DE1442925B - Verfahren zum Fördern einer Schicht gleichmässig verteilter Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte aus einem ersten Behälter in einen zweiten Behälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern einer Schicht gleichmäßig verteilter Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte aus einem ersten Behälter in einen zweiten Behälter, insbesondere zum Fördern von regenerierten Anionen- und Kationenaustauscherharzen in einen Mischbett-Ionenaustauscher, bei dem in den ersten Behälter ein unter Überdruck stehendes Flud eingeleitet und aus dem mit dem ersten Behälter in Strömungsverbindung stehenden zweiten Behälter nach Ablagerung der mitgeführten Feststoffteilchen im zweiten Behälter abgeleitet wird.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt. Dabei ist das Flud entweder eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, oder ein Gas, wie z. B. Luft. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, ebenso wie im Falle einer mechanischen Förderung. Wird eine Flüssigkeit zur Förderung der Feststoffteilchen verwendet, so besteht infolge der unterschiedlichen Dichte der Feststoffteilchen die Tendenz zu einer Entmischung, die im allgemeinen unerwünscht ist. Man kann zwar einer Entmischung in der Förderleitung zwischen beiden Behältern dadurch entgegenwirken, daß mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit und einer turbulenten Strömung gearbeitet wird, so daß die spezifisch schwereren Feststoffteilchen keine Gelegenheit haben, sich in der Förderleitung abzusetzen. In diesem Falle müssen die Feststoffteilchen jedoch mit einer großen Flüssigkeitsmenge gefördert werden, so daß diese nicht sofort aus dem zweiten Behälter abgeleitet werden kann. Infolge der Flüssigkeitsansammlung im zweiten Behälter entmischen sich die Teilchen dann dort und setzen sich mehr oder weniger schichtweise entsprechend ihrern spezifischen Gewicht ab.

Demgegenüber hat eine pneumatische Förderung der Feststoffteilchen insbesondere den Nachteil, daß eine vollständige Entleerung des ersten Behälters nicht erreicht wird. Sobald das Gas sich einen Strömungsweg durch die Feststoffteilchen zum Behälterauslaß gebahnt hat, werden die seitlich dieses Strömungsweges liegenden Feststoffteilchen nicht mehr erfaßt und überführt. Außerdem ergibt sich bei der pneumatischen Förderung ein erheblicher Verschleiß bzw. Abrieb der Feststoffteilchen.

Auch eine mechanische Förderung der Feststoffteilchen vom ersten Behälter in den zweiten Behälter führt zu Abrieb und Zerkleinerung der Feststoffteilchen. Außerdem ist die zur Überführung der Feststoffteilchen erforderliche Zeit länger als bei einer hydraulischen oder pneumatischen Förderung, und eine mechanische Fördervorrichtung ist teuer und kann auch zu Betriebsstörungen Anlaß geben.

Die vorgenannten Nachteile hydraulischer, pneumatischer und mechanischer Überführung von Feststoffteilchen zeigen sich beispielsweise deutlich bei einem Mischbett-Ionenaustauscher, bei dem die Austauscherharze außerhalb des Mischbetts regeneriert werden. Eine solche Regenerierung außerhalb des Mischbetts mit einem entsprechenden Transport der feinkörnigen Austauscherharze ist einer Regenerierung innerhalb des Mischbett-Ionenaustauschers im allgemeinen vorzuziehen, weil dann mit zwei Chargen von Ionenaustauscherharzen gearbeitet werden kann und der Mischbett-Ionenaustauscher, abgesehen von der kurzzeitigen Unterbrechung zur Entnahme der verbrauchten Harze und Einleitung der regenerierten Harze, ununterbrochen in Betrieb bleiben kann. Bei den bekannten Mischbett-Ionenaustauschern, die insbesondere der Entmineralisierung von Wasser dienen, sind jedoch die Kationenaustauscherharze schwerer als die Anionenaustauscherharze. Es ist jedoch eine gleichmäßige Mischung der Harzteilchen im Mischbett erwünscht, da anderenfalls der Wirkungsgrad des Austauschers absinkt und das ausfließende Wasser einen erniedrigten pH-Wert aufweisen kann, wenn es zuletzt eine Schicht aus im wesentlichen Kationenaustauscherharzen durchströmt. Es ist daher ersichtlich, daß die Überführung

