BG104966A - Метод за противотокова регенерация на йоните - Google Patents

Abstract

Методът се използва в енергетиката, металургията и в промишлеността за получаване на омекотена или деминерализирана вода за технологичните процеси. По него се пречистват естествени и отпадъчни води идруги разтвори с помощта на йонообменни филтри и по-специално по методите за регенерация на йонообменни смоли. Методът на регенерация на йонити е от типа UPCORE. Стадият на компактиране на йонитния слой се извършва чрез поток от течна среда, движенаотдолу нагоре. Процесът на компактиране се осъществява чрез пулсации, като водата се придвижва на поне две пулсации, при което амплитудата на първата пулсация е не по-малка от височината на свободния борд над йонитния слой в края на работния цикъл.Амплитудата на следващата пулсация е не по-малка от амплитудата на отразената вълна, появяваща се след преминаването на предишната пулсация, и времето между две пулсации не надвишава времето, необходимо за преминаване на отразената вълна на предишната пулсация през йонитния слой. По метода по-пълносе отстраняват замърсяванията на йонитния слой и респективно има по-висока ефективност на процеса на регенерация. Времето за регенерация се намалява с около 5-7%, в зависимост от типа на йонита и неговия експлоатационен живот. Консумираната вода за собствени нужди е намалена с 10-12%.

Description

МЕТОД ЗА ПРОТИВОТОКОВА РЕГЕНЕРАЦИЯ НА ЙОНИТИ

Изобретението се отнася до методите на пречистване на природни и отпадни води както и на течни разтвори с помощта на йонообменни филтри и по-специално се отнася до методите за регенерация на йонообменни смоли и може да се използва в енергетиката, металургията, химическата и други клонове на промишлеността, където омекотена и обезсолена вода се използва за технологините им нужди.

Известен е методът за противотокова регенрация на изтощени йонообменни смоли, включително обработката им с регенерационен разтвор и пропускането му отдолу нагоре, а промивката с вода отгоре надолу (Патент RF № 2058817,1995 , С.СО2Р 1/42).

Недостатък на този метод е ниската ефективност на регенерационния Q процес, поради значителната консумацияна регенерационен разтвор и вода за собствени нужди, както и увеличеното време за регенерация.

Предложения за патент прототипен метод е метод за йонитна регенерация по време на процес UPCORE, която се извършва в филтърната колона, съдържаща йонообменната смола (йонит) и инертния материал (инерт), който е химически инертен при условията на извършвания процес (The UPCORE System.Enginering Handbook,Trademark of The Dow Chemical Company, May 1995 , Al page 5,6,B2 page 21)

Методът се базира на факта, че при завършване на филтрационния цикъл се извършват операции на тип бутално повдигане и компактиране на йонитния слой чрез воден поток и след това регенерациония разтвор (регенерант) се подава отдолу нагоре с такава скорост,че да поддържа йонитния слой в компактирано състояние, след което остатъчния регенерант се изтласква с воден поток без да се разбърква копактирания Ф йонитен слой, след което слоя смола се оставя да падне по гравитация и след това изплакването се извършва с вода по посока, съвпадаща с посоката на водата при производствения цикъл. В този случай степента на компресия на йонитния слой е в границите на 90 % до 92 %, за постигането на което е необходимо да се подава вода с линейна скорост до 50м/ч в продължение на минимум 3 до 5 минути и за регенерацията на смолата се подава регенерант в продължение на 1 час при линейна скорост до 20м/ч за поддържане на слоя смола в компактирано състояние.

Основните недостатъци на този прототипен метод са:

• Невъзможност да се получи оптимална регенерация на смолата поради непълно компактиране (до 10% от обема на смолата в дънната част на филтъра остават в некомпактирано състояние) • Значителна консумация на вода за компактиране и промивка, особено в случаите на води с висока концентрация на разтворени вещества в обработваната вода.

61236 BU ·· ftft • ft · · ft ft ft ft ft ft ftft ft ft ftft ft

Проблемът за разрешаване пред авторите на метода беше разработката на метод за регенерация на йонообмените смоли в UPCORE процеса, позволяващ по-ефективно отстраняване на замърсяванията от системата, включително и тези сорбирани върху гранулите на смолата, както и намаляване времето за регенерация и количеството деминерализирана вода за собствени нужди.

