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Verfahren zum Betrieb einer Ionenaustauschanlange und Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahren zum Betrieb einer Ionenaustauschanlage,
vorzugsweise zur Vollentwalzung von Wasser, bei der das in einem Behälter angeordnete
Austauschermaterial bei der Beladung und Regenerierung in entgegengesetzten Richtungen
durchströmt wird.
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Derartige Gegenstromverfahren sind bekannt. Sie werden in der Weise
durchgeführt, daß der Austauscher zunächst von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmt
und dann der beladene Austauscher in entgegengesetzter Richtung mit dem; Regeneriermittel
behandelt wird. Von Zeit zu Zeit muß der Austauscher gewaschen oder gespült werden.
Zu diesem Zweck wird im allgemeinen ein gesonderter Behälter benutzt, in den der
Austauscher überführt und unter Aufwirbeln mit der Blüssigkeit behandelt wird. Hierbei
wird durch Abrieb zerstörtes Austauschermaterial durch das Spülmittel ausgetragen.
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Voraussetzung für einen einwandfreien Betrieb ist, daß die Masse während
der Beladung und Regenerierung keine Umschichtung erfährt, d.h. sie muß während
dieser Behandlung einen möglichst kleinen Spielraum in dem Behälter haben, der unter
anderem durch den Quellgrad während der Beladung gegeben ist. Auf der anderen Seite
muß für den Spülvorgang, bei dem der Austauscher durchgewirbels
wird,
ein großer Raum zur Verfügung stehen. Man hat aus diesem Grunde den Austauscher
in einen getrennten Behälter überführt, was deswegen Nachteile hat, weil einerseits
eine längere Stillstandszeit der Anlage notwendig wird und andererseits Verluste
eines Teils des Austauschermaterials nicht vermeidbar sind.
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Die rufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, dafür
zu sorgen daß die Austauschermasse während des Beladungs- und Regenerierbetriebs
einen möglichst kleinen Spielraum in dem Behälter. hat und ruhig liegen bleibt und
daß für das Spülen oder Waschen ein ausreichend großer Raum zur Verfügung steht,
ohne daß ein zusätzlicher Behalter benötigt wird. Die gesamte Behandlung einschließlich
des Spülens soll also in dem gleichen Behälter stattfinden.
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Dies ist bei dem aus der DAS 1 070 596 bekannten Verfahren nicht der
Fall, bei dem die Austauschermasse oder das Filter fest zwischen zwei Filterplatten
angeordnet ist und das Spülen in einem getrennten Behälter vorgenommen wird. Es
ist auch bekannt (DAS 1 051 248), die Böden in größerem Abstand anzuordnen. Dabei
ist zwar ein Spülen in dem gleichen Behalter zwischen den beiden Boden möglich,
Jedoch wird die Schichtung der nasse bei der Umkehr der Richtung verwirbelt. Um
dies zu vermeiden ist auch schon vorgeschlagen worden, eine Zwischenabsaugung zwischen
den beiden Böden worzusehen, die bewirken soll, daß das durch das Korn verdrängte
nach oben fließende Wasser den Filterkuchen nicht zerstört. Es hat sich herausgestellt,
daß es dabei nicht gelingt, den aus der Austauschermasse bestehenden Kolben geschlossen,
d.h.
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ohne Umschichtung nach oben zu bewegen und wieder abzusenken.
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Eine andere Lösung der hier vorliegenden Aufgabe, die die DAS 1 221
197 beschreibt, besteht darin, in einem Filterbehälter oberhalb der Austauschermasse
ein elastisches Abdichtungselement anzuordnen, das als aufblasbarer kolbenartiger
Faltensack aus elastischem Material ausgebildet ist, der gegenüber der Behälterwand
abgedichtet und an einer auf- und abbewegbaren Zugvorrichtung befestigt ist. Diese
Methode ist umständlich, erfordert einen ausreichend hohen Raum oberhalb des Filters
und Abdichtungsmittel, die dem aggresiven Regeneriermittel widerstehen müssen. Bei
einem im Prinzip ähnlichen Yerfahren, das Gegenstand des französischen Patentes
1 309 137 ist, befindet sich die Austauschermasse in einem Schlauch, der an der
Behälterwandung anliegt. Durch Einblasen von Buft in den Raum zwischen Schlauch
und Wandung wird der Schlauch und mit ihm die Masse zusamnengepreßt und während
des Regenerierens in ihrer Betriebsschichtung festgehalten. Bei diesem Verfahren
ist mit einem hohen Abrieb durch das dauernde Zusammendrücken und Ausdehnen zu rechnen,
außerdem erfordert das Verfahren einen Schlauch aus säurebeständigem Material.
