<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Gegenstromregenerierung von lonenaustauschersäulen
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
die Regenerierung, weil das Austauscherharz vor Beginn derselben auf verschiedene Behälter verteilt werden muss, länger als sonst.
Nach einem andern Vorschlag wird eine Austauscherapparatur in der üblichen Weise mit Durchfluss von oben nach unten betrieben und im Gegenstrom von unten nach oben regeneriert. Ein unmittelbar über der Harzschüttung angeordnetes Flüssigkeitsabnahmesystem wird wegen der Gegenstromregeneration von oben her mit Wasser beschickt. Dadurch soll die Harzschüttung, die während der Gegenstromregenerierung einen Auftrieb nach oben hat, nach abwärts gedrückt werden. Diese Anordnung trägt jedoch den unterschiedlichen Quellungsgraden der Harze im erschöpften und regenerierten Zustand keine Rechnung, und der mit dieser Arbeitsweise erreichbare Effekt ist unbefriedigend.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb und zur Gegenstromregeneration von Ionenaustauschersäulen mit einem einzigen Filterraum unter Vermeidung örtlicher Bewegungen in der Austauscherschüttung. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass man innerhalb der Austauscherpackung oder um diese herum einen Raumveränderbaren Rauminhaltes vorsieht und dessen Rauminhalt hydraulisch oder pneumatisch dem jeweiligen Quellungszustand der Austauscherschüttung derart anpasst, dass diese den ihr dargebotenen Raum stets dicht und ohne nennenswerte gegenseitige Verschiebung der Austauscherteilchen erfüllt. Weitere Gegenstände der Erfindung sind die zur Ausübung des Verfahrens geeigneten Apparaturen.
Diese sind in ihrer allgemeinen Form gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme der Austauscherharzfüllung bestimmten Filterraum konstanter Abmessungen und durch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Mittel für eine gesteuerte zeitweise Verkleinerung oder Vergrösserung des mit dem Austauscherharz erfüllbaren Nutzvolumens des Filterraumes.
Es sind bereits Behälter für Ionenaustauscher bekannt, die aus Plastikmaterial bestehen. So beschreibt die Schweizer Patentschrift Nr. 351907 eine zylindrische Patrone aus Kunststoff, welche mit Austauscherharz gefüllt und an den beiden Stirnseiten mit Drahtnetzen abgedeckt ist. Nach den Darstellungen dieser Patentschrift ist diese Kunststoffpatrone starr, da sie eng und fest in ein starres Gehäuse eingesetzt und darin mit einem Metallbügel unverrückbar festgeklemmt werden soll. Für eine derartige Anordnung eignetsich nur eine Patrone mit einem starren Kunststoffzylinder. Es wird somit insbesondere durch die Vorsehung der beiden Drahtnetze am oberen und unteren Ende der Patrone die Harzschüttung innerhalb der Säule an ihrem Platz festgehalten.
Die brit. Patentschrift Nr. 675, 707 beschreibt eine lonenaustauschersäule, innerhalb deren die Harzschüttung in einem weichen faltbaren Kunststoffsack untergebracht ist, der am oberen Ende offen und am unteren Ende mit einem starren Boden, einem Filterraum und einer Abflussöffnung versehen ist. Die ganze Vorrichtung besteht praktisch nur aus diesem Kunststoffsack, der mit Seewasser und einem entsalzenden Stoff gefüllt und dann solange geknetet bzw. bewegt wird, bis die Entsalzung beendet ist. Eine Anpassung des Volumens dieses Sackes an den jeweiligen Zustand des Austauschermaterials ist weder vorgesehen noch durchführbar.
Im Unterschied dazu besteht der Erfindungsgedanke der Erfindung darin, dass man innerhalb einer Ionenaustauschersäule mit einem einzigen Filterraum normaler Bauart innerhalb der Austauscherschüttung oder um diese herum einen in seinem Volumen hydraulisch oder pneumatisch veränderlichen Raumkörper vorsieht, dessen Volumen den innerhalb der Säule vom Harz freigelassenen Raum ausfüllt und variabel dem jeweiligen Quellungsstand der Austauscherschüttung angepasst wird, um letztere in ihrer relativen Lage festzuhalten.
Wegen dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäss eine Rohrleitung zu dem aus elastischem Werkstoff bestehenden Raumkörper vorgesehen, durch welche dieser hydraulisch oder pneumatisch wie ein Ballon aufgeblasen oder wieder zum Zusammenfallen gebracht werden kann. Eine derartige Anordnung ist neu und durch den bekannten Stand der Technik in keiner Weise nahegelegt.
