DE2016803A1 - Düse für zwei entgegengesetzte Durchflußrichtungen mit unterschiedlichen Durchflußquerschnitten, sowie deren Verwendung - Google Patents

Description

Ingenieurbureau Roshard, 8700 l.Küsnacht

♦ . (Schweiz)

Düse für zwei entgegengesetzte Durchflussrichtungen mit unterschiedlichen Durchflussquerschnitten, sowie deren Verwendung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für zwei entgegenge- g setzte Durchflussrichtungen mit unterschiedlichen Durchflussquerschnitten sowie deren Verwendung in Ionenaustauschern. Es werden insbesondere in der Verfahrenstechnik oftmals die Umkehrung von Flüssigkeits- oder Gasströmen verlangt, wobei in der einen Durchflussrichtung der Purchflusswiderstand anders sein muss als in der andern, oder mit andern Worten, bei welchen die Durchflussquerschnitte je nach Durchflussrichtung verschieden sind. Die derzeit verfügbaren Ventile oder Düsen können nicht befriedigen , da sie in ihrem Aufbau kompliziert und daher schwer zu reinigen sind, J bzw. die Gefahr einer Verstopfung aufweisen.

In diesem Sinne werden beispielsweise bei den verschiedenen Ionenaustauschfiltern, welche zur Veredelung, bzw. Aufbereitung von Flüssigkeiten dienen, derartige Düsen eingesetzt.

Sobald der Ionenaustauscher-Filter nach dem Arbeitsspiel erschöpft, resp. beladen ist, muss er mit Chemikalien in bestimmten, Konzentrationen

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wieder aufgeladen, d.h. regeneriert werden.

Die Beladung des Filters erfolgt in der Mehrheit der Fälle in der Durchflussrichtung von oben nach unten. Die Regenerierung findet bei den herkömmlichen Anlagen meistens ebenfalls in der Durchflussrichtung von oben nach unten statt.

Es ist jedoch bekannt, dass durch die Einführung der Regenerier-. Chemikalien in entgegengesetzter Durchflussrichtung als beim Arbeitsspiel infolge Verbesserung des Wirkungsgrades wesentliche Einsparungen an Chemikalien und somit erhebliche Reduktionen der Betriebskosten möglich sind. Diese Art der Regeneration wird allgemein als Gegenstrom-Verfahren bezeichnet.

Um eine einwandfreie Gegenstrom-Regeneration ausführen zu können, muss dafür gesorgt werden, dass die einzelnen Harzpartikel im Filter während der Regeneration nicht bewegt werden, d.h. ibre gegenseitige Lage beibehalten. Dies wird bewerkstelligt, durch den Aufbau eines Gegendruckes im oberen Teil des Austauscher-Filters, was relativ einfach zu erreichen ist. Ausserdem muss für eine gute und gleichmässige. Verteilung des Regenerierchemikals am Eintritt, d.h. am Düsenboden gesorgt werden. Im Normalbetrieb, d.h. beim Arbeitsspiel, treten andere Durchflussgeschwindigkeiten auf als bei der Regeneration. Die Düsen sind für optimale Verhältnisse während des Arbeitsspiels konzipiert, so dass eine entsprechende Einrichtung geschaffen werden muss, um auch die Regeneration tasten Verhältnissen durchzuführen.

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Die vorliegende Erfindung dient diesem Zwecke. Die erfindungsgemässe Düse ist gekennzeichnet durch einen verschiebbaren, je nach Durchflussrichtung den Durchflussquerschnitt im Betrieb selbsttätig festlegenden Körper.

Derartige Düsen eignen sich insbesondere in Ionenaustauschern und Filtern. Die Erfindung wird beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Filter mit einer Düse im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Teil einer Düse analog derjenigen gemäss Fig. 1, im Schnitt,

Fig. 3 und k Varianten von Düsenteilen, analog demjenigen gemäss Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Düsenboden 1 eines Filters, * mit der Ionenaustauschmasse 3 sowie im Boden 1 eingebauter Flüssigkeitsdüse 5 ersichtliche Die Püse 5 weist ein Gehäuse7 auf, an dessen einem Ende eine Ueberwurfmutter 9 vorgesehen ist, auf der, in der dargestellten Lage, ein Steuerkörper 11 liegt. Das Gehäuse ist mittels eines Düsenkopf es 1J5, welcher im Boden 1 eingeschraubt ist, mit diesem verbunden. Ein Kopfteil l4 schllesst die Flüssig-keitsdUse 5 nach oben ab. Er trägt seitlich ringförmige Verteillamellen l6 sowie ein Zentralrohr 17, das an seinem obern Ende mit

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auf dem Umfang verteilten Schlitzen 24 versehen ist.

