DE2016803C3 - Düse für Ionenaustauschkolonnen oder Filter für zwei entgegengesetzte Druchflußrichtungen mit unterschiedlichen Druchflußquerschnitten - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für lonenaustauschkolonnen oder Filter mit Gegenstrom-Regenerierung bzw. -Rückspülung durch diese Düse. ™

Es werden bei den verschiedenen Ionenaustauschfiltern, welche zur Veredelung bzw. Aufbereitung von Flüssigkeiten dienen, oftmals die Umkehrung von Flüssigkeitsströmen verlangt, wobei in der einen Durchflußrichtung der Durchflußwiderstand anders sein muß als in der anderen, oder mit anderen Worten, bei welchen die Durchflußquerschnitte je nach Durchflußrichtung verschieden sind.

Es ist bekannt, daß, sobald der Ionenaustausch-Filter nach dem Arbeitsspiel erschöpft bzw. beladen ist, der ^b0 Ionenaustausch-Filter mit Chemikalien in bestimmten Konzentrationen wieder aufgeladen, d. h. regeneriert werden muß. 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 Regenerierchemikalien in entgegengesetzter Durchflußrichtung wie 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 Harzpartikeln im Filter während der Regeneration nicht bewegt werden, d. h. ihre gegenseitige Lage beibehalten. Dies wird bewerkstelligt durch den Aufbau eines Gegendruckes im oberen Teil des Austausch-Filters, was relativ einfach zu erreichen ist. Außerdem muß für eine gute und gleichmäßige Verteilung der Regenerierchemikalie 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 unter besten Verhältnissen durchzuführen.

Aus der französischen Patentschrift 14 15 526 ist es bekannt, am Boden einer Ionenaustauschkolnnne für die Regenerierungsflüssigkeit Düsen anzuordnen, deren Querschnitte kleiner als die Düsen für die gereinigte Flüssigkeit sind. Die bekannte Anordnung ist jedoch technisch aufwendig, da gemäß Fig.2 am Düsenboden eine besondere Kammer für die zusätzlichen Düsen vorgesehen werden muß.

In der deutschen Auslegeschrift 16 42 860 wird eine Filterdüse für Ionenaustauscher vorgeschlagen, die ein Durchströmen der Düse mit Flüssigkeit auf zwei verschiedenen Wegen ermöglicht Bei der vorgeschlagenen Düse wird bei Rückspülung das Sieb 1 mit den Schlitzen 6 in Fig.2 der deutschen Auslegeschrift 16 42 860 von der Rückspülflüssigkeit nicht durchströmt und somit nicht gereinigt. Nur die engen Schlitze 8 werden bei Rückspülung durchströmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse für den Einbau in den Düsenboden von lonenaustauschkolonnen zu schaffen, die als gemeinsame Düse für die Regenerierflüssigkeit und die gereinigte Flüssigkeit ausgebildet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Düse in Abhängigkeit von der Durchflußrichtung selbsttätig unterschiedlich einstellbare Durchflußquerschnitte aufweist.

Die verschiedenen Durchflußquerschnitte können auch durch den Druck der Regenerierflüssigkeit eingestellt werden.

In vorteilhafter Weise wird der Durchflußquerschnitt durch einen je nach Durchflußrichtung verschiebbaren Körper festgelegt, der als Schwimmkörper, z. B. als Kugel oder als Ring, als flexible Platte oder als Zunge oder Mantel ausgebildet ist. Dabei ist es zweckmäßig, die flexible Platte mit Bohrungen zu versehen, deren Durchlaß kleiner als derjenige der Düsenkanäle in einem die Platte tragenden Einsatz ist.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Erfindungsgegenstandes ist zusätzlich im Düsengehäuse ein z. B. gegen Federkraft beweglicher Ringkörper zum Verschließen bzw. Freigeben eines zusätzlichen Durch-1'lußquerschnitts angeordnet, wobei der Ringkörper eine Hauptbohruhg, welche unter Rückspülungsdruck vom Schwimmkörper gesperrt ist, sowie ein oder mehrere

Kanäle für eine erste Durchflußmenge und ein oder mehrere zusätzliche Kanäle für eine zusätzliche Durchflußmenge aufweist

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand von Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem Filter mit einer Düse im Längsschnitt,

Fig.2 einen Teil einer Düse analog derjenigen gemäß F i g. 1 im Schnitt

Fig.3 und 4 Varianten von Düsenteiien analog demjenigen gemäß F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Düsenboden 1 eines Filters mit der Ionenaustauschmasse 3 sowie im Boden 1 eingebauter Flüssigkeitsdüse 5 ersichtlich. Die Düse 5 weist ein Gehäuse 7 auf, an dessen einem Ende eine Überwurfmutter 9 vorgesehen ist, auf der in der dargestellten Lage ein Steuerkörper 11 liegt. Das Gehäuse 7 ist mittels eines Düsenkopfes 13, welcher im Boden 1 eingeschraubt ist, mit diesem verLunden. Ein Kopfteil 14 schließt die Flüssigkeitsdüse 5 nach oben ab. Er trägt seitlich ringförmige Verteillamellen 16 sowie ein Zentralrohr 17, das an seinem oberen Ende mit auf dem Umfang verteilten Schlitzen 24 versehen ist.

Das Gehäuse 7 weist in seinem Mantel Durchflußöffnungen 19 auf sowie eine zentrale öffnung 20. Der Sleuerkörper 11 ist mit einer zentralen Bohrung 22 versehen. Zwischen den Verteillamellen 16 liegen Durchflußkanäle 25.

Die Anzahl Düsen pro m² Filterfläche ist begrenzt. Die Geschwindigkeiten bei Normalbetrieb können ie nach Auslegung der Anlage innerhalb weiter 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 Verhältnis einen zu großen w 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 Durchflußrichtungen optimale Verhältnisse, da sich der Querschnitt automatisch den Anforderungen anpaßt.

Bei der normakn Aufbereitung fließt die aufzubereitende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch die Ionenaustauschmasse bzw. das Harz 3 zwischen den so Verteillamellen 16 durch die Kanäle 25 durch und gelangt über die Schlitze 24 in das Innere des Zentralrohres 17, von wo das Wasser nach unten, den vollen Querschnitt der zentralen Öffnung 20 benutzend, strömt, um anschließend durch die seitlichen Durchflußöffnungen 19 im Gehäuse auszufließen. Der Weg des Wassers ist mit gestrichelten Pfeilen angegeben.

Bei der Gegenstrom-Regeneration hingegen strömt das mit Chemikalien versehene Wasser unten in die seitlichen Öffnungen 19 ein und hebt den Steuerkörper f>o 11, da dieser spezifisch leicht" '·.·. -ι··; das Wasser, in die strichpunktierte Lage. In dieser Lage schließt er die zentrale öffnung 20 des Gehäuses 7 ab und läßt einzig die Bohrung 22 zum Durchtreten des von unten nachslrömenden Wassers frei. Das Wasser steigt dann *>5 durch das Zentralrohr 17, verläßt dieses durch die Schlitze 24 und gelangt über die Kanäle 25 zwischen den Ringlamellen 16 in die Ionenaustauschmasse 3. Je nach der Art der Masse 3 werden dem Wasser entsprechende Chemikalien beigegeber..

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 rückgespült werden muß. Auch bei der Rückspülung liegen die Geschwindigkeitsverhältnisse in engeren Grenzen als beim Arbeitsspiel. Die maximale Rückspülgeschwindigkeit liegt im Mittel bei etwa 10 m/h.

Die Durchflußgeschwindigkeit während der Gegenstrom-Regeneration wäre zu klein, um den Steuerkörper 11 zum Zwecke des Schließet« der öffnung 20 zu heben. Daher muß dieser Körper ein spezifisches Gewicht aufweisen, welches kleiner ist als dasjenige der Flüssigkeit, also im speziellen unter 1 g/cm³ 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 Öffnung 20 frei wird.

In F i g. 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 an Hand 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 Regenerations-Mediums in 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 anderen Worten, der Widerstand dieser Düse beim Durchfluß des Regenerationsmittels von unten nach oben, infolge der wesentlich kleineren Durchflußöffnungen in Form der Bohrungen 39, viel geringer als der Wasserdurchfluß beim Veredeln.

Eine weitere Ausführungsform eines derartigen Düsenteiles ist in 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 miltige 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 gehaiien, während der als Schraubring ausgebildete Deckel 55 mittels einer Haube 56 nach außen abgedeckt ist. Die Haube 56 hat seilliche Öffnungen 57 und dient der Aufnahme einer Kugel 59, deren spezifisches Gewicht leichter ist als die der Behandlungsflüssigkeit.

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 inneren Durchflußkanal 52 in die Haube 56 und durch die seitlichen Öffnungen 57 aus.

Beim Regenerierprozeß strömt das Medium durch die Öffnungen 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 inneren Durchflußkanal 52, nach oben in die Ionenaustauschmasse strömen.

Beim Rüekspülvorgang wird nun mehr Flüssigkeit benötigt, so daß der Druck im unteren Raum gesteigert und daher der Steuerkörper 48 entgegen dem Druck der Feder 49 angehoben wird. Damit werden auch die äußeren Durchflußkanäle 53 frei, und das zum Rückspülen 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 F i g. 4 ist ein Gehäuse 65 mit einem Düsenkopf 66 ersichtlich. Im Gehäuse 65 befindet sich eine Glocke 68 mit Öffnungen 69 und 70, gefolgt von einem Steuerkörper 72 mit einem Außenring 73 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 81 gehaltert, 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 ^ri Außenring 73 aufpreßt und durch die äußeren Bohrungen 83 sowie von der Öffnung 69 herkommend durch die mittige Bohrung 82 abströmt.

Beim Regenerieren strömt die Behandlungsflüssigkeit von unten durch die Bohrungen 82 und 83, wobei es die

ίο 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 öffnung 69 der Glocke 68. Ihr Druck ist zu gering, um etwa die Zungen 78 des Innenringes 74 zu öffnen und sich den Weg durch die äußeren Öffnungen der Glocke 68 zu bahnen.

Zum Zwecke der Rückspülung hingegen wird eine größere Durchflußmenge verlangt, was einen höheren Druck des Rückspülmediums bedingt, welcher nun die inneren Zungen 78 abzuheben vermag, so daß sie, wie in strichpunktierter Lage dargestellt, die seitlichen Bohrungen 76 öffnen. Damit wird der Durchflußquerschnitt entsprechend vergrößert.

An Stelle einzelner Zungen 78 und 79 können

natürlich auch direkt volle Gummimäntel vorgesehen

werden, um die vorgesehenen Öffnungen 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

10 Patentansprüche:

1. Düse für den Einbau in den Düsenboden von lonenaustauschkolonnen mit Gegenstrom-Regenerierung bzw. -Rückspülung durch diese Düse, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) in Abhängigkeit von der Durchflußrichtung selbsttätig unterschiedlich einstellbare Durchflußquerschnitte aufweist

Z Düse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei durch den Druck der Regenerierflüssigkeit selbsttätig einstellbare Durchflußquerschnitte.

3. Düse nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen verschiebbaren, je nach Durchflußrich- ^ tungden Durchflußquerschnitl im Betrieb selbsttätig festlegenden Körper (11,36,59,79).

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als Schwimmkörper (11, 59), als flexible Platte (36) oder als Zunge oder Mantel (79) ausgebildet ist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper als Kugel (59) oder als Ring (11) mit einer z. B. miuigen Bohrung (22) ausgebildet ist.

6. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (36) mit Bohrungen (39) versehen ist, deren Durchlaß kleiner ist als derjenige der Düsenkanäle (35) in einem die Platte tragenden Einsatz (33).

7. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsengehäuse (45) zusätzlich ein z. B. gegen Federkraft beweglicher Ringkörper (48) angeordnet ist /.um Verschließen bzw. Freigeben eines zusätzlichen Durchflußquerschnitts.

8. Düse nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (48) eine Hauptbohrung (50), welche unter Rückspülungsdruck vom Schwimmkörper (59) gesperrt ist, sowie einen oder mehrere Kanäle (52) für eine erste Durchflußmenge und einen oder mehrere zusätzliche Kanäle (53) für eine zusätzliche Durchflußmenge aufweist.

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