Zwei beispielsweise Ausführungsformen der lonenaustauscherapparatur nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
In Fig. l besteht die Apparatur aus Austauscherkolonne 1 in Form eines zylindrischen senkrecht stehenden Mantels mit unterem und oberem Deckel, Düsenboden 2, Abnahmesystem 8, 9 mit Rohr- leitungen und Ventilen 4, 7, 10, sowie Rückspül- und Regenerierleitungen mit Ventilen 5, 6, 14 und ist gekennzeichnet durch ein im oberen und unteren Deckelflansch eingespanntes zylindrisches Gebilde aus elastischem Material, beispielsweise Gummi, synthetischen Kautschuk oder thermoplastischer Folie, beispielsweise aus Vinylpolymerisaten, Polyäthylen od.
dgl., welches in seinem Inneren dieAustauscherschüttung aufnimmt und von aussen her über Ventil 11 und Raum 12 pneumatisch oder hydraulisch mehr oder weniger so unter Druck gesetzt werden kann, dass die elastische Wandung des Gebildes 3 die in ihr befindliche Austauscherharzschüttung in ihrem jeweiligen grösseren oder geringeren Quellungszu-
<Desc/Clms Page number 3>
stand stets eng umschliesst und dicht zusammenhält.
Diese Apparatur wird in folgender Weise betrieben. Zur Erschöpfung der Harzfüllung wird die Flüssigkeit von oben nach unten unter Vermittlung der Ventile 4 und 5 geführt. Zur Rückspülung der Harze wird nach beendeter Erschöpfung Wasser von unten über das Ventil 6 eingeleitet und von oben über das Ventil 7 abgeführt. Das obere System 8 zur Abnahme und Verteilung der Flüssigkeit besitzt solche Öffnungen, dass aufgenommene mechanische Verunreinigungen und Abrieb der Ionenaustauscherharze während der Rfickspülung herausgespült werden können. Nach der Rückspülung werden die Harzteilchen festgelegt, indm Flüssigkeit von unten durch das Ventil 6 und von oben durch das Abnahmesystem 9 und das Ventil 10 entnommen wird.
Die Öffnungen und das Abnahmesystem 9'sind dabei derart gestaltet, dass-'Harzteilchen nicht hindurchtreten können. Gleichzeitig wird durch das Ventil 11 ein flüssiges oder gasförmiges Druckmedium so lange in den Raum 12 zwischen der Kolonnenwandung 1 und dem elastischen Zylinder 3 eingeleitet, bis der Druck im Pressraum 12 etwas höher als der Druck im Harzraum innerhalb des elastischen Zylinders 3 liegt und infolgedessen innerhalb dieses Zylinderraumes 3 die einzelnen Harzteilchen in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten sind. Nach dieser Festlegung der Harzteilchen wird durch das Ventil 14 das Regenerierungsmittel von unten her zugeführt und wieder durch das Abnahmesystem 9 und das Ventil 10 entnommen. Das Nachspülen des Harzbettes erfolgt in der gleichen Richtung.
Sobald das Regenerierungsmittel ausgespült ist, wird durch das Ventil 4 die zu behandelnde Flüssigkeit zugeführt und das Ventil 11 langsam geöffnet. Dabei setzen sich die Harzteilchen wieder ab und das Pressmedium wird aus dem Pressraum 12 verdrängt.
Fig. 2 zeigt eine lonenaustauscherapparatur mit Zylinder 21, oberem und unterem Düsenboden 22 sowie den Zufuhr- und Abzugsleitungen für die Flüssigkeit. Die Apparatur ist durch eine in den zy- linder eingehängte und innerhalb derAustauscherschüttung 24 befindliche Kammer 23 gekennzeichnet, deren Volumen hydraulisch oder pneumatisch durch ein über eine Rohrleitung ihrem Inneren zugeführtes gasförmiges oder flüssiges Medium verändert werden kann. Im Sinne der Erfindung wird das Volumen der Kammer 23 vergrössert, sobald die Harzteilchen schrumpfen, und verkleinert, sobald sie aufquellen. Auf diese Weise wird mittels der veränderlichen Kammer 23 erreicht, dass die Harzfüllung stets fest und dicht zwischen den beiden Düsenböden 22 gehalten wird.
Die Apparaturen der Erfindung sind nicht an die beispielsweise angegebenen Durchflussrichtungen gebunden. Die Laufrichtung der Arbeitsgänge kann auch umgekehrt werden. Die Apparaturen sind auch nicht auf die Entsalzung von Wasser mittels Ionenaustauscher beschränkt, sondern immer dann anwendbar, wenn Lösungen irgendwelcher Zusammensetzungen mit Ionenaustauschern zu behandeln sind.
Form und Ausführung der Mittel zur Veränderung des für die Austauscherteilchen nutzbaren Raumes lassen sich, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt, weitgehend variieren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb und zur Gegenstromregenerierung von Ionenaustauschersäulen mit einem einzigen Filterraum unter Vermeidung örtlicher Bewegungen in der Austauscherschüttung, dadurch gekennzeichnet, dass man innerhalb der Austauscherschüttung oder um diese herum einen Raum veränderbaren Fassungsvermögensvorsieht und letzteren hydraulisch oder pneumatisch dem jeweiligen Quellungszustand der Austauscherschüttung derart anpasst, dass diese den ihr zur Verfügung stehenden Raum stets dicht und ohne nennenswerte gegenseitige Verschiebung der Austauscherteilchen erfüllt.