ίο der Austauscherharze sowohl ohne Entmischung der Harze wie auch zur Vermeidung von Stillstandszeiten schnell und auch ohne Verschleiß vor sich gehen soll, da dieser sich infolge des häufigen Transports der wegen ihrer Herstellungskosten immer wieder neu verwendeten Austauscherharze ins Gewicht fallen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dem Transport der Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte so durchzuführen, daß bei einer schnellen, schonenden und vollständigen Überführung der Feststoffteilchen auch einer Entmischung der Teilchen entgegengearbeitet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem eingangs genannten Verfahren aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Beibehaltung der gleichmäßigen Verteilung der Feststoffteilchen während ihrer Förderung und Ablagerung die Feststoffteilchenschicht bei voneinander abgesperrten Behältern durch Einleiten von Flüssigkeit in den ersten Behälter aufgeschwemmt wird, wobei zugleich Gas durch die Aufschwemmung eingeblasen wird, und daß nach Erreichen eines Gasförderdrucks im ersten Behälter die Strömungsverbindung zwischen den Behältern geöffnet und weiterhin Druckgas zur Förderung der Aufschwemmung zugeführt wird, während die Flüssigkeit an der Unterseite des zweiten Behälters ohne wesentliche Verweilzeit im zweiten Behälter abgezogen und das Druckgas aus dem zweiten Behälter abgeblasen wird.

Bei diesem Verfahren wird somit zunächst die Feststoffteilchenschicht mittels Flüssigkeit aufgeschwemmt und dadurch fluidisiert. Das sichert eine vollständige Behälterentleerung und einen schonenden Transport der Teilchen. Zur Aufschwemmung ist nur eine vergleichsweise geringe Flüssigkeitsmenge notwendig, die sich sofort bzw. ohne wesentliche Verweilzeit im zweiten Behälter ableiten läßt. Dabei wird die eigentliche Überführung der Feststoffteilchen durch das Gas erreicht, das die Aufschwemmung nach Erreichen des Förderdrucks innerhalb kürzester Zeit vom ersten in den zweiten Behälter drückt. Dabei ergibt sich eine besonders einfache, ventilgesteuerte Anlage, mit der sich das Verfahren durchführen läßt.

Aus der deutschen Patentschrift 296 864 ist es zwar bereits bekannt, Schlamm mittels Preßluft zu fördern, während es aus der britischen Patentschrift 136 583 bereits bekannt ist, mit einer Flüssigkeit durchsetzte Teilchen mittels Druckluft zu transportieren. Eine Aufbereitung von Feststoffteilchen durch Einleiten von Flüssigkeit und Gas vor der Förderung mittels Druckluft ist jedoch nicht vorbekannt. Außerdem handelt es sich nicht um Teilchen unterschiedlicher Dichte, so daß auch das Problem der Entmischung gar nicht auftritt.

Bei einer zweckmäßigen Durchführung des Verfahrens werden die Flüssigkeit an der Unterseite und das Druckgas zur Förderung der Aufschwemmung an der Oberseite des ersten Behälters eingeleitet. Es hat

sich gezeigt, daß diese Maßnahmen der Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe förderlich sind.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Aufschwemmung an der Unterseite des ersten Behälters aus diesem abgeführt und an der Oberseite des zweiten Behälters in diesen eingeführt wird. Dadurch wird gleichfalls einer Entmischung der Feststoffteilchen entgegengewirkt.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel der Ausbildung gemäß der Erfindung dargestellt.

Die Zeichnung zeigt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens bei einem Mischbett-Ionenaustauscher, dem ein Regenerierungsbehälter und ein Speicherbehälter zugeordnet sind, so daß mit zwei lonenaustauscherharzchargen und im wesentlichen ohne Unterbrechung des Betriebs des Mischbettaustauschers gearbeitet werden kann.

Wenn die im Mischbett-Ionenaustauscher oder Arbeitsvorrichtung A vorhandenen Harze erschöpft sind, werden sie entfernt und hydraulisch von der Arbeitsvorrichtung A, dem Vorratsbehälter C über die Leitung 10 zugeführt. Dazu werden Wasserzufuhrventile 101 und 102, Förderleitungsventile 103 und 104 und das Lüftungsventil 120 geöfmet. Das durch die Ventile 101 und 102 eindringende Wasser drückt das Harz aus der Arbeitsvorrichtung A über das Ventil 103 und durch die Förderleitung 10 über das Ventil 104 in den Vorratsbehälter C, wobei die weggedrückte Luft vom Behälter C über das Entlüftungsventil 120 entweicht. Im Behälter C vorhandenes Überschußwasser wird über ein Ablaßventil 105 entfernt. /

