DE2065830A1

DE2065830A1 - Verfahren zur behandlung eines filtermaterials bzw. einer ionenaustauschermasse

Info

Publication number: DE2065830A1
Application number: DE2065830*A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Ing Erichsen; Hans Schafferus
Original assignee: Deutsche Solvay Werke GmbH
Current assignee: Cavity GmbH
Priority date: 1970-10-31
Filing date: 1970-10-31
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DE2053551A1; DE2053551B2; DE2053551C3

Description

206583Q

Anlage zur Patentanmeldung
vom 29. Okt. I97O Sei/Ma

"Verfahren zur Behandlung eines Filtermaterials

bzw. einer Ionenaustauschermasse¹¹

(Ausscheidungsanmeldung aus Patentanmeldung

P 20 53 551.7)

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Filtermaterials bzw. einer Ionenaustauschermasse, wobei die Austauschermasse mit Ionen einer einzigen bestimmten Ionenart vor ihrem bestiramungsgemäßen Einsatz behandelt wird, bis die Austauschermasse in einer einzigen bestimmten Ladeform vorliegt. Durch das Verfahren wird es ermöglicht, daß eine Lagerung der Teilchen nach ihrer Größe erzielt wird. Es ist bereits bekannt, Ionenaustauschermassen einzusetzen, die jedoch vor ihrem bestimmungsgemäßen Einsatz in unterschiedlicher Bildungsform vorliegen und/oder der Größe nach nicht geordnet sind. Es ist weiterhin bekannt aus dem Gebrauchsmuster 1 939 125 und 1 933 636 sowie 6 752 649, die Ionenaustauschermasse innerhalb eines Filterbehälters mit einem Filterboden so anzuordnen, daß diese mit einem Puffermaterial bzw. Filtermaterial überdeckt ist.

Dieses elastische zusammendrückbar und nach Druckaufhebung seine ursprüngliche oder annähernde Form annehmende Puffermaterial kann in der Austauschermasse eingebettet sein, wird jedoch vorzugsweise in einer Schicht Über der Austauschermasse

-2-

609825/0391

206583Q

als Abgrenzungsmaterial zum Rückspülraum angeordnet, wobei ggf. auch die zum Rückspülraum angeordnete Sieb- oder Filterplatte bzw. bewegliche Siebplatte entfallen kann. Ein derartig aufgebauter Ionenaustauscher ist besonders vorteilhaft, weil auch eine bewegliche Lochplatte bzw. Siebplatte zum Rückspülraum hin entfallen kann und somit Verkantungen der Lochplatte als Fehlerquelle von vornherein ausgeschaltet werden. Darüber hinaus ist es möglich, ohne erheblichen Material- und Arbeitsaufwand die bisher noch im Gleichstromprinzip arbeitenden Ionenaustauscher umzustellen. Weiterhin ist es möglich, erforderliche Kontrolleinrichtungen weitgehend einzusparen. Als weitere Vorteile dieser Vorrichtung sind ein geringerer Salzsäureeinsatz, kürzere Regenerierungszeiten, geringerer Waschwasserbedarf, bessere Nutzung der Normalvolumenkapazität und einfachere Bedienung durch eine geringere Anzahl von Arbeitsvorgängen zu nennen.

Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, die lonenaustauschermasse nach Möglichkeit in einer einheitlich beladenen Form einzusetzen und diese der Größe nach tix ordnen, d.h.·, daß die größen Teile in der Nähe des Filterbodens lagern sollten während die Körnung nach oben hin gleitend abnimmt. Ziel war weiterhin, daß der Durehfluß durch das gesamte Ionena&^sfauscherbett gleichmäßig erfolgt und eine Bildung sog. Nester, hervorgerufen durch die Formierung von kleinen Teilchen, die verdichtete Zonen darstellen und somit über das ganze Filterbett verteilt einen gleichmäßigen Durchtritt des Wassers nicht erlauben, vermieden wird. Eine sog. Straßenbildung in der Austautqhermasse, die ein öfteres Rückspülen erforderlich macht, sollte somit verhindert werden.

-3-603*25/0

_β7

Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es weiterhin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Puffermaterial zu finden, das auch bei längerem Einsatz keine unerwünschten Verklebungen aufweist. Das Puffermaterial soll auch nach mehrmaligem Einsatz keine Bildung von Klumpen, un- oder teildurchlässiger verklebter Schichten usw. zeigen, der durchgeführten Flüssigkeit somit auch keinen erhöhten Widerstand, d.h. auch keinen nur stellenweise erhöhten Widerstand entgegensetzen und im übrigen die vorgenannten Vorteile des Puffermaterials aufweisen.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß diese Ziele und Aufgaben durch ein Verfahren zur Behandlung eines Filtermaterial bzw. einer Ionenaustauschermasse gelöst werden, bei dem das Filtermaterial bzw. die Austauschermasse mit Ionen einer einzigen bestimmten Ionenart vor ihren bestimmungsgemäßen Einsatz behandelt wird, bis eine Änderung der eingeführten Ionenkonzentration nach dem Durchtritt durch die Austauschermasse nicht mehr stattfindet und die Austauschermasse somit in einer einzigen bestimmten Beladungsform vorliegt. Danach erfolgt ein Auswaschen der Austauschermasse mit vollentsalztem bzw. destilliertem Wasser unter gleichzeitiger oder nachfolgender Aufspülung, die eine freie Beweglichkeit bzw. Umlagerung der Teilchen nach ihrer Größe ermöglicht. Durch diese Behandlung der Austauschermasse wird erreicht, daß die nach etwa 5 - 50 Arbeitsspielen ( Arbeitszyklen ) erforderliche Rückspülung nicht mehr zu erfolgen braucht bzw. in i&rem Zeitraum weitgehend verschoben werden kann. Bei einem Ionenaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung wurde selbst nach 250 Arbeitsspielen ( Arbe±szyklen )

