DE2738120B2

DE2738120B2 - Einrichtung zum thermischen Regenerieren von Massen in Wasseraufbereitungs-Anlagen

Info

Publication number: DE2738120B2
Application number: DE2738120A
Authority: DE
Inventors: Kurt 7031 Holzgerlingen Marquardt
Original assignee: Hager and Elsaesser GmbH
Current assignee: Hager and Elsaesser GmbH
Priority date: 1977-08-24
Filing date: 1977-08-24
Publication date: 1980-02-14
Also published as: CH636829A5; IT7826973A0; DE2738120C3; IT1098145B; AT357952B; DE2738120A1; ATA615078A; US4237007A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum thermischen Regenerieren von Ionenaustausch- und Adsorptionsmassen in einem quasi-kontinuierlichen System, bestehend aus einer Betriebs- und/oder Beladungskolonne, Meß-, Rückspül- oder Regenerier- und Kühlkolonnen. Dabei wird die zu regenerierende Masse in einem geschlossenen Drucksystem mittels Transportwasser taktweise gefördert.

In den letzten Jahren sind thermisch regenerierbare Ionenaustauscherharze entwickelt worden, die sich für die Teilentsalzung, Enthärtung und Entsalzung und dgl. von Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, eignen. Diese Harze haben aktive Gruppen mit schwach saurer und schwach basischer Funktion an dem gleichen lonenaustauscher-Harzgerüst (Matrix). Sie werden mit Säure oder Alkali vorbeladen, so daß das Harz während der Beladung und Regeneration bei neutralem pH-Wert arbeitet. Je nachdem, ob zweiwertige Kalzium- und Magnesiumionen oder einwertige Natrium- und Kaliumionen aufgenommen werden sollen, ist das Maß dieser Vorbeladung verschieden. Die erzielbare, nutzbare Volumenkapazität und die Eluierbarkeit der aufgenommenen Ionen ist vom Maß der Vorbeladung, dem sog. XO-Wert abhängig.

Die thermische Regeneration derartiger Harze hat den Vorteil, daß keine aggressiven und ätzenden Chemikalien notwendig sind und daher die für die Beladung und Regeneration der Harze notwendigen Behälter nicht mit aufwendigen säure- und laugefesten Korrosionsschutzinnenverkleidungen ausgerüstet werden müssen. Durch die Verwendung von Heißwasser für die Regeneration tritt keine Aufsalzung des Regenerats auf, d. h-, die Umweltbelastung derartiger Verfahren ist

ίο wesentlich geringer als bei den konventionellen lonenaustauscherentsalzungsprozessen. Steht Abwärme zur Verfügung, so kann dieser Aufbereitungsprozeß sehr wirtschaftlich gestaltet werden.
Trotz dieser Vorteile des Verfahrens befriedigt der Einsatz dieser Ionenaustauscher aufgrund verschiedener systembedingter Nachteile noch nicht in bezug auf die Wirtschaftlichkeit

Bei den bisher bekannten Anlagen (Aost J. Chemie 1966, S. 589-608 bzw. »Desalination« 1973, S. 217-237 und 269—285) erfolgt die Beladung und Regeneration entsprechend der üblichen lonenaustauschertechnik diskontinuierlich in Austauscherbehältern, die nach der Beladung des Harzes außer Betrieb genommen, mit Heißwasser regeneriert und dann wieder in den Prozeß eingeschaltet werden.

Die französische Patentschrift Nr. 13 40 078 beschreibt ein kontinuierliches Ionenaustauscher-Verfahren, bei dem durch Änderung der Aufbereitungstemperatur ein schwach saures Kationenaustauscherharz, das mit Ammonium beladen wurde durch eine Heißwasserbehandlung bei 95° C regeneriert werden kann. Eine dort beschriebene Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer Betriebskolonne und einer Regenerationskolonne, wobei das beladene Austauscherharz kontinuierlich in die Regenerationskolonne und dort nach Durchführung der Regeneration in die Betriebskolonne zur Beladung zurückgeführt wird.

Nachteile des Standes der Technik nach Aost. J. Chemie 1966, S. 589—608 und »Desalination« 1973,

S. 217-237 und 269-285 sind:

Die thermisch regenerierbaren Ionenaustauscherharze haben nur eine sehr geringe nutzbare Volumenkapazität (0,2 bis 0,3 val/U), wodurch schon bei verhältnismäßig geringen Salzgehalten des Rohwassers eine große Menge lonenaustauscherharz in die Austauscherbehälter eingefüllt werden muß, um ein ausreichend langes Arbeitsintervall des Austauscherbehälters gegenüber der Regenerationszeit zu erreichen. Diese für den optimalen Betrieb der Anlage notwendige Maßnahme wirkt sich aus mehreren Gründen nachteilig aus:

Die Austauscherbehälter werden sehr groß und damit teuer. Das große Behältervolumen erfordert zwangsweise bei der Regeneration eine große Heißwassermenge, da vor jedem Regenerationsschritt die Kaltwasserfüllung des Austauscherbehälters abgelassen oder mit Heißwasser verdrängt wird bzw. der kalte Behälter durch Heißwasser vor Einspeisung der für die eigentliche Regeneration erforderlichen Heißwassermenge mit zusätzlichem heißen Wasser aufgewärmt werden muß. Dadurch ist die Ausnützung der Wärme bei der Regeneration verhältnismäßig schlecht und die Wärmeverluste sind hoch. Durch das große Behältervolumen und die große Behälteroberfläche sind die Wärmeverluste während der Regeneration ebenfalls beträchtlich, so daß zusammen mit den oben beschriebenen Nachteilen normalerweise nur Regenerationstemperaturen von 60—80⁰C mit dem diskontinuierlichen Svstem gefahren werden können. |e höher jedoch die

Temperatur ist, desto günstiger ist der Regeneriereffekt (wünschenswert sind Temperaturen bis zu 90⁰C).