Nach vollständiger Überführung in den Vorratsbehälter C wird das ganze Wasser aus der Arbeitsvorrichtung A durch Öffnen des Ablaßventils 106 und des Lüftungsventils 107 entfernt.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, das regenerierte Harz von der Regenerierungsvorrichtung B der Arbeitsvorrichtung A zuzuführen. Es sei angenommen, daß vor diesem Verfahrensschritt das ganze Harz regeneriert, gemischt und schließlich im Regenerierungsbehälter gespült worden ist. Zuerst wird das Wasserventil 108 und anschließend das Luftventil 109 geöffnet. Diese Kombination von Luft und Wasser dient dazu, die Harzmasse vor der Überführung zu fluidisieren. Nunmehr wird das Wasserventil 108 geschlossen, jedoch das Luftventil 109 noch offengelassen, bis ein ausreichender Druck im Behälter vorhanden ist, um die ganze, aus Harz, Wasser und Luft bestehende Masse weiterzubewegen. Förderleitungsventile 111 und 112 werden dann geöffnet, und ferner wird das Lüftungsventil 107 und das Ablaßventil 106 geöffnet. Zu gleicher Zeit wird das Luftventil 110 zusätzlich zum Luftventil 109 geöffnet, und die Kräfte, die das in die Regenerierungsvorrichtung B eintretende Wasser ausübt, und der oberhalb des Harzbettes erzeugte Luftdruck drücken die aus Harz, Luft und Wasser bestehende Masse durch das Ventil 111, durch die Förderleitungen 10 und 12, durch das Ventil 112 und in den Oberteil der Arbeitsvorrichtung A. Die kombinierte Wirkung von Luft und Wasser hält das Harz in einem gemischten Zustand während der Förderung und reduziert die Reibung der Teilchen an den Wänden der Förderleitungen. Es ergibt sich ferner, daß infolge der durch die Druckluft erzeugten bewegenden Kraft eine wesentlich kleinere ' Wassermenge für diesen Verfahrensschritt benötigt v/ird. Obgleich der Wasserdruck ebenfalls Anteil an der Förderkraft hat, besteht doch die Hauptfunktion dieses Verfahrensschrittes darin, ein geeignetes Medium zu schaffen, um die tatsächliche Bewegung der Harze durch die Förderleitungen zu unterstützen. Infolge der Verwendung einer kleineren Wassermenge verringert sich die Gefahr, daß sich die Harze während der Förderung und besonders auch nach der Überführung in die Arbeitsvorrichtung absetzen und entmischen. Wenn die aus Harz, Luft und Wasser bestehende Masse in die Arbeitsvorrichtung eintritt, so wird das Wasser rasch über das Ventil 106 abgeleitet. Durch Steuerung der Abflußgeschwindigkeit über das Ventil 106 kann ein gleichmäßig gemischtes Bett erhalten werden, das frei von überschüssigem Wasser ist. Kurz vor Beendigung der Überführung wird das Ablaßventil 106 für kurze Zeit geschlossen, um etwas Wasser zurückzuhalten, das beim Ausbilden eines ebenen Bettes dienlich ist.

Nach der Überführung des Harzes zur Arbeitsvorrichtung A wird das Harzbett gespült und dann zur Behandlung fertiggemacht.

Während die Arbeitsvorrichtung A für weiteres Arbeiten vorbereitet wird, werden die erschöpfter} Harze vom Vorratsbehälter C zum Harzregenerierungsbehälter B gefördert. Wenn der Behälter B zuerst abgelassen wurde, sind das Ablaßventil 113 und das Lüftungsventil 114 offen. Die Förderung vom Behälter C zum Behälter B geschieht durch öffnen des Lüftungsventils 114, der Förderleitungsventile 104, 111 und der Wasserventile 115 und 116. Die hydraulische Kraft des ankommenden Wassers bewegt dann die Harze vom Behälter C über das Ventil 104 durch die Förderleitung 10, das Ventil 111 zum Behalter B.

Wenn die Harze dem Behälter B zugeführt sind, werden sie regeneriert. Die Regenerierung der Harze geschieht durch ein übliches normales Verfahren, wie es für gemischte Betten bekannt ist. Nach der Regenerierung werden die Harze gemischt, gespült und in Vorrat gehalten, bis sie dann wieder zur Weitergabe an die Arbeitsvorrichtung A benötigt werden.