-Ü-

809825/0381

ein Aufspülen nicht erforderlich. Daraus ergibt sich u.a. eine erhebliche Erhöhung der Kapazität, z.B. durch Einsparungen an Arbeitskraft, kürzere Regenerierzeiten usw. sowie eine Verringerung der eingesetzten Regenerierungsmittel„

Nach der erfolgten Umlagerung der Teilchen der Austauschermasse wird Puffermaterial über der Austauschermasse aufgebracht. Das verwendete Puffermaterial besteht erfindungsgemäß aus einer Mischung von elastischem zusammendrückbarem und nach Druckaufhebung seine ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Material und einem hartelastischen Puffermaterial.

Das harte Puffermaterial besitzt andere mechanische Materialeigenschaften und verhindert ein Zusammenklumpen der elastischen Teile weitgehend. Das harte Puffermaterial kann unterschiedlich elastische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise von hartelastischen bis nahezu unelastischen Eigenschaften. Die aus unterschiedlich elastischen bzw. unelastischen Teilchen bestehende Puffermaterialmischung ist besonders vorteilhaft über der Austauschermasse angeordnet. Die verwendeten Puffermaterialteilchen können beliebige Formen aufweisen, z.B. Streifen» Stücke, Scheiben, Körner, Granulate. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Kugeln oder kugelähnlichen Formen. ,

Erfindungsgemäß wurde weiterhin festgestellt, daß besondere Vorteile hinsichtlich einer Vermeidung der Bildung verklebender Schichten und dgl. erreicht werden, wenn das Verhältnis der hartelastischen bzw. unelastischen Puffermaterialteile, vorzugs-

-5-609825/0361

weise Kugeln, zu den elastischen zusammendrückbaren und nach Druckaufhebung die ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Puffermaterialteile, vorzugsweise Kugeln, in der Mischung 1 : 0,5 bis 1 : 10 ist. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung des Mischungsverhältnisses von 1 : 3 bis 1:5· Die elastischen zusammendrückbaren und nach Druckaufhebung die ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Puffermaterialteilchen, vorzugsweise Kugeln, bestehen zweckmäßigerweise aus Kunststoffen ( Homo- oder Mischpolymerisaten ), Gummi, vulkanisiertem Kautschuk oder vulkanisierten Kautschukkunst stoff gemischen, wobei die Teilchen ein spezifisches Gewicht kleiner als 1,0 kg/dm^ aufweisen sollen. Die verwendeten Gummiteilchen oder Kautschukkunststoffgemische sind vorher zweckmäßig unter Druck vulkanisiert. Die vorgenannten Materialien sollen dabei elastisch verformbare Eigenschaften aufweisen, jedoch so, daß nach Druckaufhebung das Material in seine ursprüngliche Form oder annähernde Form zurückgeht.

Die elastischen Eigenschaften des Materials sollen so beschaffen sein, daß sie bei den im Ionenaustauscher auftretenden Drucken sich zeitweise verformen können und nach Druckaufhebung das Material seine ursprüngliche Form oder annähernde Form annimmt. Die harten Teilchen sollen diese hohen elastischen Eigenschaften nicht aufweisen und beispielsweise nur bei sehr hohen Drucken auf eine Verformung ansprechen. Besonders vorteilhaft ist auch bei diesen Teilchen eine gewisse Elastizität, so daß bevorzugt hartelastische Teilchen, insbesondere Kugeln, verwendet werden sollten.

-6-609825/0361

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz mindestens zweier unterschiedlicher Teilchengrößen des Puffermaterials. Dabei wurde festgestellt, daß die beste Wirksamkeit der Puffermaterialteilchen eintritt, wenn die elastischen zusammendrückbaren und nach Druckaufhebung die ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Puffermaterialteilchen, vorzugsweise Kugeln, einen größeren mittleren Durchmesser aufweisen als die harten Puffermaterialteilchen. Die elastischen zusammendrückbaren und nach Druckaufhebung die ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Puffermaterialteilchen, vorzugsweise Kugeln, sollen zweckmäßig mit unelastischen, vorzugsweise hartelastischen Teilchen bzw. Kugeln, gemischt werden, deren Volumen gleich, vorzugsweise größer ist als der Abstand in den von den elastischen Materialien gebildeten Hohlräumen.

