CN2551335Y - 全自动混合离子交换器 - Google Patents

Abstract

属于水处理领域的用于生产软水、高纯水的全自动混合离子交换器，由柱体、柱体上部的进/出总管和排空管、柱体下部的进/出总管、柱体中部的中排管以及PLC自动控制系统组成，因本实用新型采用PLC全自动控制系统，对混合离子交换器的各气动隔膜阀门及管路中的累计流量计、压力保护装置和电导仪进行全面自动控制，无需人工操作，实现了制水与再生工艺的全自动化，设备中增设一压力泵，柱体上部的进/出总管上增设一与压力泵连接的进清洗水管及阀门，进酸管与进碱管上的水射器上并联有与压力泵相接的清水管/阀以及与储酸槽和储碱槽相接的管路/阀，从而使再生过程中增加了预喷射与置换操作，带来的有益效果是限时控制进酸时间，避免大量清洗水的浪费，且提高了出水水质。

Description

全自动混合离子交换器

技术领域

本实用新型属于水处理领域，特别是指生产软水、高纯水的全自动混合离子交换器。

技术背景

用于生产软水、高纯水的混合离子交换器中的阳、阴树脂是按一定比例混合装填于同一交换柱内的，树脂失效后必须先进行分离，然后分别对阳树脂与阴树脂进行再生、清洗，恢复树脂的交换能力并均匀混合后方能继续投入运行。普遍应用的混合离子交换器由柱体、柱体上部的进/出总管和排空管、柱体下部的进/出总管、柱体中部的中排管组成，柱体上部的进/出总管上并联有与储碱槽相通的进碱管、待处理水的进水管、与大气连接的上排管，各管路上均置有控制阀门；柱体下部的进/出总管上并联有与水箱相接的下进管、出水管、下排管、进气管、与储酸槽相通的进酸管，各管路上也均置有控制阀门。目前国内混合离子交换器的操作都为手动控制或部分自动，对工人技能要求较高，每一步骤的流速、时间、浓度及阀门的开启度都有严格要求，加上树脂再生过程的操作步骤繁锁，很难保证出水水质及产水周期；其次是运行出水水质及再生清洗终点控制都要人工检测，人工检测带来的较大误差可能使产品不合格以及使清洗水的耗量大；再者，再生剂酸、碱有腐蚀性，影响操作人员的身体健康。另外，通常的混合离子交换器的配水装置都为卵石垫层式，其结构简单、施工方便，但卵石滤料的筛选要求较高，须满足必要的化学稳定性；作为配水装置的卵石垫层配水不均匀，对维修与出水水质带来影响；卵石垫层级配一般按五级排列，自下而上颗粒由粗到细，高度达750-950cm，占据空间较多，增加了离子交换器的总体高度。

发明内容

本实用新型克服了上述不足，采用PLC程序控制，对混合离子交换器的全过程进行自动控制，无需操作工人，保证整个运行机组的安全、可靠与稳定；第二个创新点是在柱体上部的进/出总管上并联增加通过压力泵与水箱相接的进清洗水管及其控制阀门，与压力泵并联连接在水箱上的再生泵管路接通进碱管与进酸管，进碱管与进酸管上的水射器前分别设置控制阀门，两水射器分别另通过管路及其上的控制阀门连接储碱槽与储酸槽，这种管路与阀的布设，与原手动操作相比，使再生程序中多了预喷射与置换步骤，明显提高再生效果，避免浪费大量的清洗水；第三个创新点在于柱体内的两端配水装置采用多孔隔板，进出水的水流分配由隔板上的水嘴完成，能避免产生滞留水区影响出水水质，而且交换器的高度得以降低，清洗时间得到缩短。具体是这样来实施的：全自动混合离子交换器，包括柱体、柱体上部的进/出总管和排空管、柱体下部的进/出总管、柱体中部的中排管以及PLC自动控制系统，其特征在于：(1)柱体上部的进/出总管上并联有与储碱槽相通的进碱管、待处理水的进水管、通过压力泵与水箱相接的进清洗水管以及与大气连接的上排管，各管路上均置有控制阀门；(2)柱体下部的进/出总管上并联有通过压力泵与水箱相接的下进管、连接水箱的出水管、下排管、与压缩空气相接的进气管、与储酸槽相通的进酸管，各管路上均置有控制阀门；(3)与压力泵并联连接在水箱上的再生泵管路接通进碱管与进酸管，所述进碱管与进酸管上的水射器前分别设置控制阀门，两水射器分别另通过管路及其上的控制阀门连接储碱槽与储酸槽；(4)各控制阀门均信号接入PLC自动控制系统；(5)柱体下部进/出总管上的出水管与下排管上设有与PLC自动控制系统信号连接的电导仪。

本实用新型所述的全自动混合离子交换器，各控制阀门为气动隔膜阀，阀门的开闭用压缩空气来调节，这种阀具有结构紧凑、体积小、耐腐蚀性能好的特点。

本实用新型所述的全自动混合离子交换器，管路中设置的与PLC自动控制系统连接的流量计为累计流量计，避免了转子流量计无法显示每小时出水量以及碰到中间停止运行时无法显示出流量的不足。

本实用新型所述的全自动混合离子交换器，管路中置有与PLC自动控制系统连接的压力报警装置，例如在水箱、酸碱储槽上的液位报警、泵故障的压力报警、超高超低压力保护等。

对于本实用新型的全自动混合离子交换器来说，PLC自动控制系统是整个系统的核心，其负责将现场的仪表检测信号采样，采集现场的阀门和泵的状态，经处理后发送到现场的气动执行机构，从而完成化学水处理部分的启动、停止、暂停、再启动以及相关电磁阀、箱、泵的控制，化学水部分的运行和再生指令全部自动进行，当某种水处理设备失效后，由检测仪表发生信号，把该设备从制水系统中解列，经过判断，确认具备再生条件时，自动投入再生，再生程序完毕，水质合格后自动把该设备并入到制水系统，恢复送水，参见表一：PLC系统框图。

               表一

            现场周期流量计

                  ↓

        现场液位←PLC←现场电导仪表

                  ↓

            现场电磁阀箱→管路气动阀

本实用新型所述的全自动混合离子交换器，柱体顶部与底部设置的配水装置为多孔隔板，多孔隔板上设有水嘴，水嘴有长短两种，长嘴易于气水混合，防止柱内气堵，短嘴用于配水，短水嘴下部的节留孔面积为该水嘴通流面积的50-70％，最佳值设计为60％，小孔的流速设计为1-1.5m/s，这样可以避免产生滞留区而影响出水水质，用多孔隔板作配水装置，带来的明显改进在于降低了设备高度，可比原设备降低300-400mm，清洗时间缩短了10-20分钟且布水更均匀。

本实用新型采用PLC全自动控制系统，对混合离子交换器的各气动隔膜阀门及管路中的累计流量计、压力保护装置和电导仪进行全面自动控制，无需人工操作，实现了制水与再生工艺的全自动化，设备中增设一压力泵，柱体上部的进/出总管上增设一与压力泵连接的进清洗水管及阀门，进酸管与进碱管上的水射器上并联有与压力泵相接的清水管/阀以及与储酸槽和储碱槽相接的管路/阀，从而使再生过程中增加了预喷射与置换操作，带来的有益效果是限时控制进酸时间，避免大量清洗水的浪费，且提高了出水水质。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为混合交换器阀门的分布图。

图3为多孔隔板配水装置示意图。

具体实施方式

全自动混合离子交换器，包括柱体(1)、柱体上部的进/出总管(2)和排空管(3)、柱体下部的进/出总管(4)、柱体中部的中排管(5)(其上置有中排阀(51))以及PLC自动控制系统，柱体上部的进/出总管(2)上并联有与储碱槽(8)相通的进碱管(21)、待处理水的进水管(22)、通过压力泵(6)与水箱(7)相接的进清洗水管(23)以及上排管(24)，各管路上置有的气动隔膜阀依次称为进碱阀(211)、进水阀(221)、进清洗水阀(231)和上排阀(241)；柱体下部的进/出总管(4)上并联有通过压力泵(6)与水箱(7)相接的下进管(41)、连接水箱(7)的出水管(42)、下排管(43)、与压缩空气相接的进气管(44)、与储酸槽(9)相通的进酸管(45)，各管路上均置的气动隔膜阀依次称为下进阀(411)、出水阀(421)、下排阀(431)、进气阀(441)、进酸阀(451)；与压力泵(6)并联连接在水箱(7)上的再生泵(10)管路接通进碱管(21)与进酸管(45)，进碱管(21)与进酸管(45)上的水射器(111，112)前分别设置有气动隔膜控制阀门(121，122)，两水射器(111，112)分别另通过管路及其上的控制阀门(131，132)连接储碱槽(8)与储酸槽(9)；各气动隔膜控制阀门均信号接入PLC自动控制系统；柱体下部进/出总管(4)上的出水管(42)与下排管(43)上设有与PLC自动控制系统信号连接的电导仪(422，432)，进碱管(21)、进酸管(45)及进清洗水管(23)上还设有与PLC自动控制系统信号连接的累计流量计(212，452，232)，系统管路中还设有与PLC自动控制系统信号连接的压力报警装置。

本设备的柱体顶部与底部设置的配水装置采用多孔隔板(14)，多孔隔板(14)上设有长短水嘴(151，152)，长嘴(151)用于排气，短嘴(152)用于布水，短水嘴(152)下部的节留孔面积为水嘴通流面积的60％，小孔的流速设计为1-1.5m/s。

当设备运行制水时，进水阀(221)与出水阀(421)打开，其余阀关闭，前级水水源从柱体顶部的多孔隔板(14)上布水而下，经柱体底部的多孔隔板(14)集水后从出水管流出，处理水流的速度一般控制在20m/h左右，当出水管(42)上的电导仪检测的电导率大于0.2μs/cm时，在PLC自动控制系统的操作下，进入再生程序。

再生程序的第一步是反洗分层，此时下进阀(411)与上排阀(241)打开，其余阀关闭，15m/s的压力水从柱体底部进入柱体，在水流作用下，阴阳离子因比重差异在柱体内分层，比重较轻的阴离子分离到上层，比重较重的阳离子分离到下层，反洗分层由PLC自动控制系统时间控制为5分钟，进入第二步沉降；

再生程序的第二步为沉降，仅开启上排阀(241)，其余阀均关闭，阴阳离子在此段时间内沉降，时间控制为5分钟，然后进入第三步预喷射；

再生程序的第三步为预喷射，预喷射的开启阀门为进碱管(21)与进酸管(45)上的水射器(111，112)前设置的气动隔膜控制阀门(121，122)、进碱阀(211)、进酸阀(451)和中排阀(51)，其余阀门关闭，5m/h的压力水能赶跑管道内的气体，使流量得以控制，为后续的酸、碱液浓度配置控制奠定基础。压力水流通过进酸管与进碱管分别从简体底部与顶部进入，中部汇集从中排管排放，预喷射的时间控制为2分钟。

再生程序的第四步为进再生液体，开启的阀门除第三步开启的阀门外，还打开与储酸槽(9)、储碱槽(8)相接的控制阀门(132，131)接通进酸管(45)与进碱管(21)上的两水射器(111，112)，将再生所需的酸与碱导入柱体内对应的树脂层中，因阴、阳离子的体积不同，所需的酸与碱用量也不同，通过控制阀门(122)的限时开启，可控制进酸时间，25分钟后关闭控制阀门(122)，停止进酸，避免了酸的浪费，同时也节约了后续的清洗水用量，此时，柱体上部继续进碱，柱体下部则进压力水，整个进再生液体的时间控制为40分钟。

再生程序的第五步是置换，开启的阀门同第三步预喷射一样，控制阀门(121，122)关闭，其余阀门也关闭，5m/h的压力水能将树脂层内多余的H⁺与OH^-离子置换出来，时间控制在40分钟左右，设置置换的目的在于节省正洗时的清水用量，缩短正洗时间。

再生程序的第六步是放水，开启的阀门是上排阀(241)和下排阀(431)，上排阀(241)接通大气，柱体内阴阳树脂上方的水通过下排阀(431)排出，放水时间根据阴树脂上方的空间而定，一般时间控制为10分钟左右，放水能使后续的树脂混合均匀；

再生程序的第七步是混合，开启的阀门是进气阀(441)与上排阀(241)，其余阀关闭，压缩空气以2.5-3.5m³/m².min的速度从柱体底部进入，最佳压缩空气速度是3m³/m².min，若气量过少，不能保证充分混床，若气量太足，树脂混合会不均匀，容易分层，因此，进气的时间由设备体积而定，通常的进气的时间控制为0.5-1min。

再生程序的第八步是充水，开启的阀门是进清洗水阀(231)与排空阀(31)，其余阀门均关闭，15-25m/h的压力水从柱体顶部进入，充满混床上方的空间，充水时空气从排空阀(31)排出，混床上方空间注满水后，能对后续的进水起缓冲作用，而不致形成树脂的乱层，充水的时间控制在5-10分钟左右。

再生程序的第九步是正洗，开启的阀门是进清洗水阀(231)和下排阀(431)，其余阀关闭，正洗的目的在于去除树脂中多余的H⁺与OH^-，压力水的流量控制在10-20m/h，流速太大，树脂来不及吸附水中的离子，流速太小，所需的清洗时间要加长，因为本实用新型阀门的设置使再生程序增加了预喷射与置换过程，故大大减少了正洗时间，节约了清洗水量，正洗时间一般只需十多分钟，正洗过程由下排管上的电导仪检测出的电导率控制，当电导率小于0.2μs/cm时，正洗结束，再生程序也全部完成，设备随时可投入制水运行。

Claims (7)

1.全自动混合离子交换器，包括柱体、柱体上部的进/出总管和排空管、柱体下部的进/出总管、柱体中部的中排管以及PLC自动控制系统，其特征在于：(1)柱体上部的进/出总管上并联有与储碱槽相通的进碱管、待处理水的进水管、通过压力泵与水箱相接的进清洗水管以及与大气连接的上排管，各管路上均置有控制阀门；(2)柱体下部的进/出总管上并联有通过压力泵与水箱相接的下进管、连接水箱的出水管、下排管、与压缩空气相接的进气管、与储酸槽相通的进酸管，各管路上均置有控制阀门；(3)与压力泵并联连接在水箱上的再生泵管路接通进碱管与进酸管，所述进碱管与进酸管上的水射器前分别设置控制阀门，两水射器分别另通过管路及其上的控制阀门连接储碱槽与储酸槽；(4)各控制阀门均信号接入PLC自动控制系统；(5)柱体下部进/出总管上的出水管与下排管上设有与PLC自动控制系统信号连接的电导仪。

2.根据权利要求1所述的全自动混合离子交换器，其特征在于各控制阀门为气动隔膜阀。

3.根据权利要求1或2所述的全自动混合离子交换器，其特征在于管路中设置的与PLC自动控制系统连接的流量计为累计流量计。

4.根据权利要求3所述的全自动混合离子交换器，其特征在于管路中置有与PLC自动控制系统连接的压力报警装置。

5.根据权利要求4所述的全自动混合离子交换器，其特征在于柱体顶部与底部设置的配水装置为多孔隔板，所述的多孔隔板上设有水嘴。

6.根据权利要求5所述的全自动混合离子交换器，其特征在于多孔隔板上的水嘴有长短两种，所述的长嘴连通大气。

7.根据权利要求6所述的全自动混合离子交换器，其特征在于多孔隔板上的短水嘴下部的节留孔面积为该水嘴通流面积的50-70％，小孔的流速设计为1-1.5m/s。

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