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Ein weiteres zum Stand der Technik gehörendes Verfahren bedient sich
des vom Immedillmfilter her bekannten Prinzips, bei dem, damit sich das ilterbett
durch den aufsteigenden Wasserstrom nicht abhebt und ins Schweben kommt, von oben
her ein Teilstrom Rohwasser auf das Filterbett geleimt u wird, so daß es zu einem
Druckausgleich kommt, wodurch das Filterbett stabil bleibt. Bei der obertragung
dieses Prinzips, z.B. auf ein Kationenaustauschfilter, wird dieses während des Betriebs
von oben nach unten durchströst, während die Säure beim Regenerieren im Gegenstrom
von unten nach oben fließt und durch ein Dränagesystem, das innerhalb des Behälters
in entsprechender Hohe angeordnet ist, austreten kann.
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Während der Regenerierung leitet man von oben nach unten Wasser auf
das Austauscherbett, so daß ein Gegendruck erzeugt wird, der die Austauschermasse
ruhig hält. Bei diesem ebenfalls bekannten Verfahren kann das Spülen im gleichen
Behälter erfolgen, jedoch ist das System, insbesondere während des Regenerierens,
äußerst instabil.
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Die Erfindung will die Möglichkeit schaffen, in dem gleichen Behälter
sowohl zu spülen als auch zu regenerieren-und zu beladen, ohne daß in dem Behälter
irgendein mechanisches, bewegliches Element, z.B. ein Kolben oder dergleichen, angeordnet
werden muß, und ohne die Notwendigkeit, einen Druckausgleich durch Einleiten eines
weiteren Mediums zu erzeugen.
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Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Ionenaustauschanlage, vorzugsweise
zur Vollentsalzung von Wasser, bei dem die in einem Behälter angeordnete Austauschermasse
zunächst beladen, dann in der entgegengesetzten Richtung von dem Regeneriermittel
durchströmt und von Zeit zu Zeit unter Aufwirbeln der Nasse gespült wird, besteht
die Erfindung darin, daß die Austauschermasse in dem Behälter als geschlossener
Kolben in einer mit Flüssigkeit gefüllten Säule angeordnet ist, wobei oberhalb des
Kolbens ein Raum freibleibt, der so bemessen ist; daß eine ausreichende Reinigung
des Piltergutes beim Spülen gewährleistet ist und daß während des Beladens der aus
der iustauschermasse bestehende Kolben dadurch thMeweglich im unteren Teil des Behälters
gehalten wird, daß die von unten nach oben eingeleitete zu reinigende Flüssigkeit
über senkrecht in die Austauschermasse eintauchende Filterkerzen abgezogen wird,
durch die bei der anschließenden Regenerierung auch das Regeneriermittel zugeführt
wird, das die Austauschermasse von oben nach
unten durchströmt,
während zum Spülen der Austauschertasse die Spülflüssigkeit unten in den Behälter
eingeleitet und am oberen Ende des Behälters abgezogen wird.
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Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß sich die Austauschermasse
als kompaktes Filter oder geschlossener Kolben innerhalb des ganz mit Flüssigkeit
gefüllten Behälters halten läßt, wenn die gereinigte Flüssigkeit über Filterkerzen
abgezogen wird, die über den guerschnitt des Kolbens verteilt in dessen oberem Teil
angeordnet sind. An diesem Zustand ändert auch auch nichts, wenn anschließend über
die gleichen Filterkerzen die Regenerierflüssigkeit eingeleitet wird. Zum Rückspülen
wird d.ie an die Filterkerzen angeschlossene Ableitung abgesperrt und die Spülflüssigkeit,
die unten in den Behälter eingeleitet wird, durch eine Leitung abgezogen, die am
oberen Ende des Behälters vorgesehen ist. Durch diese Leitung wird auch das durch
Abrieb zerstörte Austauschermaterial ausgetragen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß
aus einem Behälter mit einem unteren Filterboden, auf dem das Austauschermaterial
liegt, Zu- bzw.