Wenn der Radius der harten Teilchen mit (Rj₁) wiedergegeben wird und der Radius der elastischen Teilchen mit (R_e) , so sollte die Radiusgröße der harten Teilchen größer als R_e . (V 2 - 1 ), vorzugsweise größer als Re . ( V 3 - 1 ), jedoch kleiner als R_e sein. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Puffermaterialteilchen ein spezifisches Gewicht kleiner als 1,0 kg/dm^ besitzen und über der Austauscher-schicht gelagert sind. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verwendet man als elastisches, zusammendrückbares und nach Druckaufhebung die ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmendes Puffermaterial Gummi, vulkanisierten Kautschuk oder vulkanisierte Kautschukkunststoffgemische ( vorzugsweise unter Druck vulkanisiert ) mit einem spezifischen Gewicht kleiner als 1,0 kg/dm^. Als hartes Material hat sich besonders Polypropylen mit entsprechenden hartelastischen

-■7-

BAD ORIGINAL 60 »8 25/0381 ^~

Eigenschaften als geeignet erwiesen. Das Puffermaterial kann mit Oberflächenschichten überzogen werden, die ein Verkleben verhindern. Das Puffermaterial kann zusätzlich an sich bekannte Füllstoffe oder andere Zusatzmittel bzw. -materialien enthalten. Nach einer Ausführungsform kann das Puffermaterial von einem Netz umschlossen werden. Dabei sollte die Maschengröße des Netzes kleiner sein als die kleinste gewählte Puffermaterialteilchengröße .

Nach einer Ausführungsform kann oberhalb des Netzes eine Schwimmvorrichtung angebracht werden, die das Netz mit dem Puffermaterial trägt und beispielsweise ebenfalls ein spezifisches Gewicht unter 1 besitzt. Bei der letztgenannten AuäUhrungsform ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Puffermaterialteilchen ein spezifisches Gewicht kleiner als 1,0 kg/dm^ aufweisen. In der Zeichnung ist der Ionenaustauscher-Behälter (1) mit einer Einfüll- und Kontrollöffnung (6) versehen, durch die insbesondere Puffermaterial nachgefüllt werden kann ( Pig. I ). Unter Ziffer 2 ist ein Filterboden bzw. Düsenboden dargestellt, auf dem die Ionenaustauschermasse (3) angeordnet ist» Die Anordnung der Ipnenaustauschermasse erfolgt vorteilhaft so, daß vom Düsen- oder Filterboden an die Teilchen mit abnehmendem Durchmesser angeordnet sind. Die Größendarstellung der Teilchen und die Größenunterschiede sind schematisch und entsprechen nicht den tatsächlichen Größen- bzw. Teilchenunterschieden.

Oberhalb der Ionenaustauschermasse (3) ist das Puffermaterial

-8-

608825/0361

(4j5) angeordnet; die harten bzw. hartelastischen ieilcheii- (5) haben vorzugsweise einen kleineren Teilchendurchmesser als die elastischen Teilchen (4)." ·■-·,-■- - ■ ·

An der Grenze zwischen der Ionenaustauschermasse und dem Puffermaterial kann nach einer Ausführungsform eine Schicht ^;' aus gleichmäßig großen Puffermat'eriälteilchen angeordnet sein-. Nach einer anderen Ausführungsform kann oberhalb des Puffermaterials noch zusätzlich eine bewegliche Siebplatte angebracht sein, die zweckmäßig eine oder mehrere"öffnungen zum Nachfüllen von Puffermaterialteilchen aufweist»

-9-

609825/0361

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung einer Ionenaustauschermasse, dadurch gekennzeichnet, daß die Austauschermasse mit Ionen einer einzigen bestimmten Ionenart vor ihrem bestimmungsgemäßen Einsatz behandelt wird, bis eine Änderung der eingeführten Ionenkonzentration nach dem Durchtritt durch die Austauschermasse nicht mehr stattfindet und die Austauschermasse somit in einer einzigen bestimmten Beladeform vorliegt, daß danach ein Auswaschen der Austauschermasse mit vollentsalztem bzw» destilliertem Wasser unter gleichzeitiger oder nachfolgender Aufspülung, die eine freie Beweglichkeit bzw. Umlagerung der Teilchen nach ihrer Größe ermöglicht, durchgeführt wird und nach erfolgter Umlagerung das Puffermaterial in den Behälter, der einen darin angeordneten Filterboden enthält, über der Austauschermasse aufgebracht wird.

2. Verfahren zur Behandlung einer Ionenaustauschermasse, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ionenaustauschermasse nach der Behandlung ein Puffermaterial, das aus einer Mischung von elastischem, zusammendrückbarem und nach Druckaufhebung seine ursprüngliche Form oder annähernde Form annehmenden Material und einem hartelastischen Puffermaterial besteht, aufgebracht wird ο

3. Verfahren zur Behandlung einer Ionenaustauschermasse, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Behandlung Über das, auf

-10-

603825/0361

die Ionenaustauschermass-e aufgebrachte Puffermaterial eine bewegliche oder starre Siebplatte, Lochplatte, Piltertuehabdeckung oder dgl. aufgebracht wird.

0 9 8 25/0381