Der Grund, warum nur hydraulische Fördermittel beim Bewegen der Harze vom Behälter A zum Behalter C und vom Behälter C zum Behälter B verwendet werden, besteht darin, daß die Entmischung der Harze in dem Tank keine besondere Rolle spielt. Soll dagegen die Förderung der Harze ohne Entmischung, beispielsweise bei der Förderung vom Behalter B zum Behälter A erfolgen, so werden hydropneumatische Mittel verwendet. Hydropneumatische Mittel sind bei diesem Verfahrensschritt nicht nur günstiger, weil die Harze während der Förderung gemischt bleiben, sondern hauptsächlich, weil nur minimale Wassermengen gebraucht werden, und diese eine leichte und rasche Entwässerungssteuerung erlauben, die notwendig ist, um das Absetzen eines gleichmäßigen ebenen gemischten Bettes in der Arbeitsvorrichtung A zu gewährleisten.

Gegebenenfalls kann der Vorratsbehälter B auch entfallen. Anstatt dann das erschöpfte Harz dem Vorratsbehälter und erst dann der Regenerierungsvorrichtung B zuzuführen, kann dann das Harz direkt von der Arbeitsvorrichtung A der Regenerierungsvorrichtung C zugeführt werden. In diesem Fall wäre jedoch die Stillstandszeit des Entmineralisierungssystems gerade so groß, wie wenn die Regenerierung an Ort und Stelle vorgenommen würde, da eine neue Harz-

menge nicht sofort verfügbar wäre. Trotzdem würde ein solches aus zwei Vorrichtungen bestehendes System (einer Arbeitsvorrichtung und einer Regenerierungsvorrichtung) immer noch die übrigen Vorteile der gesonderten Regenerierung aufweisen.

Um die Erfindung weiter zu erläutern, wird im folgenden ein spezielles Beispiel des Verfahrens, wie es sich im tatsächlichen Betrieb ergibt, des näheren beschrieben werden. In einem Kraftwerk weist eine Kondensatentmineralisierungsanlage eine Arbeitsvorrichtung, eine Vorratsvorrichtung, eine Regenerierungsvorrichtung, Verbindungsleitungen, entsprechende Ventile und Vorratsvorrichtungen für Wasser, Druckluft und Regenerierungsmittel auf. Um die letzten Spuren von Unreinigkeiten aus einem Kondensatwasser zu entfernen, wird dieses dabei durch eine Behandlungszone oder einen Arbeitsbehälter durchgeleitet. Innerhalb des Arbeitsbehälters ist ein Mischbett von Ionenaustauscherharzen vorhanden. Die Größe des Bettes beträgt ungefähr 4,25 m³. Das Kondensatwasser wird durch dieses Bett hindurchgeleitet und hierdurch entmineralisiert. Nach einem bestimmten Zeitraum, dessen Länge mit der Qualität des zu entmineralisierenden Kondensatwassers zusammenhängt, wird nun das Harzbett erschöpft. Die Harze werden dann hydraulisch in eine Vorratsvorrichtung dadurch übergeführt, daß Kondensatwasser in das Oberteil der Arbeitsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 551 l/min und dem Boden dieser Vorrichtung mit "einer Geschwindigkeit von etwa 183,6 l/min eine Minute lang zugeführt wird, wobei dann die entsprechenden Ventile offen sind. Die Arbeitsvorrichtung wird dann ungefähr fünf Minuten lang entwässert. '

Die Überführung des gemischten, regenerierten Harzes vom Regenerierungsbehälter zum Arbeitsbehälter erfolgt anschließend. Eine halbe Minute lang wird Kondensatwasser dem unteren Teil des Regenerierungsbehälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 l/min zugeführt. Dies dient zur Anhebung des Bettes. Während einer weiteren halben Minute, während der das Wasser noch immer ständig zufließt, wird Luft in den unteren Teil des Behälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,345 m³ pro Minute eingeführt und die Zufuhr der Luft dauert noch ungefahr 2 Minuten an, und zwar geschieht die Einführung am Boden des Behälters, bis dann der Druck im Behälter ungefähr 2,8 kg/cm² beträgt. Anschließend wird ein am Boden des Regenerierungsbehälters befindliches Ventil geöffnet und die Harze aus dem Behälter über eine Verbindungsleitung zum Oberteil des Arbeitsbehälters zugeführt. Zur gleichen Zeit wird Luft in den Oberteil des Behälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,345 m³ pro Minute zugeführt. Die tatsächliche Förderung von dem Regenerierungsbehälter zum Arbeitsbehälter dauert ungefähr 5 Minuten. Während dieser Zeit wird Kondensatwasser dem unteren Teil des Regenerierungsbehälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 l/min zugeführt und Luft wird ständig sowohl am Boden als am Oberteil des Behälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,345 m³ pro Minute eingelassen. Das Harz wird dann dem Arbeitsbehälter zugeführt, in dem das Spülauslaßventil offen ist, so daß das Überschußwasser abfließen kann, und ferner ist das Entlüftungsventil offen, um die Überschußluft ausströmen zu lassen. Es werden nun die gleichen Mengen Luft und Wasser eingeführt und nach ungefähr einer Minute wird das Ablaßventil der Arbeitsvorrichtung zur Zurückhaltung von etwas Wasser geschlossen, das unter diesen Umständen eine ebene Anordnung des Harzbettes innerhalb des Arbeitsbehälters und außerdem das Entfernen freier Luft aus der Abflußleitung und dem Harzbett ermöglicht. Anschließend wird der Regenerierungsbehälter ungefähr 2 Minuten lang entwässert.