Die Automatisierung des Systems ist sehr aufwendig.

Charakteristisch für die thermisch regenerierbaren Ionenaustauscherharze ist daß das zu entsalzene Wasser möglichst wenig Kalzium und Magnesium sowie Bikarbonat enthalten soll. Sollen Wässer aufbereitet werden, die einen hohen Gehalt an diesen Inhaltsstoffen aufweisen, so ist es erforderlich, eine Enthärtung bzw. Entkarbon'-sierung als Vorbehandlungsstufe einzuschalten. Nachteil des konventionellen Batch-Prozesses ist es, daß die Ionenaustauscher zur Enthärtung und Entkarbonisierung, die dem Entsalzungsprozeß vorgeschaltet werden, separat mit Chemikalien regeneriert werden müssen und dadurch die Wirtschaftlichkeit des Prozesses mit thermischer Regeneration vermindert wird.

Ein weiteres Charakteristikum der thermisch regenenerbaren Harze ist, daß in ihnen aufgenommene Schwermetalle durch die thermische Regeneration nicht entfernt werden. Daher sollten Schmutzstoffe und Schwermetalle in dem Austauscherharz, bevor es zur thermischen Regeneration gelangt, nicht enthalten sein. Sind diese Stoffe trotzdem vorhanden, so muß in gewissen Abständen eine Spezialbehandlung des Harzes durchgeführt werden, wie etwa eine Regeneration mit Chemikalien. Nach dieser Spezialbehandlung ist jedoch eine neuerliche Einstellung des XC-Wertes erforderlich, damit beim nächsten Arbeitsspiel das Harz wieder thermisch regenerierbar ist. Nachteil des Batch-Verfahrens ist, daß zur Spezialbehandlung und zur nachfolgenden Einstellung des XO-Wertes die Betriebsphase der Anlage über längere Zeit unterbrochen wird und kein Entsalzungsvorgang stattfindet.

Ein weiterer Nachteil des konventionellen Verfahrens ist, daß durch seinen diskontinuierlichen Wechsel zwischen Regeneration und Betriebszustand und die unterschiedlichen Regenerations- und Betriebszeiten der Grad der möglichen Wärmerückgewinnung aus dem bei der Regeneration entstehenden heißen Eluat im Vergleich mit dem quasi-kontinuierlichen System wesentlich niedriger ist. Die Wärme des bei der Regeneration entstehenden heißen Eluats kann z. B. zum Aufwärmen des Rohwassers oder des Wassers, welches für die Regeneration verwendet wird, genützt werden.

Selbst bei mehrstraßigem Betrieb einer derartigen Anlage ist eine Wärmeausnützung ohne aufwendige Zwischenlagerung des heißen Eluats mit entsprechenden Wärmeverlusten nicht möglich, da die Regenerationszeit des Systems nur ein Bruchteil der Betriebszeit der Kolonnen beträgt, und dadurch ohne Zwischenspeicherung nur während der verhältnismäßig kurzen Regenerationszeit eine Rohwasser- oder Regenerationswasseraufwärmung erfolgen kann. Wird eine derartige Anlage einstraßig ausgeführt, so ist eine Wärmeausnützung ohne Zwischenspeicherung des heißen Eluats praktisch nicht möglich, da während der thermischen Regeneration der Fluß durch die Betriebskolonne unterbrochen wird.

Die gleichen og. Schwierigkeiten treten auch auf, wenn anstelle von thermisch regenerierbaren Ionenaustauscherharzen thermisch regenerierbare und reaktivierbare Adsorptionsmittel verwendet werden. Bei der Beschreibung der Erfindung, die sich sowohl auf thermisch regenerierbare Ionenaustauscherharze, als auch auf thermisch regenerierbare Adsorptionsmittel bezieht, wird daher der Einfachheit halber die zu und transportierende Substanz mit Masse bezeichnet

Die in der französischen Patentschrift 13 49 079 beschriebene Vorrichtung zur Durchführung einer thermischen Regeneration von !onenaustauscherharz hat folgende Nachteile:

Es wird lediglich die Behandlung eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes mit Heißwasser bei einer Temperatur von 95° C beschrieben. Bei dem Betrieb einer kontinuierlichen Ionenaustauscher-Anlage nach dieser Vorschrift wird das nach der Wärmebehandlung noch heiße Harz direkt in die Betriebskolonne zurückgeführt wobei

a) erhebliche Wärmeverluste auftreten, die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verringern

b) durch die Rückführung des heißen Harzes in die Betriebskolonne dort beträchtliche Temperaturschwankungen auftreten, bzw. die Betriebstemperatur in der Betriebskolonne bei kontinuierlicher Rückführung der Harze soweit erhöht werden kann, daß das für die Beladung der Harze notwendige Gleichgewicht z.T. zur Regeneration bzw. Desorption verschoben wird. Dadurch kann sich die Kapazität des Harzes wesentlich verringern, bzw. bei Auftreten von Temperaturschwankungen in der Betriebskolonne sich die Ablaufqualität entsprechend im Rhytmus der Temperaturschwankungen jeweils verschlechtern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und Verfahren zum thermischen Regenerieren zu schaffen, bei dem bekannte und quasi-kontinuierliche Ionenaustauschersysteme nach der DE-AS 19 24 125, DE-PS 18 455, DE-AS 20 29 720, DE-AS 20 65 364, DE-AS 25 682, DE-AS 22 46 792 und DE-AS 24 03 274, in denen jedoch Ionenaustauscher mittels Chemikalien wie Salzsäure und Natronlauge regeneriert v/erden, in speziellen Vorrichtungen so einzusetzen, daß sie zur thermischen Regeneration geeignet sind. Derartige quasi-kontinuierliche Systeme haben gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Vorteile, die später geschildert werden. Weiterhin sollen die Nachteile bekannter kontinuierlicher Vorrichtungen zur thermischen Regeneration bezüglich Wärmerückgewinnung und Aufbereitungseffekt (Schwankungen im Entsalzungsgrad und Kapazität) vermieden werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst,

daß der Regenerierkolonne eine Kühlkolonne nachgeschaltet ist, die über ein Umwälzsystem mit einem roh- oder regenerationsgekühlten Wärmeaustauscher in Verbindung steht,
daß der Behälter durch einen ringförmigen KaIt- und Heißwasserverteiler in einen oberen Kühlraum und einen unteren Regenerationsrauin unterteilt ist und ein Umwälzsystem besitzt, so daß gleichzeitig auf der einen Seite des Kalt- und Heißwasserverteilers das Kühlwasser aus dem Kalt- und Heißwasserverteiler entnommen und — nach Durchströmen von zwei Wärmeaustauschern, von denen der in Umwälzrichtung vorn liegende Anschluß an die Regenerationsabwasserleitung und der nachgeschaltete Anschluß an die Heißdampf- bzw. Heißwasserleitung besitzt — der dem Kühlwasserabzug gegenüberliegenden Seite des Kalt- und Heißwasserverteilers zugeführt werden kann,
daß hinter der Betriebskolonne eine Meßkolonne angeordnet ist, deren Volumen der der jeweils in die nachfolgende Behandlungskolonne zu taktenden Mssse ents^nr'c^*

Die Ausbildung einer derartigen Einrichtung zur thermischen Regeneration von Massen als quasi-kontinuierliche Einrichtung, wie oben beschrieben, hat folgende Vorteile:

Durch die externe, chargenweise Regeneration der Massen ist eine optimalere Gestallung der Regenerationseinrichtung sowohl von der Geometrie als auch von der Wärmeisolierung und der Wärmerückgewinnung her möglich. Durch das wesentlich kleinere Volumen der Regenerationskolonne können Wärmeverluste während der Regeneration weitgehend vermieden werden. Grund für das kleinere Volumen der Regenerationskolonne ist, daß prozentual geringe Anteile der in der Anlage befindlichen Gesamtharzmengc durch die Rcgcncrationscinrichtungen in kurzen Zeitabständen bewegt werden und damit das Volumen der zu regenerierenden Harzmenge gering ist. Durch die geringen Wärmeverluste bei der Regeneration ist eine bessere Regenerationswirkung, damit eine höhere Wärmeausnutzung und dadurch eine höhere Kapazität der Massen im Betriebszustand erreichbar.

Das ablaufende Eluat kann zur Vorwärmung des Rohwassers verwendet werden, wodurch ebenfalls eine Verbesserung der nutzbaren Volumenkapazität in der Betriebskolonne auftritt. Auch eine Vorwärmung des zur Regeneration verwendeten Wassers durch das ablaufende Regenerat und die Wärmeausnutzung bei der Abkühlung des regenerierten heißen Harzes vor Rücktransport in die Betriebskolonne ist möglich. Neben der Ausnützung der Wärme des heißen lonenaustauscherharzes nach dessen Regeneration hat die Kühlkolonne noch den wesentlichen Vorteil, daß nur gleichmäßig temperiertes lonenaustauscherharz in die Betriebskolonne rückgeführt wird, so daß Temperaturschwankungen des Harzinhaltes in dieser Kolonne vermieden werden. Das Austauschgleichgewicht bei thermisch regenerierbaren Harzen ist, wie die niedrige Kapazität dieser Ionenaustauscher zeigt, leicht von der Adsorption auf die Desorption bzw. den Regenerationsvorgang hin zu verlagern. Wird stoßweise oder auch kontinuierlich heißes Harz in die Betriebskolonne eingeführt, so tritt dort eine unkontrollierbare Veränderung des Beladungsgleichgewichts ein, das eine wesentliche Verschlechterung der nutzbaren Kapazität des Harzes und zu einer Verschlechterung des Aufbereilungseffektes führen kann.

Wird die Temperatur in der Betriebskolonne durch die Einführung des Harzes stoßweise geändert, so kann im Ablauf der Betriebskolonne eine in entsprechendem Rhythmus schwankende Veränderung des Restsalzgehaltes gemessen werden.