Das Gehäuse 7 weist in seinem Mantel Durchflussöffnungen 19 auf, sowie eine zentrale Oeffnung 20. Der Steuerkörper 11 ist mit einer zentralen Bohrung 22 versehen. Zwischen den Verteillamellen 16 liegen Durchflusskanäle 25.

Die Anzahl Düsen pro m Filterfläche ist begrenzt. Die Geschwindigkeiten bei Normalbetrieb können je nach Auslegung der Anlage innerhalb weiten Grenzen variieren, wobei die gleiche Düse für den ganzen möglichen Geschwindigkeitsbereich Verwendung findet. Die Düse 5 ist so gestaltet, dass sie auch bei hohen Belastungen einen möglichst kleinen DurchFlusswiderstand aufweist. Die bei der Gegenstrom-Regeneration auftretenden Durchflussgeschwindigkeiten in der Richtung von unten nach oben sind wesentlich kleiner als bei Normalbetrieb. Eine normale Düse wäre daher nicht geeignet, da sie im Verhä?tnis einen zu grossen Querschnitt und zu wenig Widerstand aufweist. Die Folge davon wäre eine ungleichmässige Durchdringung des Harzes 3 mit Regenerierchemikalien und verbunden damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades.

Die beschriebene Düse 5 gewährleistet in beiden Duchflussrichtungen optimale Verhältnisse, da sich der Querschnitt automatisch den Anforderungen anpasst.

Bei der normalen Aufbereitung fliesst die aufzubereitende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch die Ionenaustauschmasse, bzw.

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das Harz 3, zwischen den Verteiilamellen 16, durch die Kanäle 25 durch und gelangt über die Schlitze 2.k in das Innere des Zentralrohres 17, von wo das Wasser nach unten, den vollen Querschnitt der zentralen Oeffpung 20 benützend, strömt, um anschliessend durch die seitlichen Durchflussöffnungen 19 im Gehäuse auszufHessen. Der Weg des Wassers ist mit gestrichelten Pfeilen angegeben.

Bei der Gegenstrom-Regeneration hingegen, strömt das mit Chemikalien versehene Wasser unten in die seitlichen Oeffnungen 19 ein und hebt,

da dieser spezifisch leichter ist als das Wasser, den Steuerkörper " 11 in die strichpunktierte Lage. In dieser Lage schliesst er die zentrale Oeffnung 20 des Gehäuses 7 ab und lässt einzig die Bohrung 22 zum Durchtreten des von unten nachströmenden Wassers frei. Das Wasser steigt dann durch das Zentralrohr 17, verlässt dieses durch die Schlitze 24 und gelangt über die Kanäle 25 zwischen den Ringlamellen 16 in die Ioneaaustauschmasse 3. Je nach der Art der Masse 3 werden dem Wasser entsprechende Chemikalien beigegeben.

Durch die Verkleinerung des Querschnittes für die Gegenstrom-Regeneration entsteht ein erhöhter Widerstand, der in den Düsen 5 eine bessere Verteilung, d.h. eine gleichmässigere Beaufschlagung aller Düsen sicherstellt. Bei der Dimensionierung des verkleinerten Querschnittes der Bohrung 22 muss berücksichtigt werden, dass in grösseren Zeitabständen der Filter kräftig rückgespUlt werden muss. Auch bei der Rückspülung liegen die Geschwindigkeitsverhältnisses in engeren Grenzen, als beim Arbeitsspiel. Die max. RUckspülge-■schwindigkeit liegt im Mittel bei ca. 10 m/h.

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Die DurchflussgeschwindigkeJt.während der Gegenstrom-Regeneration wäre zu klein, um den Steuerkörper 11 zum Zwecke des Schliessens der Oeffnung 20 zu heben. Daher muss dieser Körper ein spezifisches Gewicht aufweisen, welches kleiner ist als dasjenige der Flüssigkeit, also im speziellen unter 1 gr/cm liegen. Er gelangt dann automatisch in die obere Sperrstellung. Der grössere Durchfluss bei Normalbetrieb bewirkt, dass dieser bewegliche Körper 11 heruntergedrückt wird und somit der grössere Querschnitt der Oeffnung 20 frei wird.