Беше направено предположението ,че регенерирането на зърната на смолата може рязко да бъде подорено като те се подложат последователно на действието на увеличено налягане и експандирано налягане за създаването на микропулсации върху повърхността на йонитните зърна. Като решение на посочения проблем, авторите предложиха да се подложи йонитния слой по време на регенерация на въздействието на поне два последователни пулса, чиято сила беше избрана така, че йонитния слой беше първо компактиран от две насрещни вълни и повърхноста на зърната смола беше подложена на въздействието на увеличено налягане и след това след преминаването на това увеличено налагане, частиците сорбирани по зърната смола са подложени на въздействието на вторично вълново налягане. Втози случай степента на това вторично налягане трябва да се избере така, че при максимално отделяне на онечиствания да не се получава разкомпактиране на слоя.

Като резултат от взаимодействието на насрещните вълни се получава така наречената стояща вълна в зоната на компактирания йонит,която привлича частиците от периферията към центъра и по този начин увеличава степента на компактиране на йонитните зърна. Както показаха проведените експерименти, при такава обработка йонитния слой може да остане в компатирано състояние до 5 минути без поддържащ поток.

В процеса на провежданите експерименти бяха определени възможните и оптимални параметри на процеса и бяха потвърдени основните подобрения на резултатите при регенерация на йонообменната смола сравнено с UPCORE технологията.

По специално беше определено, че споменатия проблем се решава като се приложи предложения за патент метод в случай, когато смолата е компактирана и върху йонитния слой се приложат поне два пулса , при които амплитудата на първия пулс е не по-малка от височината на свободния борд в края на работния цикъл, а амплитудата на всеки следващ пулс е не по-малка от амплитудата на отразената вълна,получена след преминаването на предишния пулс и времето между двата пулса е не по-малко от времето необходимо за преминаване на отразената вълна от предишния пулс през йонитния слой.

Продължителността на първия пулс в промишлените инсталации трае от

0.1 до 60 секунди, а времето между два пулса - 0.1 до 300 секунди.

61236 BU

* · · · · ····

Амплитудата на пулса се определя Ьт вр&МеТ0*на гтулса*и стойността на налягането. Като правило се приема, че когато се прави пулс налягането е минимум 0.01 МРа.

Горната граница се определя от конструкцията на филтъра.Конкретното избиране на параметрите се извършва в зависимост от специфичните характеристики на инсталацията, типа на смолата и вискозитета на течността която ще се обработва.

Като правило пулсациите се извършват като се създава хидравлично налягане, но могат да бъдат предизвикани и от пневматично,механично или друго действие, включително и комбинирано от горните.

Методът предложен за патент може да се използва на практика с всички видове йонообменни смоли, но най-добри резултати се постигат при използването на йонообменни смоли DOWEX (запазена марка на The DOW Chemical Company): MAC 3 - като слабо кисил катионит, DOWEX Marathon С (запазена марка на The DOW Chemical Company), DOWEX UPCORE Mono (запазена марка на The DOW Chemical Company) C-600, като силно кисел катионит, DOWEX Monosphere (запазена марка на The DOW Chemical Company) 650 C, като силно кисел катионит, DOWEX Marathon WBA, UPCORE Mono WB-500, Marathon A, Marathon 11, Marathon A2 , UPCORE Mono A-625, UPCORE Mono A-500, Monosphere 550 А като силно основен аниотит и други.

За постигане на оптимален резултат се препоръчва да се използва DOWEX UPCORE IF-62 като инертен материал.

Предложения за патент метод може да бъде приложен и в другите фази на процеса. По-специано експериментално беше определено, че когато се използва метода при регенерация със сярна киселина е възможно да се намали или напълно избегне гипсирането на катионитите.

Благодарение на метода става възможно 100 процентово компактиране на слоя и количеството вода, необходимо за компактирането се намалява поне два пъти. Допълнително предимство на представлява и факта, че отпада нуждата от монтирането на допълнителна мощна помпа за повдигането на слоя ,а при реконсрукция на правотокова инсталация в противотокова не е необходима смяната на тръбопроводи и преобвръзка на филтрите.

Регенерацията се извършва, както следва:

Схемите на протичане на регенерацията са показани на фиг. 1 до 4, където на фиг.1 е показан работния цикъл, на фиг.2 - компактирането на йонитния слой,подаването на реагентите и тяхното изтласкване, фиг.З показва спускането на слоя и фиг.4 - процеса на промивка.

Следните обозначения с цифри се използват в чертежите:

1- Горно разпределително устройство (ГРУ)

61236 BU

♦ · · · · • · · • · · · • · ·

2- Плуващ инертен материал’

3- Свободен борд

4- Йонитен слой

5- Долно разпределително устройство (ДРУ)

По време на работния цикъл (фиг.1) суровата вода постъпва във филтъра отгоре и последователно преминава през ГРУ 1, инертния материал 2 , свободния борд 3, йонитния слой 4, ДРУ 5 и напуска филтъра отдолу. При изтощаване на смолата (край на работния цикъл) подаването на вода в йонообменния филтър отгоре се прекъсва и започва процеса на регенерация. При този случай йонитния слой е притиснат до ДРУ 5 и свободния борд се намира над йонитния слой.

При провеждането на регенеацията (фиг.2) се подава поток вода с пулсации отдолу нагоре, който повдига целия йонитен слой 4 без да размесва отделните слоеве и го притиска към инертния материал, като в същото време отстранява суспендираните частици, натрупани по време на работния цикъл.

Подава се регенерационния разтвор отдолу нагоре и преминавайки през йонитния слой 4 се извършва химическа регенерация на йонита, запазвайки слоя в компактирано съсгояние.Подаването на регенерационния разтвор се извършва в постоянен поток или с пулсации.

При завършване на регенеацията останалия регенерационен разтвор се изтласква от компактирания йонитен слой с поток вода насочен отдолу нагоре. Този поток вода може да се подава в постоянен поток или с пулсации

Следващ етап е спускането на слоя (фиг.З), по време на който се преустановява подаването на поток във филтъра и йонитния слой се спуска надолу по гравитация ламинарно (равномерно без разбъркване на слоя) до

ДРУ 5. При това движение свободния борд мигрира от ДРУ 5 до ГРУ 1 или до инертния материал 2.

Последния етап е промивката (фиг.4). Тя се извършва в същата посока, както и в работния цикъл - отгоре надолу.

За реализирането на предложения за патент метод е за предпочитане да се използват йонообменни смоли DOWEX UPCORE MONO С-600,като силно кисел катионит, DOWEX UPCORE MONO УУВ-500,като слабо основен анионит и т.н.

Това се дължи на факта, че смолите с тези марки имат хомогенен гранулометричен състав и високи физико-механични характеристики, които подобряват хидродинамичните параметри на регенерационния процес на смолата. Най-добри резултати се постигат когато за инертен материал се използва инертния материал DOWEX UPCORE IF-62.

61236 BU

Изпитанията бяха проведени с филтрационна колона с обем 0,5 m3 , в която беше заредена смола 0,45 m3 тип DOWEX UPCORE Mono С-600 на базата на стирол-дивинилбензолна матрица в натриева форма с обменен капацитет минимум 2.2 грекв/л и 0,02 m3 инертен материал DOWEX UPCORE IF-62.

След изтощаването на обменния капацитет на смолата (край на работния цикъл) подаването на сурова вода за обработка отгоре надолу се прекратява и се започва цикъла на регенерация. За тази цел част от обработената вода беше подавана под слоя смола в посока отдолу нагоре в широк диапазон от време и налягане. След изтичане на определено време от провеждането на ппръв пулс, се провеждаше втори пулс (параметрите му бяха променяни в различните серии тестове) и при някои от експериментите - трети пулс беше проведен. Степента на компактиране при експериментите беше следена визуално.

След компактирането подаването на вода се преустановяваше и се подаваше регенерационен разтвор на базата на натриев хлорид или сярна киселина, съгласно инструкциите на производителя на смолата.