Eine Erhöhung der Betriebstemperatur in der Behandlungskolonne auf 30—40⁰C hingegen, bewirkt eine Verbesserung im Austauschverhalten des Ionenaustauschers. Diese Erwärmung kann bei Verwendung einer Kühlkolonne vorteilhaft dadurch erfolgen, daß man die bei der Abkühlung des regenerierten Harzes abzuführende Restwärme dazu verwendet, den Rohwasserzufluß zur Betriebskolonne aufzuwärmen. Diese gleichmäßige und dosierte Wärmezuführung der Behandlungskontrolle hat gegenüber der Einspeisung von heißem Harz in dieselbe den Vorteil, daß dadurch eine Kapazitätsverbesserung erreicht wird, während sich bei letztgenannter Fahrensweise die Betriebsbedingungen im Beladungszustand verschlechtern.

Es ist eine optimale Gegenstromtechnik möglich, da durch den geringeren Durchmesser der Regenerationskolonne das Heißwasser das Harz wesentlich gleichmä ßiger und besser kontrollierbar durchströmt, als in dem Austauscherbehälter beim Stand der Technik mit seinem viel größeren Durchmesser (Gefahr der Kanalbildung).

Durch die chargenweise Zuführung von frisch regeneriertem und Abführung von beladenem Harz, wird die Beladungszone in der Belriebskolonne eines kontinuierlichen Verfahrens in einer bestimmten Höhe mit nur verhältnismäßig geringer Schwankung fixiert.

ίο Im Gegensatz dazu wandert im Austauscherbehälter nach bei konventionellen, diskontinuierlichen Anlagen die Beladungszone im Harzbett von oben nach unten so lange, bis ein lonenschlupf im Ablauf des Filters feststellbar ist.

Dies ist der Grund, warum der Enisaizungsgrad bei diesem Verfahren vom Beginn des Betriebszyklus an bis zum Ende des Zyklus stärkeren Schwankungen unterworfen ist, als beim kontinuierlichen Verfahren.

Die externe Behandlung der Masse erlaubt es, während des Betriebes Spezialbehandlungen und Vorbehandlungen durchzuführen, ohne daß die Produktion an entsalztem Wasser oder an aufbereiteter Lösung wesentlich gestört wird. Dabei ist es durch entsprechendes Umlenken des Massestroms in unterschiedliche Behandlungskolonnen möglich, sowohl die thermische Regeneration alleine als auch die Spezialbehandlung mit der nachfolgenden Vorbehandlung mit oder ohne Rückspülschritt vor diesen beiden Behandlungsvorgängen wahlweise durchzuführen.

Bei der thermischen Regeneration von Ionenaustauschermassen ist es notwendig, Teilentsalzungs- oder Enthärtungsstufen vorzuschalten, um zwei- und mehrwertige Ionen vor der eigentlichen Entsalzungsanlage abzutrennen. Setzt man zur Ei.!härtung oder Teilentsalzung ebenfalls kontinuierliche Techniken ein, so kann der Heißwasserablauf der thermischen Regenerationskolonne mit der Regenerationskolonne der Vorbehandlungsstufe verbunden werden und das heiße, stark natriumsalzhaltige Eluat der thermischen Regeneration zur Regeneration der Vorbehandlungsstufe Verwendung finden. Eine derartige Schaltung ist bei diskontinuierlicher Betriebsweise nach dem Stand der Technik nicht oder nur sehr umständlich möglich. Diese Maßnahme erhöht ebenfalls die Wirtschaftlichkeit des quasi-kontinuierlichen Verfahrens.

Diese Ausführung zeichnet sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus.

Die Zwischenschaltung einer Meßkolonne zwischen Betriebskolonne einer nachfolgenden Rückspül-, Behandlungs- oder Regenerierkolonne hat bei Massen mit geringer spezifischer Beladung oder Ionenaustauscherharz mit geringer Kapazität den Sinn, das Verhältnis von aus der Betriebskolonne abgezogener Massecharge zu der Massemenge, die sich in der Betriebskolonne befindet besonders günstig zu gestalten. Wird aus der Betriebskolonne beim Takten zuviel Masse abgezogen, so treten Umschichtungen im Massebett auf, die zu einer Verschlechterung des Aufbereitungseffektes führen.
Die Meßkolonne kann

a) diskontinuierlich betrieben werden, wobei in kurzen Zeitintervallen, die kleiner sind, als die Taktzeiten in den externen Kolonnen, geringe Massenchargen in die Meßkolonne gefördert werden. Ist die Meßkolonne gefüllt was innerhalb der Taktzeit der externen Kolonnen geschehen muß, so wird die gesamte Masse aus der Meßkolonne in die nachfolgende Behandlungskolonne getaktet

b) kontinuierlich betrieben, wobei konstant aus der Betriebskolonne ein geringer MassenfluB in die Meßkolonne aufrecht erhalten wird, während aus der Meßkolonne quasi-kontinuierlich entsprechend den Taktzeiten in den externen Kolonnen die Masse abgezogen wird.

Durch diese Pufferwirkung der Meßkolonne ist gewährleistet, daß ausreichend große Massemengen, die der Beladung des Bettes in der Betriebskolonne in der Zeiteinheit entsprechen, abgezogen werden, ohne daß ίο sich der Aufbereitungseffekt durch Umschichtungen im Massebett der Betriebskolonne verschlechtert.

Die Erfindung ist bezüglich der speziellen Technik bei der thermischen Regeneration von Massen mit weiteren Einzelheiten in den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

F i g. 1 das Schaltschema einer Einrichtung mit getrennter Regenerations- und Kühlkolonne

F i g. 2 das Schaltschema einer Einrichtung mit zusammengefaßter Regenerations- und Kühlkolonne

Fig.3 das Schaltschema einer Einrichtung mit Regenerations- und/oder Kühlkolonne mit vorgeschalteter Meßkolonne.

Bei der Anlage gemäß F i g. 1 wird die zu regenerierende Masse 6 auf der Betriebskolonne 1 bei Unterbrechung des Durchflusses durch Schließen der Betriebsventile 5 und 7 durch Öffnen der Ventile 9, 11 und 15 über die Leitung 12 in die Regenerierkolonne A getaktet.

Der Chargentransport der Masse 6 erfolgt durch Einspeisung von Transportwasser über die Leitung 10 und das geöffnete Ventil 9 in die Betriebskolonne 1 und die Entlastung der Regenerierkolonne A über die Leitung 16 und das geöffnete Ventil 15.

Eine weitere Möglichkeit des Masseaustrags aus der Betriebskolonne 1 ist die, daß bei Unterbrechung des Durchflusses durch Schließen der Betriebsventile 5 und 7 in den Leitungen 4 und 8 durch öffnen des Ventils 9 und Einspeisen von Transportwasser über die Leitung 10 bei geöffnetem Ventil 3 das Massebett in der Betriebskolonne 1 nach unten abgesenkt wird, so daß ein Masseanteil in den Freiraum Xa unter dem Rohwasserverteiler \b der Betriebskolonne 1 geschoben wird. Das über die Leitung 10 bei geöffnetem Ventil 9 eingespeiste Transportwasser wird aus der Betriebskolonne 1 über das Ventil 3 wieder abgeführt. Nach Schließen des Ventils 9 wird das Betriebsventil 5 geöffnet und unter Rohwasserdruck bei geöffnetem Ventil 11 über die Leitung 12 und bei Entlastung der Regenerierkolonne A über das Ventil 15 der Leitung 16 die Massecharge in die genannte Regenerierkolonne A gefördert

Danach werden die Ventile 15 und 11 wieder geschlossen und nach Zuführung einer frisch regenerierten Massecharge in die Betriebskolonne 1 (wie später beschrieben) wird das Betriebsventil 7 in die Leitung 8 geöffnet und das Rohwasser wird über das geöffnete Ventil durch die Leitung 4 und den Rohwasserverteiler Xb im Aufstrom durch die Masse 6 geführt und über das geöffnete Betriebsventil 7 in der Leitung 8 als aufbereitetes Wasser abgeleitet

Die mit Masse 6 und Transportwasser gefüllte Regenerierkolonne A wird durch Umwälzen des Transportwassers mit der Pumpe 17 über die Leitung 18 bei geöffnetein Ventil 19 fiber den Wärmeaustauscher 20 auf die notwendige Regenerationstemperatur gebracht Die Wärmezuführung in den Wärmeaustauscher 20 kann durch Heißdampf, Heißwasser oder elektrische Energie erfolgen. Bei der Wärmezufuhr durch Heißdampf oder Heißwasser wird dem Wärmeaustauscher über die Leitung 22 bei geöffnetem Ventil 21 das heiße Medium zu- und über die Leitung 23 bei geöffnetem Ventil 24 abgeführt.

Zwecks Nutzung der Wärme, die in dem aus dem Wärmeaustauscher 20 über die Leitung 23 abgegebenen Heizmedien noch vorhanden ist, wird dieses Medium in einen weiteren Wärmeaustauscher 38 eingeleitet, der in die Kühlwasserablaufleitung 41 des Wärmeaustauschers 31 der Kühlkolonne B installiert ist. Dieses Kühlwasser wird über die genannte Kühlwasserablaufleitung 41 bei geöffnetem Ventil 2 dem Rohwasser in der Leitung 4 beigemischt und dient zur Aufwärmung desselben.

Das aus dem Wärmeaustauscher 38 über die Leitung 40 bei geöffnetem Ventil 39 ablaufende Heizmedium kann, soweit es sich hierbei um Heißwasser oder Kondensat handelt, zur weiteren Nutzung der Restwärme in einem isolierten Behälter zwischengelagert werden und als Transportwasser für die Betriebskolonne 1 verwendet werden. Es wird dabei über die Leitung 10 bei geöffnetem Ventil 9 zur Durchführung des Harztransportvorgangs wie oben beschrieben eingespeist. Durch die Zuführung von warmen Wasser wird dabei schon während des Transportvorgangs die Masse 6 aufgewärmt, so daß in der Regenerierkolonne weniger Wärme zur Erreichung der gewünschten Regenerationstemperatur zugeführt werden muß.

Nach erfolgter Regeneration wird die Masse 6 aus der Regenerierkolonne A durch öffnen der Ventile 14, 25 und 27 in die Kühlkolonne Bgefördert. Der Massetransport erfolgt durch die Einspeisung von kaltem Transportwasser über die Leitung 13 bei geöffnetem Ventil ί4 in die Regenerierkolonne A und Entlastung der Kühlkolonne B über die Leitung 26 bei geöffnetem Ventil 27. Danach werden die Ventile 14, 25 und 27 geschlossen. Das aus der Leitung 26 ablaufende Transportwasser wird in den Rohwasserbehälter zurückgeleitet. Dies gilt für alle oben und auch später geschilderten Transportvorgänge, so daß im System praktisch kein Transportwasserverlust eintritt.

Die Masse 6 und das in der Kühlkolonne B vorhandene Wasservolumen werden durch Umwälzen des Wassers mit der Pumpe 30 in der Leitung 32 über den Wärmeaustauscher 31 bei geöffnetem Ventil 33 abgekühlt. Als Kühlmittel kann kaltes Rohwasser dem Wärmeaustauscher 31 über die Leitung 35 bei geöffnetem Ventil 34 zugeführt werden.

Es läuft dann über die Kühlwasserablaufleitung 41 und das geöffnete Ventil 44 durch den Wärmeaustauscher 38 zur oben beschriebenen Wärmerückgewinnung.

Nach erfolgter Abkühlung wird die Masse 6 aus der Kühikolonne B durch öffnen des Ventils 29 in Leitung 28 und des Ventils 3 an der Betriebskolonne 1 über die Leitung 42 bei geöffnetem Harztransportventil 43 in die Betriebskolonne 1 gefördert Der Massetransport erfolgt dabei durch Einspeisung von kaltem Transportwasser über die Leitung 28 bei geöffnetem Ventil 29 in die Kühlkolonne B und Transportwasserabführung in den Rohwasserbehälter Ober das Ventil 3 an der Betriebskolonne 1. Während des Massetransportes ist es erforderlich in der Betriebskolonne 1 den Aufbereitungsvorgang zu unterbrechen, was vor Beginn des beschriebenen Harztransports durch Schließen des Betriebsventils 5 in der Leitung 4 (Zuführungsleitung) und des Betriebsventils 7 in der Leitung 8 (Abführungsleitung) erfolgt Nach Ablauf des Massetransports

werden die Ventile 29, 43 und 3 geschlossen und durch öffnen der Betriebsventile 5 und 7 der Arbeitsvorgang in der Betriebskolonne 1 wieder in Gang gesetzt.

Bei der Anlage gemäß Schema Fig.2 wird wie in F i g. 1 beschrieben, die zu behandelnde Masse 6 aus der Betriebskolonne 1 in die kombinierte Regenerier- und Kühlkolonne C getaktet und nach erfolgter Regeneration in die Betriebskolonne 1 mittels Transportwasser zurückgeführt. Die Abmessung der Harzchargen im oberen Kühlraum 51 der Regenerier- und Kühlkolonne Cerfolgt wie gleichfalls bei den getrennten Regenerier- und Kühlkolonnen A und B der F i g. I durch die Tauchrohre a, b (Fig. 1) und 50 (Fig. 2), deren Eintauchtiefe in die Kolonne das transportierte Massevolumen bestimmt.

Der Inhalt der Regenerier- und Kühlkolonne C wird durch Umwälzen des in der Kolonne vorhandenen Wasservolumens mit der Pumpe 57 bei geöffnetem Ventil 58 über die Leitungen 56 und 61 durch die Wärmeaustauscher 62 und 63 auf die gewünschte Regenerationstemperatur gebracht. Der Wärmeaustauscher 63 dient zur eigentlichen Aufwärmung und wird mit Dampf, Wasser oder elektrischer Energie beheizt, während der Wärmeaustauscher 62 zur Wärmerückgewinnung aus dem über die Leitung 60 ablaufenden Regenerierabwasser dient.

Über die Leitung 68 bei geöffnetem Ventil 69 wird in den oberen Kühlraum 51 der Regenerier- und Kühlkolonne C kaltes Wasser eingespeist. Beim Herabströmen durch den oberen Kühlraum 51 wird es in Höhe des Kalt- und Heißwasserverteilsystems 53 rp't dem dort mittels der Wärmeaustauscher 62 und 63 aufgeheizten heißen Kreislaufwasser vermischt. Dabei wird eine Mischtemperatur eingestellt, die der im Regenerationsraum 52 der Regenerier- und Kühlkolonne Cgewünschten Regenerationstemperatur entspricht. Das heiße Wasser durchströmt den Masseanteil, der im Regenerationsraum enthalten ist und wird über die Leitung 60 bei geöffnetem Ventil 59 zur Wärmerückgewinnung über den Wärmeaustauscher 62 und aus diesem bei geöffnetem Ventil 71 über die Leitung 72 abgeführt.

Durch diese Anordnung wird der unter dem Kalt- und Heißwasserverteilungssystem 53 in dem Regenerationsraum 52 befindliche Masseanteil auf Regenerationstemperatur gebracht, während gleichzeitig der über dem Warmwasserverteiler befindliche Masseteil durch das kalt zufließende Wasser, dessen Anteil durch den Strömungsmesser 70 in Leitung 68 bemessen wird, abgekühlt wird.

Der Strömungsmesser 70 dient gleichzeitig zur Einstellung des Kaltwasseranteils der zum Warmwasserverteiler gelangt, so daß die notwendige Regenerationstemperatur in dem Regenerationsraum 52 reguliert werden kann.