In Fig. 2 ist der untere Teil eines Ventils analog dem Ventil 5 dargestellt, mit einem Gehäuse 30, einem Düsenkopf 31, sowie einem in das Gehäuse eingeschraubten Einsatz 33, welcher über den Umfang verteilte Bohrungen 35 aufweist. Am Einsatz 33 ist mittels einer Schraube 37 eine Platte 36 befestigt, die ihrerseits mit Bohrungen 39 versehen ist, welche auf die Bohrungen 35 des Einsatzes 33 passen, jedoch im Querschnitt kleiner sind.

Bei der normalen Wasseraufbereitung strömt das Wasser , wie anhand der Fig. 1 erläutert, durch den Düsenkopf 31 von oben nach unten. Die gestrichelten Pfeile zeigen dies. Das Wasser gelangt in die Bohrungen 35· Entsprechend seinem Druck wird die Platte 36, wie dies mit strichpunktierter Linie angegeben ist, vom Einsatz 33 abgehoben, so dass ein entsprechend grosser Querschnitt frei wird, durch den das veredelte Wasser abströmt.

Wird nun im Gegenstrom regeneriert, so erfolgt der Fluss des

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Regenerations-Mediumsin Richtung der ausgezogenen Pfeile. Das Mittel presst die Platte 36 auf den Einsatz 33» so dass es nur durch die verengten Bohrungen 39 in die Bohrungen 35 einströmen und durch den Düsenkopf 31 weiterströmen kann. Es ist, mit andern Worten, der Widerstand dieser Düse beim Durchflusse des Regenerationsmittels von unten nach oben, infolge tier wesentlich kleineren Durchflussöffnungen in Form der Bohrungen 39» viel geringer, als der Wasserdurchfluss beim Veredeln.

Eine weitere Ausführungsform eines derartigen DUsenteiles ist in f Fig. 3 ersichtlich, bei welchem ein Gehäuse 45 mit einem Düsenkopf 46 vorgesehen ist. In diesem Gehäuse 45 bewegt sich ein Steuerkörper 48, der mittels einer Feder 49 gegenüber dem Gehäuse 45 abgefedert ist. Er besitzt eine nittige Bohrung 50 sowie einen inneren Durchflusskanal 52 und auf dem Umfang verteilte, äussere Durchflusskanäle 53. Der Steuerkörper 48 wird mit Hilfe eines Deckels 55 im Gehäuse 45 gehalten, während der als Schraubring ausgebildete Deckel 55 mittels einer Haube 56 nach aussen abgedeckt ist. Die Haube 56 hat seitliche Oeffnungen 57 und dient der Auf- * nähme einer Kugel 59» deren spezifisches Gewicht leichter ist, als die der BehandlungsflUssigkeit.

Im Normalbetrieb strömt das Wasser von oben nach unten, wie'dies die gestrichelten Pfeile zeigen. Die Feder 49 presst dabei den Steuerkörper 48 auf den Deckel 55. Das Wasser strömt durch die mittige Bohrung 50 sowie den innern Durchflusskanal 52 in die Haube 56 und durch die seitlichen Oeffnuugen 57 aus.

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Beim Regenerierprozess strömt das Medium durch die Oeffnungen 57 in die Haube 56 und hebt die Kugel 59» welche sie, wie strichpunktiert dargestellt, gegen den Steuerkörper 48 presst und dessen mittige Bohrung 50 verschliesst. Die Behandlungsflüssigkeit kann dann durch den einzigen Durchlass, den Innern Durchflusskanal 52, nach oben in die Ionenaustauschmasse strömen.

Beim RUckspUlVorgang wird nun mehr Flüssigkeit benötigt, so dass der Druck im untern Raum gesteigert undt daher der Steuerkörper 48 entgegen dem Druck der Feder 49 angehoben wird. Damit werden auch die äusseren Durchflusskanäle 55 frei und das zum Rückspulen nötige Flüssigkeitsvolumen steigt. Die mittige Bohrung 50 des Steuerkörpers 48 bleibt Jedoch auch hier geschlossen, da selbst zum Rückspulen die Flüssigkeitsmenge geringer ist, als beim Veredeln.

In Fig. 4 ist ein Gehäuse 65 mit einem Düsenkopf 66 ersichtlich. Im Gehäuse 65 befindet sich eine Glocke 68 mit Oeffnungen 69 und 70, gefolgt von einem Steuerkörper 72 mit einem Aussenring 75 und einem Innenring 74, welche mit entsprechenden seitlichen Bohrungen 76 und 77 versehen sind. Diese Bohrungen sind, wie aus der Figur ersichtlich, mittels elastischer Mittel 78 und 79 abgedeckt. Der Steuerkörper 72 wird durch einen Verschlussring 8l ge haltert, welcher eine mittige Bohrung 82 sowie äussere Bohrungen 83 aufweist.

Beim Veredeln strömt das Wasser in Richtung der gestrichelten Pfeile von oben nach unten. Es findet seinen Weg in der Glocke 68

durch sämtliche Bohrungen 69 und 70, wobei es die Zungen 79 am

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Auss.enring 73 aufpresst und durch die äusseren Bohrungen 83 sowie von der Oeffnung 69 herkommend, durch die mittige Bohrung 82 abströmt.

Beim Regenerieren strömt die Behandlungsflüssigkeit von unten durch die Bohrungen 82 und 83, wobei .es die Zungen 79 auf die seitlichen Bohrungen 77 des Aussenringes 73 presst und mithin nicht durchströmen kann. Die Behandlungsflüssigkeit findet daher einzig den Weg durch die im Querschnitt sehr begrenzte Oeffnung 69 der Glocke 68. Ihr Druck ist zu gering, um etwa die Zungen 78 _ä des Innenringes 7^ zu öffnen und sich den Weg durch die äusseren Oeffnungen der Glocke 68 zu bahnen.

Zum Zwecke der Rückspülung hingegen wird eine grössere Durchflussmenge verlangt, was einen höheren Druck des RUckspülmediums bedingt, welcher nun die innern Zungen 78 abzuheben vermag, so dass sie, wie in strichpunktierter Lage dargestellt, die seitlichen Bohrungen öffnen. Damit wird der Durchflussquerschnitt entsprechend vergrössert.

Anstelle einzelner Zungen 78 und 79 können natürlich auch direkt Y-olle Gummimäntel vorgesehen werden, um die vorgesehenen Oeffnungen abzudichten oder freizugeben.

All den beschriebenen Varianten ist die automatische Querschnittsanpassung in ein und derselben Düse gemeinsam und dies sowohl für den Normalbetrieb, als auch für die Regeneration des Filters und Ionenaustauschers.

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Claims (10)

Patentansprüche

1.) Düse für zwei entgegengesetzte Durchflussrichtungen mit unterschiedlichen Durchflussquerschnitten , gekennzeichnet durch einen verschiebbaren, je nach Durchflussrichtung den Durchflussquerschnitt im Betrieb selbsttätig festlegenden Körper (11,36,59,79).

2.) Düse nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, dass der Körper als Schwimmkörper (11, 59), als Platte (36) oder als Zungen oder -Mantel (79) ausgebildet ist.

3.) Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper als Kugel (59) oder als Ring (ll) mit einer, z.B. mittigen, Bohrung (22) ausgebildet ist.

4.) Düse nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass in der einen Durchflussrichtung der Schwimmkörper (ll) den ganzen Querschnitt (20) der Düse freigibt und in der anderen diesen Querschnitt (20) bis auf die seine eigene Bohrung (22) sperrt (Pig. I).

5.) Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (36) mit Bohrungen (39) versehen ist, deren Durchlass kleiner ist als derjenige der DUsenkanäle (35) in einem die Platte tragenden Einsatz (33)* wobei in der einen Richtung die Platte (36) diese Kanäle (35) sperrt und nur die eigenen Durchlässe (39) offen lässt und in der andern Durchflussrichtung die Kanäle (35) offen lässt (Pig. 2).

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6.) Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Düsengehäuse (45) ein beweglicher, z.B. gefederter, Ringkörper (48) angeordnet ist, welcher in seiner einen Lage einen gewissen Durchflussquerschnitt (50,52) durch die Düse freigibt und in der andern einen zusätzlichen Querschnitt (*3) (Fig. 3).

7.) Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (48) eine Hauptbohrung (50) aufweist, welche in der einen Durchflussrichtung vom Schwimmkörper (59) gesperrt wird, sowie ein oder mehrere Kanäle (52) für eine erste Durchflussmenge und g ein oder mehrere zusätzliche Kanäle (53) für eine zusätzliche Durchflussmenge.

8.) Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkanäle (53) bei einem vorbestimmten Druck des Durchflussmediums durch Anheben des Ringkörpers (48) freigegeben werden.

9.) Verwendung der Düse nach Anspruch 1 in Ionenaustauschern.

10.) Verwendung nach Anspruch 9 in einem Filter, dadurch gekennzeichnet, dass zum Veredeln, zum Regenerieren und zum Rückspulen drei unterschiedliche Durchflussquerschnitte vorgesehen sind, sowie Mitfoi (48,49,59, bzw. 78, 79), um diese zu steuern (Fig. 3,4).

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