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Ableitungen am oberen und unteren Ende sowie Filterkerzen, die in
Höhe des oberen Endes des Kolbens aus Austauschermaterial in dieses hereinragen
und an eine nach außen geführte Lietung angeschlossen sind.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Filterkerzen aus einem inneren
zylindrischen Mantel mit großen Offnungen une einem darüberliegenden feinen Gewebe
bestehen, wobei die Oberfläche der Stege des inneren Mantels mit erhebungen und
Vertiefungen versehen ist, derart, daß das feine Gewebe nur punkt- bzw. linienförmig
an den Stegen es zylindrischen mantels anliegts. Bei einer bevorzugten Ansführungsform
ist um das feine Gewebe ein weiterer
äußerer zylindrischer Mantel
angeordnet, der in der gleichen Weise ausgebildet ist wie der innere Mantel, um
den Filterkerzen eine ausreichende Festigkeit zu geben und das feine Gewebe zu entlasten,
wenn die Flüssigkeit in den Kerzen von innen nach außen strömt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig 1, eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 2 und 3 zur Durchführung
des Verfahrens in drei verschiedenen Betriebszuständen, Fig. 4 einen Längsschnitt
durch eine Filterkerze, Fig. 5 einen Querschnitt durch den Mantel einer Filterkerze,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Abschnitt des Mantels einer Filterkerze in vergrößerter
Darstellung und Fig. 7 einen der Figur 6 entsprechenden Schnitt bei einer a nderen
Ansführungsform.
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Figur 1 zeigt schematisch einen Apparat zur Durchführung des Verfahrens
gemäß vorliegender Erfindung, während des Belanders. Des zu reinigende Wasser wird
über die Leitung 1 zugeführt und gelangt über den Filterboden 3 in die als unbeweglicher
Kolben im unteren Teil des behälters 3 befindliche Austauschermasse 4. Das Wasser
tritt aus dem Bahälter 3 über das aus Filterkerzen 5 bestehende Abzugssystem und
die Leitung 6 aus.
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Figur 2 zeigt den Regeneriervorgang. Dabei wird über die
Leitung
7, die ebenso wie die Leitungen 1 und 6 mit Absperrorganen versehen ist, regenerierflüssigkeit
in den Behälter 3 eingeleitet und über die Leitung 1 abgezogen.
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Dabei ist das Absperrorgan in der Leitung 6 selbstverständlich verschlossen.
Die Oberkante der Austauschermasse befindet sich während des Regenerierens ebenfalls
noch in Höhe ces Abzugssystems, liegt jedoch etwas niedriger als beim Beladen, weif
die Masse durch die vpn oben nach unten strömende Regenerierflüssigkeit etwas zusammengepreßt
- wird.
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Auf Figur 3 ist der Spülvorgang dargestellt. Wie durch die Pfeile
angedeutet wurde, strömt die Spülflüssigkeit, während das Absperrorgan in der Leitung
6 geschlossen bleibt, durch die Leitung 1 zu und wird über die Leitung 7 abgezogen.
Die Spülwassermenge ist so bemessen, daß sich die Austauschermasse über das ibzugssystem
hinaushebt und dabei aufgelockert wird. Auf diese Weise wird der Abrieb über die
Leitung 7 ausgespült. Nach dem Spülvorgang beruhigt sich die Masse und nimmt ihre
Ausgangslage wieder ein, so daß sie erneut in der in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen
Weise beladen werden kann.
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Die Pilterkerzen, die man für das Abzugsystem benutzt, bestehen aus
einem Fußstück 8 und einem Kopfstück 9, zwischen denen das den zylindrischen Mantel
10 bildende Kerzengerüst eingespannt ist. Dieses Gerüst besteht, wie sich aus Figur
6 ergibt, aus einem inneren Stützmantel 11 mit großen oeffnungen, die von den Stegen
des Mantels gebildet werden, und einem äußeren feinen Gewebe 12. Der innere mantel
11 ist an den Knotenpunkten der Stege verdicke, so daß er erhöhte und vertiefte
abschnitte hat und das feine Gewebe 12 nur punkt- oder linienförwig an dem inneren
Mantel 11 anliegt. Bei der auf Figur 6 dargestellten lusführngsfora wird die Kerze
von außen nach
innen durchströmt und dabei das Gewebe an den inneren
Mantel gepreßt.
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Figur 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Brd in dung, beider
zusätzlich ein äußerer Mantel 13 vorhanden ist, gegen den das feine Gewebe 12 gepreßt
wird, wenn die Filterkerze von innen nach außen durchströmt wird, so daß für beide
Strömungsrichtungen ein ausreichend fester Halt für das innere Gewebe vorhanden
ist. Gegebenenfalls können zwischen den Mänteln 11 und 13 mehrere Schichten des
feinen Gewebes angeordnet werden.
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Patentansprüche