Das in den Wärmeaustauscher 63 über die Leitung 67 bei geöffnetem Ventil 66 eingespeiste Heizmedium, das über die Leitung 65 aus dem Wärmeaustauscher abfließt, besitzt eine Restwärme. Diese Restwärme kann zurückgewonnen werden, wenn man das Medium bei geöffnetem Ventil 44 über die Kühlwasserablaufleitung 41 bei geöffnetem Ventil 2 entweder in den in der Rohwasserleitung angeordneten, strichliert gezeichneten Wärmeaustauscher 47 einleitet oder wenn bei Verwendung von Heißwasser als Heizmedium dieses direkt ohne Wärmeaustauscher über die Kühlwasserablaufleitung 41 in das Rohwasser eingespeist wird.

Nach erfolgter Regeneration wird die Masse 6 aus der Regenerier- und Kühlkolonne C durch öffnen des Harztransportventils 43 in der Leitung 42 und des Ventils 3 von der Betriebskolonne 1 bei geöffnetem Ventil 69 in Leitung 68 über die Leitung 42 in die Betriebskolonne 1 gefördert. Der Transportvorgang erfolgt durch Einspeisen von Transportwasser in die Leitung 68 und Ableitung desselben über Ventil 3 an Betriebskolonne 1. Während des Transportvorgangs wird der Umwälzvorgang durch die Pumpe 57 über die Wärmeaustauscher 62 und 63 sowie durch die Leitungen 56 und 61 unterbrochen. Nach der Außerbetriebnahme der Pumpe 57 werden die Ventile 58 und 59 sowie die Ventile 66 und 59 für die Heizmediumzuführung der Wärmeaustaustauscher geschlossen.

Die Harztransportvorgänge zwischen Regenerier- und Kühlkolonne Cund Betriebskolonne 1 verlaufen so, daß während des Regenerations- und Kühlvorgangs die Kolonne Cnur bis zum unteren Ende des Tauchrohrs 50 mit Masse gefüllt ist. Nach Beendigung der Kühlung und Regeneration wird aus der Betriebskolonne 1 beladenes Harz in den Regenerationsraum 52 der Regenerier- und Kühlkolonne Cgetaktet. Dabei muß die Regenerationszone 52 so ausgebildet sein, daß sie gerade das von der Betriebskolonne 1 abgezogene Massevolumen aufnimmt. Durch den Transport beladener Massen in den Regenerationsraum 52 der Kolonne wird das dort befindliche regenerierte Harz nach oben geschoben und der vorher leere Kolonnenteil mit gekühlter Masse gefüllt. An diesen Takt schließt sich der Takt des Rücktransportes der Masse aus der Regenerations- und Kühlkolonne Cin die Betriebskolonne 1 an.

Wird dem Entsalzungsprozeß mit thermischer Regeneration eine Enthärtung als Vorreinigung und zur Entfernung von zweiwertigen Ionen vorgeschaltet, und wird diese Stufe ebenfalls in quasi-kontinuierlicher Technik zugeführt, so kann das aus dem Wärmeaustauscher 62 über die Leitung 72 bei geöffnetem Ventil 71 ablaufende hochsalzhaltige Regenerat aus dem Regenerationsraum 52 der Regenerier- und Kühlkolonne C vorteilhaft zur Regeneration des Enthärters verwendet werden. Dabei wird dieser Regenerationsablauf in die Regenerier- und Waschkolonne der quasi-kontinuierlichen Enthärtungseinheit eingespeist und dadurch in der Vorreinigungsstufe eine erhebliche Verringerung des Regeneriermittelverbrauchs erreicht.

Bei der Anlage gemäß F i g. 3 wird den in der F i g. 2 gezeigten Einrichtungen eine zusätzliche Meßkolonne D zugeordnet. Wie bereits oben beschrieben, hat die Meßkolonne die Aufgabe, das in der Zeiteinheit aus der Betriebskolonne 1 abgezogene Massevolumen so zu verringern, daß innerhalb des Massebettes 6 in der Betriebskolonne keine Umschichtungen erfolgen, die den Aufbereitungseffekt des Verfahrens beeinträchtigen können.

Übersteigt das abtransportierte Massevolumen 10% der in der Betriebskolonne befindlichen Masse, so ist mit dieser Gefahr zu rechnen. Die Meßkolonne D kann wie folgt beschrieben werden. Die beladene Masse wird durch öffnen der Ventile 11 in Leitung 12 und 73 in Leitung 74 durch Einspeisen von Transportwasser über das Ventil 9 in Leitung 10 in die Meßkolonne D transportiert Dabei ist das transportierte Massevolumen ein Bruchteil der von der Meßkolonne D in die Regenerier- und Kühlkolonne transportierten Harzcharge. Damit in der Zeiteinheit gleiche Massemengen von der Betriebskolonne 1 in die Meßkolonne D und die Regenerier- und Kühlkolonne C und zurück in die Betriebskolonne 1 transportiert werden, wird die Anzahl der Transportvorgänge aus der Betriebskolonne

