelangt durch das Abzugsrohr 16' in die Strahlpumpe 17'. Die von der Hilfspumpe 28 kommende Treibflüssigkeit gelangt durch die Treibleitung 18', regu- liert mit dem Ventil 20', ebenfalls in die Strahlpumpe 17' und fördert die regenerierte und gewaschene Austauschermasse durch das Förderrohr 21' auf das Beladungsfilter B. Dadurch, daß die Förderleitung in das Filter hineinragt, bildet sich eine Beruhigungszone C, und die Austauschermasse sinkt bis auf die Wirbelschicht ab.

Die Förderflüssigkeit wird mit dem Filtrat vereinigt und verläßt das Filter durch die Filtratleitung 22. Wird die Anlage abgestellt, so wird die Ablaufdüse 27 mit Hilfe der Verschlußplatte 11' verschlossen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Gegenstrom-Ionenaustausch, insbesondere zum Enthärten und/oder Entsalzen von Wasser, mit einer Beladungs-, einer Regenerier- und einer Waschkolonne, zwischen den ein Kreislauf für ein Austauschermaterial über Rohrleitungen und mittels einer Förderflüssigkeit möglich ist, wobei die Beladungs- und die Regenerierkolonne im unteren Bereich einen Filtermantel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermäntel (6,6') zylinderförmig ausgebildet sind und in Erweiterungen (4,4') des Kolonnenmantels mit Abstand von diesem angeordnet sind, daß an die so gebildeten Ringräume Flüssigkeitszulaufleitungen (7,7') mit Ventilen (8, 8') für die Beaufschlagung der Kolonnen angeschlossen sind, daß in den Böden (5,5') der Erweiterungen (4, 4') angebrachte Rohre (9 bzw. 26 mit 27), deren Mündungen mit Platten (11,11') verschließbar sind, in Gegendruckkammern (10, 10') münden, in die außerdem Leitungen (13,13'), tangential einmünden, während von den Böden der Gegendruckkammern (10,10') Abzugsrohre (16, 16') zur Überführung des Austauschermaterials zum Kopf (2, 2') der anderen Kolonne angebracht sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen