Dränagesystem für Apparate zur Behandlung von Flüssigkeiten mit körnigem Gut
Bei der Behandlung von Flüssigkeiten mit körnigem Gut ist es in besonderen Fällen nötig, in einer bestimmten Höhe der Gutsschicht die strömende Flüssigkeit über den gesamten Querschnitt zu entnehmen. Dies tritt zum Beispiel dann ein, wenn die von oben in das körnige Gut einströmende Flüssigkeit nur bis zu einer gewissen Tiefe in dasselbe eindringen darf oder die von unten eintretende nur bis zu einer bestimmten Höhe ansteigen darf, oder wenn von zwei Flüssigkeiten eine von oben nach unten, die andere von unten nach oben strömt und sie gemeinsam an der Stelle des Zusammentreffens abgezogen werden müssen. Das körnige Gut ist hierbei in einem Behälter auf einen für die Flüssigkeit, nicht aber für das körnige Gut, durchlässigen Boden mit Dränageköpfen gelagert.
Normalerweise benutzt man für den Abzug der Flüssigkeit innerhalb der Schicht waagrecht liegende Dränagerohre, welche die Behälterwand durchdringen.
Sie sind für die Flüssigkeit durchlässig, nicht aber für das körnige Gut. Das körnige Gut wird beim Durchströmen der Flüssigkeit zusammengepresst. Die Ursache hierfür liegt in der bei Betriebsbeginn lockeren Lagerung der einzelnen Körner. Mit zunehmender Betriebszeit wird die Lagerung fester infolge Änderung des Volumens zwischen den Körnern durch Strömungsdruck und Volumenänderung der Körner selbst. Die Folge davon ist, dass die Schichthöhe des körnigen Gutes sich verringert und das Gut versucht, die in den Wandungen des Behälters fest eingespannten Dränagerohre mit zunehmen, wobei diese auf Biegung beansprucht werden. Um einen Bruch der Rohre zu verhindern, muss die Konstruktion einen hohen Sicherheitsbeiwert haben, damit unvorhergesehene Belastungen noch aufgenommen werden können.
Die Dränagerohre können in den Behälterwandungen elastisch gelagert werden. Dadurch lassen sich die Biegespannungen vermeiden bzw. auf ein erträgliches Mass verringern. Die Konstruktion wird aber dafür verwickelter.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Konstruktion zu schaffen, welche Biegespannungen der Rohre vermeidet, ohne Anwendung einer elastischen Lagerung in den Behälterwandungen.
Die Erfindung betrifft ein Dränagesystem für Apparate zur Behandlung von Flüssigkeiten mit körnigem Gut, für den Abzug der Flüssigkeit innerhalb der Schicht.
Dieses Dränagesystem ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Dränagerohre senkrecht ausgeführt und in einem Dränageboden befestigt sind und dass sie in mindestens einen unter dem Dränageboden liegenden Sammler münden. Der Sammler kann in der unteren Wasserkammer liegen oder ausserhalb des Behälters angeordnet sein.
Die Dränagerohre werden hier nur auf Druck bzw.
Knickung beansprucht. Diese Beanspruchung wirkt sich aber auf die Festigkeit der Konstruktion nicht aus, da einerseits das auf der Aussenseite der Dränagerohre liegende körnige Gut die Rohrwandungen nach aussen stützt und dieser Stützdruck mechanisch auf ein im Innern der Dränagerohre angeordnetes körniges Stützgut übertragen wird. Die Wanddicke der Dränagerohre kann also ohne Rücksicht auf die Beanspruchung während des Betriebes festgelegt werden.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung beispielsweise ein erfindungsgemässer Mischbettaustauscher beschrieben. Mischbettaustauscher dienen zum Beispiel als Sicherheitsapparate in Vollentsalzungsanlagen, in denen Rohwasser unter Verwendung von körnigem Ionenaustauschmaterial vollentsalzt wird. Das in den Apparat eintretende, bereits aufbereitete Wasser enthält noch geringe Mengen an Kationen und Anionen der Salze des Rohwassers. Um diese soweit als möglich zu entfernen, wird in den Apparat ein Gemisch aus Kationen- und Anionenaustauschmaterial eingefüllt. Während des Be- triebes ist dieses Material homogen gemischt. Sobald die Leistungsfähigkeit nachlässt, muss das Austauschma- terial wiederbelebt werden, und zwar der Kationenaustauscher mit verdünnter Säure, der Anionenaustauscher mit verdünnter Lauge.
Zu diesem Zweck wird das Gemisch vorher durch einen aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom getrennt. Eines der beiden Austauschmaterialien lagert sich auf dem Dränageboden ab, während sich das andere darüberschichtet. Zwischen beiden Schichten entsteht dabei eine scharf gezeichnete waagrechte Trennfläche. In dieser Trennfläche liegen nun die für die Flüssigkeit durchlässigen Köpfe der Dränagerohre. Das von oben kommende Regeneriermittel und das von unten kommende fliessen in der Trennfläche durch die Schlitze der Dränagerohre ab. Beide Regeneriermittel können gleichzeitig strömen oder einzeln. Wenn Ein zelstrom vorliegt, dann muss der zweite Strom durch einen neutralen Flüssigkeitsstrom ersetzt werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit bereits getrennten Austauschmassen mit einem Sammelraum als Sammler.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem als Rohr ausgebildeten Sammler.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem als Ringrohr ausgebildeten Sammler.
Fig. 4 zeigt ein einzelnes Dränagerohr.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist in einem Austauscherbehälter 1 Kationenaustauschermaterial 2 und Anionenaustauschermaterial 3 übereinandergeschichtet. Der Dränageboden 4 ist mit Dränageköpfen 5 besetzt. Unter dem Dränageboden 4 ist ein Trennboden 6 angeordnet, dergestalt, dass beide eine untere Flüssigkeitskammer 7 einschliessen. Unter dem Trennboden 6 befindet sich ein Sammelraum 8 mit einem Austrittsstutzen 12. Ein Eintrittsstutzen 11 verbindet den Zwischenraum 7 mit der Zuflussleitung für das Regeneriermittel für Kationenaustauschmaterial, während das Anionenaustauschmaterial durch den Eintrittsstutzen 10 von oben zutritt. Beide Böden werden durchdrungen von Dränagerohren 9, deren Länge so gewählt ist, dass ihre Köpfe sich in der Trennschicht zwischen den Materialien 2 und 3 befinden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist der Sammler als Rohr 13 ausgebildet, in welches die Dränagerohre 9 eingesetzt sind. Es sind mehrere Sammler parallel geschaltet. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist der Sammler als Ringrohr 14 ausgebildet.
Sämtliche Dränagerohre 9 sind durch Schläuche 15 in U-Form an das Ringrohr 14 angeschlossen.
Fig. 4 zeigt ein einzelnes kegelig ausgebildetes Dränagerohr 9 mit Zubehör und die Richtung der Strömung. Das Ringrohr ist auch hier wieder mit 14, der Verbindungsschlauch zwischen Ringrohr und Dränagerohr mit 15 bezeichnet. Das Dränagerohr hat am unteren Ende einen Hohlzapfen 16, mit dem es in den Dränageboden 4 fest eingesetzt ist. Der Hohlzapfen wird nach oben begrenzt durch eine Lochplatte 17. Das Dränagerohr ist aus Kunststoff mit geringer Wanddicke gefertigt und innen mit Stützmaterial 19, z. B. Kies oder Kunststoff-Granulat, angefüllt und hat im Kopf, etwa in der Trennfläche 20 zwischen Kationen- und Anionenaustauschmaterial, Dränageschlitze 18.
Das von unten kommende Regeneriermittel strömt durch den Stutzen 11 (Fig. 1) in die untere Flüssigkeitskammer 7. Von da gelangt es durch die Dränageköpfe 5 in die Schicht 2 und zu den Schlitzen 18 der Dränagerohre 9.
Das von oben kommende Regeneriermittel gelangt durch den Stutzen 10 in die obere Flüssigkeitskammer bzw. den Raum über der Schicht 3, dann durch die Schicht 3 zu den Schlitzen 18 der Dränagerohre. Von hier gelangen die Flüssigkeiten durch die Schicht 19 (Fig. 4), die Lochplatte 17, den Hohlzapfen 16 und und den Schlauch 15 in den Sammelring 14 und weiter durch den Stutzen 12 ins Freie.
In Fig. 4 sind die Dränagerohre als Kegelstümpfe dargestellt. Dadurch wird das Rohr stabiler bzw. unempfindlicher gegen seitliche Beanspruchung, die dann entstehen kann, wenn z. B. durch die Dränageköpfe 5 Luft eingeblasen wird, um die Kationen- und Anionen Austauschmaterialien wieder zu mischen. Ausserdem gestattet diese Form die Höhe der Schicht 2 grösser auszuführen, ohne mehr Material einzufüllen. Diese Massnahme kann unter Umständen bei Mischbettfiltern nötig werden, wenn der Anteil von Kationenaustauschmaterial gering sein muss und die dadurch bedingte geringere Schichthöhe eine einwandfreie Wiederbelebung nicht zulässt.
Drainage system for apparatus for treating liquids with granular material
When treating liquids with granular material, it is necessary in special cases to remove the flowing liquid over the entire cross-section at a certain height of the material layer. This occurs, for example, when the liquid flowing into the granular material from above is only allowed to penetrate it to a certain depth or when the liquid entering from below is only allowed to rise up to a certain height, or when one of two liquids is allowed to move from above below, the other flows from below upwards and they must be withdrawn together at the point where they meet. The granular material is stored in a container on a bottom with drainage heads that is permeable for the liquid, but not for the granular material.
Normally, horizontal drainage pipes are used to draw off the liquid within the layer, which penetrate the container wall.
They are permeable to the liquid, but not to the granular material. The granular material is compressed as the liquid flows through it. The reason for this lies in the loose storage of the individual grains at the start of operation. With increasing operating time, the storage becomes more solid due to the change in volume between the grains due to flow pressure and volume change of the grains themselves. The consequence of this is that the layer height of the granular material is reduced and the material tries to use the drainage pipes firmly clamped in the walls of the container increase, whereby these are stressed in bending. In order to prevent the pipes from breaking, the construction must have a high safety factor so that unforeseen loads can still be absorbed.
The drainage pipes can be elastically mounted in the container walls. In this way, the bending stresses can be avoided or reduced to a tolerable level. The construction becomes more complex.
The aim of the present invention is to create a construction which avoids bending stresses in the tubes without using an elastic mounting in the container walls.
The invention relates to a drainage system for apparatus for treating liquids with granular material, for drawing off the liquid within the layer.
According to the invention, this drainage system is characterized in that the drainage pipes are designed vertically and fastened in a drainage base and in that they open into at least one collector located under the drainage base. The collector can be located in the lower water chamber or outside the container.
The drainage pipes are here only on pressure or
Buckling claimed. However, this stress does not affect the strength of the construction, since on the one hand the granular material lying on the outside of the drainage pipes supports the pipe walls to the outside and this support pressure is mechanically transferred to a granular support material arranged inside the drainage pipes. The wall thickness of the drainage pipes can therefore be determined regardless of the stresses during operation.
In the following, a mixed-bed exchanger according to the invention is described, for example, with reference to the drawing. Mixed-bed exchangers are used, for example, as safety devices in demineralization systems in which raw water is fully demineralized using granular ion exchange material. The already treated water entering the apparatus still contains small amounts of cations and anions from the salts of the raw water. In order to remove this as much as possible, a mixture of cation and anion exchange material is poured into the apparatus. This material is mixed homogeneously during operation. As soon as the performance declines, the exchange material has to be revived, namely the cation exchanger with dilute acid, the anion exchanger with dilute alkali.
For this purpose, the mixture is previously separated by an upward flow of liquid. One of the two exchange materials is deposited on the drainage floor, while the other is layered on top. A sharply drawn horizontal interface is created between the two layers. The heads of the drainage pipes, which are permeable to the liquid, now lie in this separating surface. The regenerant coming from above and the regenerant coming from below flow off in the separating surface through the slots in the drainage pipes. Both regenerants can flow simultaneously or individually. If there is a single flow, then the second flow must be replaced by a neutral liquid flow.
Fig. 1 shows an embodiment with already separated exchange masses with a collecting space as a collector.
Fig. 2 shows a second embodiment with a collector designed as a tube.
Fig. 3 shows a third embodiment with a collector designed as an annular tube.
Fig. 4 shows a single drainage pipe.
In the embodiment according to FIG. 1, cation exchange material 2 and anion exchange material 3 are layered one on top of the other in an exchanger container. The drainage floor 4 is occupied with drainage heads 5. A separating base 6 is arranged below the drainage base 4, such that both enclose a lower liquid chamber 7. A collecting space 8 with an outlet stub 12 is located under the dividing floor 6. An inlet stub 11 connects the intermediate space 7 with the inflow line for the regenerant for cation exchange material, while the anion exchange material enters through the inlet stub 10 from above. Both floors are penetrated by drainage pipes 9, the length of which is selected so that their heads are located in the separating layer between the materials 2 and 3.
In the embodiment according to FIG. 2, the collector is designed as a pipe 13 into which the drainage pipes 9 are inserted. Several collectors are connected in parallel. In the embodiment according to FIG. 3, the collector is designed as an annular tube 14.
All drainage pipes 9 are connected to the annular pipe 14 by hoses 15 in a U shape.
Fig. 4 shows a single conical drainage pipe 9 with accessories and the direction of the flow. The ring pipe is here again denoted by 14, the connecting hose between the ring pipe and drainage pipe by 15. The drainage pipe has a hollow pin 16 at its lower end, with which it is firmly inserted into the drainage base 4. The hollow pin is limited at the top by a perforated plate 17. The drainage pipe is made of plastic with a small wall thickness and inside with support material 19, z. B. gravel or plastic granulate, filled and has drainage slots 18 in the head, for example in the interface 20 between cation and anion exchange material.
The regenerant coming from below flows through the nozzle 11 (FIG. 1) into the lower liquid chamber 7. From there it passes through the drainage heads 5 into the layer 2 and to the slots 18 of the drainage pipes 9.
The regenerant coming from above passes through the nozzle 10 into the upper liquid chamber or the space above the layer 3, then through the layer 3 to the slots 18 of the drainage pipes. From here the liquids pass through the layer 19 (FIG. 4), the perforated plate 17, the hollow pin 16 and the hose 15 into the collecting ring 14 and further through the nozzle 12 into the open.
In Fig. 4, the drainage pipes are shown as truncated cones. This makes the pipe more stable or less sensitive to lateral stress that can arise when z. B. 5 air is blown in through the drainage heads to mix the cation and anion exchange materials again. In addition, this shape allows the height of the layer 2 to be made larger without filling in more material. This measure may possibly be necessary with mixed-bed filters if the proportion of cation exchange material has to be low and the resulting lower layer height does not allow perfect resuscitation.