1 in die Meßkolonne D vergrößert, d. h. aus der Betriebskolonne 1 wird öfters in die Meßkolonne D getaktet als aus der Meßkolonne D in die Regenerier- und Kühlkolonne C. Der Massetransport aus der Meßkolonne D in die Regenerier- und Kühlkolonnc C erfolgt erst dann, wenn die Meßkolonne D vollständig gefüllt ist und zwar nach Schließen der Ventile 11 in Leitung 12, 73 in Leitung 74 und 9 in Leitung 10. Zum Transport wird das Ventil 75 in Leitung 76,77 in Leitung 78 und 54 in Leitung 55 geöffnet. Für den Transport wird zweckmäßigerweise heißes oder warmes Transportwasser in die Meßkolonne D über Ventil 75 eingespeist, um eine Abkühlung der Masse in der Regenerierzone 52 der Regenerier- und Kühlkolonne zu vermeiden. Hierzu kann zum Beispiel Heißwasser aus dem Ablauf des Wärmeaustauschers 63 verwendet werden, das bei geöffnetem Ventil 44 über die Kühlwasserablaufleitung 41 und 76 durch das Ventil 75 in die Meßkolonne D eingespeist wird. Nach erfolgtem Transport werden die Ventile 75 in Leitung 76, 77 in Leitung 78 und 54 in Leitung 55 geschlossen. In der Regenerier- und Kühlkolonne Cbeginntdann der Kühl- und Regenerierzykius, während aus der Betriebskolonne 1 in mehreren Transportvorgängen die Meßkolonne D wieder gefüllt wird.

Eine weitere Möglichkeit die Meßkolonne D zu betreiben ist es, nicht mit erhöhter Transportzahl die Masse auf der Betriebskolonne 1 in die Meßkolonne D zu transportieren, sondern in der Zeit zwischen den Transportvorgängen aus Meßkolonne D nach Regenerier- und Kühlkolonne C die Masse kontinuierlich aus der Betriebskolonne 1 abzuziehen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß der Arbeitsvorgang in der Betriebskolonne 1 nicht so häufig unterbrochen wird und die Leistung der Entsalzungseinheit dabei größer ist. Die Betriebskolonne 1 ist dazu fast vollständig, d. h. auch der freie Raum la unter dem Rohwasserverteiler ist mit Masse gefüllt, wobei die Masse la durch geeignete Anströmung aus dem Rohwasserverteiler \b, jedoch nur locker geschichtet ist und in Bewegung bleibt. Bei geöffneten Betriebsventilen 5 in Leitung 4 und 7 in Leitung 8, d. h. während des Arbeitsvorganges der Betriebskolonne 1 ist Ventil 11 in Leitung 12 und Ventil 73 in Leitung 74 geöffnet. Das Ventil 11 ist mit einer Verstelleinrichtung ausgerüstet, mit dem der freie Öffnungsquerschnitt reguliert werden kann und durch entsprechende Einregulierung wird unter den Druck des Rohwassers über die Leitung 12 in kontinuierlichem Zulauf eine Masse Wassersuspension in die Meßkolonne D geleitet. Ist die Meßkolonne D gefüllt, so wird automatisch der Masseabzug aus der Betriebskolonne 1 gestoppt und es erfolgt wie oben beschrieben, das Schließen des Ventils 11 in Leitung 12 und 73 in Leitung 74, die Einspeisung von Transportwasser über Ventil 75 in Leitung 76, der Abzug der Masse über das Tauchrohr 79 und der Transport über Ventil 77 in Leitung 78 in die Kühl- und Regenerierkolonne C.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum thermischen Regenerieren von Massen in quasi-kontinuierlich betriebenen Wasseraufbereitungsanlagen mit taktweisem Transport der zu regenerierenden Massen mittels Druckwasser innerhalb eines geschlossenen Systems, bei dem eine Betriebskolonne vor einer Regenerierkolonne angeordnet ist, wobei die Regenerierkolonne über ein Umwälzsystem mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerierkolonne A eine Kühlkolonne B nachgeschaltet ist, die über ein Umwälzsystem (30, 32,33) mit einem roh- oder regenerationswassergekühlten Wärmeaustauscher (31) in Verbindung steht

2. Einrichtung zum thermischen Regenerieren von Massen nach Anspruch 1, wobei die Regenener- und Kühlkolonne in einem gemeinsamen Behälter zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter C durch einen ringförmigen KaJt- und Heißwasserverteiler (53) in einen oberen Kühlraum (51) und einen unteren Regenerationsraum (52) unterteilt ist und ein Umwälzsystem besitzt, so daß gleichzeitig auf der einen Seite des Kalt- und Heißwasserverteilers (53) das Kühlwasser aus dem Kalt- und Heißwasserverteiler entnommen und — nach Durchströmen von zwei Wärmeaustauschern (62, 63), von denen der in Umwälzrichtung vorn liegende Anschluß an die Regenerationsabwasserleitung (60) und der nachgeschaltete Anschluß an die Heißdampf- bzw. Heißwasserleitung (67) besitzt — der dem Kühlwasserabzug gegenüberliegenden Seite des Kalt- und Heißwasserverteilers (53) zugeführt werden kann.

3. Einrichtung zum thermischen Regenerieren von Massen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Betriebskolonne 1 eine Meßkolonne D angeordnet is^f, deren Volumen der jeweils in die nachfolgende Behandlungskolonne zu taktenden Masse entspricht.