След завършване на химическата регенерация на слоя останалия регенерационен разтвор беше изтласкван с поток деминерализирана вода в посока отдолу нагоре.След което, потокът вода се спира и започва спускането на слоя гравитационно. Спуснатия слой беше промиван с обработена вода в посока отгоре надолу, като това в същото време уплътняваше слоя,преди започването на следващия работен цикъл.

Получените резултати отразяват влиянието на процесиите параметри върху

j Таблица 1

61236 BU

.....' • · · · · · ·

Влияние на параметрите Ма регенерация върху ефективността на очистване на вода и водни разтвори

| Течност | Параметри на процеса

	Брой Пулс	Продължителност На 1 ви пулс секунди	Време Между 1 и 2 ри пулс секунди	Време На 2ри Пулс Секунди	Време Между 2 и 3 ти пулс секунди	Време на 3 ти пулс секунди	Степен на компактиране %	Специфичен разход вода за компактиране m3 / m2
Вода	2	60	4	0.1			99.9	6.0
Вода	2	30	0.1	5			99.9	3.0
Вода	2	9	10	2400			99.9	0.9
Вода	3	2	5	2	5	2	99.9	2.8
Вода	3	0.1	2	0.1	2	900	99.5	0.01
20% захарен разтвор	2	60	300	1200			96.1	6.0

Експериментите бяха проведени на стандартна UPCORE инсталация (среден капацитет 150 мЗ/час и 1000 m3 произведена вода между две регенерации) при която беше заменена системета на регенерация с предложения за патент метод, което позволи да се покаже възможността за увеличаване на филтра-ционния цикъл без да се влошава качеството на обработената вода.

Резултатите от експериментите са дадени в таблица 2.

61236 BU • ·· · 9 • · · · · · • *999 • · · · · · • · * · • · · • · · ♦ · ·

Ефективност на очистване ha ЬодйУЗ ори индустриални условия при използването на стандартна и предложената за патент технология

Параметър	UPCORE технология	Модифицирана UPCORE технология
Време необходимо за уплътняване на слоя (Т), секунди	180	0.1	9	60	180
Степен на компактиране на слоя %	90.1	95.2	99.9	99.9	99.9
Специфичен разход на вода за компактиране на слоя m3 / m2	4.5	0.01	0.9	6.0	18.8
Линейна скорост на потока от реагент за регенериране на смолата и поддържане на слоя в компактирано състояние м / час	12 до 15	1 ДО 7	1 ДО 7	1 ДО 7	1 ДО 7
Количество обработена вода до прескок на натрий 100 мг / л , в m3	1000	1030	1080	1080	1080

Както се вижда от примерите, използването на предложения за патент метод дава възможността за по-пълно отстраняване на онечистванията от йонообменната смола и съответно по-голяма ефективност на процеса при неговата регенерация.

В този случай времето за регенерация се намалява средно с 5 до 7 % , в зависимост от вида на йонита, от колко години работи и естеството на онечистванията.

Количеството вода за собствени нужди намалява с 10 до 12 %.

Claims (3)

1. Стандартния метод за йонитна регенерация UPCORE, включващ работа отгоре надолу, компактиране с поток вода отдолу нагоре, стъпките на регенерация , гравитационно спускане на слоя и изплакване от остатъчния регенерационен разтвор се различава от предложения за патент метод по това , че процеса на компактиране се извършва чрез пулсации, при което се подава вода на най-малко два пулса , при което амплетудата на първия пулс е не по-малка от височината на свободния борд над йонита след работа, а амлитудата на следващия пулс е не по-малка от амплитудата на отразената вълна, породена след преминаването на предишния пулс и времето между два пулса не надвишава времето необходимо за преминаване на отразената вълна от предшестващия пулс през йонитния слой.

©

2. Методът описан в т.1 се различава и факта ,че продължителността на първия пулс е от 0.1 до 60 секунди.

3. Методът от т.1 се различава и по това , че последващите пулсове се провеждат в интервали от време между два пулса от 0.1 до 300 секунди.