Für ungefähr die nächste halbe Stunde wird der Arbeitsbehälter bespült und für die nächste Behandlung vorbereitet. Zur gleichen Zeit werden die in der Vorratsvorrichtung befindlichen Harze hydraulisch von der Vorratsvorrichtung in die Regenerierungsvorrichtung überführt. Um dies zu erzielen, wird das Kondensatwasser am Oberteil des Vorratsbehälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 314 l/min und dem Boden dieses Behälters mit einer Geschwindigkeit von etwa 104,5 l/min zugeführt. Dieser Verfahrensschritt dauert ungefähr 13,3 Minuten. Anschließend dauert die Entwässerung des Vorratsbehälters ungefähr 5 Minuten.

Die gemischten Harze werden anschließend in dem Regenerierungsbehälter durch bekannte und hier nicht ausführlich beschriebene Verfahren regeneriert. Das in der Praxis meist durchgeführte Verfahren besteht unter anderem in einem Rückwaschen des Harzbettes und einem Sedimentierenlassen der Teilchen. Infolge der unterschiedlichen Dichten der Kationen- und Anionen-Harze setzen sich die Harze in zwei Schichten ab, wobei das Anionen-Harz oben, das Kationen-Harz am Boden ist. Eine gut definierte, mittlere Linie trennt die Harzschichten, und an dieser Linie ist ein Sammelauslaß angeordnet. Die Regenerierung wird dadurch bewirkt, daß Natronlauge am Oberteil des Behälters und Säure am Unterteil eingeführt wird. Beide Regenerierungsmittel werden an dem vorgenannten Sammelauslaß wieder abgezogen. Nach der Regenerierung werden die Harze gespült und dann dadurch gemischt, daß Wasser in den Behälter und Druckluft am Boden desselben eingeführt wird.

Diese Harze werden dann so lange aufbewahrt, bis sie im Arbeitsbehälter erschöpft sind, worauf sich dann der Zyklus wiederholt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zu Fördern einer Schicht gleichmäßig verteilter Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte aus einem ersten Behälter in einen zweiten Behälter, insbesondere zum Fördern von regenerierten Anionen- und Kationenaustauscherharzen in einen Mischbett-Ionenaustauscher, bei dem in den ersten Behälter ein unter Überdruck stehendes Flud eingeleitet und aus dem mit dem ersten Behälter in Strömungsverbindung stehenden zweiten Behälter nach Ablagerung der mitgeführten Feststoffteilchen im zweiten Behälter abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beibehaltung der gleichmäßigen Verteilung der Feststoffteilchen während ihrer Förderung und Ablagerung die Feststoffteilchenschicht bei voneinander abgesperrten Behältern durch Einleiten von Flüssigkeit in den ersten Behälter aufgeschwemmt wird, wobei zugleich Gas durch die Aufschwemmung eingeblasen wird, und daß nach Erreichen eines Gasförderdrucks im ersten Behälter die Strömungsverbindung zwischen den Behältern geöffnet und weiterhin Druckgas

zur Förderung der Aufschwemmung zugeführt wird, während die Flüssigkeit an der Unterseite des zweiten Behälters ohne wesentliche Verweilzeit im zweiten Behälter abgezogen und das Druckgas aus dem zweiten Behälter abgeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit an der Unter-

seite und das Druckgas zur Förderung der Aufschwemmung an der Oberseite des ersten Behälters eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschwemmung an der Unterseite des ersten Behälters aus diesem abgeführt und an der Oberseite des zweiten Behälters in diesen eingeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen