CS205658B1 - Zařízení pro čistění a úpravu kapalin ionexovou filtrací - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je zařízení pro čistění a úpravu kapalin ionexovou filtraci, jež umožňuje průběh technologického procesu iontové výměny tzv. protisměrným průtokem, tj. ve směru opačném průtoku regeneračních činidel.

Klasický způsob iontové výměny je charakterizován průtokem kapalin ve směru shora dolů pevně uspořádaným ložem ionexů. Oako novější se v současné době zavádí tzv. protisměrný postup, prováděný va dvou alternativách : 1) vlastní výměna iontů probíhá při průtoku vody shora dolů a regenerace ve směru odspodu nahoru, 2) vlastní výměna iontů probíhá při průtoku vody odspodu nahoru a regenerace ve směru shora dolů.

Dosavadní zkušenosti prokázaly, že obráceným průtokem roztoků regeneračních činidel oproti pracovnímu průtoku se průnik zadržovaných iontů a množství regeneračních chemikálií snižuji až o 50 %.

U pevného ionexového lože s běžně dodávanou velikosti zrna je však z hlediska kinetiky výhodné, aby upravovaná voda či obecně kapalina přicházela do styku nejdříve s většími částicemi ionexu a teprve na odtoku z filtru s jemnými, dokonale zregenerovanými částicemi. Tomuto požadavku odpovídá pracovní průtok odspodu nahoru. Při regeneraci opačným směrem není již distribuce velikosti zrna ionexů z kinetického hlediska významná, nebot regenerace probíhá při nízkých průtokových rychlostech a pomocí koncentrovaných roztoků.

205 658

205 058

Při průchodu upravované kapaliny odspodu nahoru sa ionaxové lože dostává do vznosu a vytváří se tzv. fluidní lože. Při vyčerpáni fluidního lože plně vznášeného ve směru zdola nahoru a regenerovaného v protisměru jsou výsledky srovnatelné s protiproudně regenerovaným pevným ložem pouze v tom případě, jestliže konstrukce filtru a zvolená průtoková rychlost zamezí promícháváni ionexového lože'. Proto jsou filtrační rychlosti při pracovním průtoku zdola nahoru vesměs omezeny malou specifickou hmotnosti organických ionaxů. Při vyěšich rychlostech dochází totiž k nadměrné expanzi ionexové vrstvy a v důsledku toho i k promísení vrstvy nebo dokonce k úniku ionexů. Oako maximální průtočná rýchlost kapaliny se tedy při tomto průtoku filtrace voli taková ryohlost, při niž expanze ionexové náplně nepřekroč! 100 %. Výsledků srovnatelných s filtraci na pevném loži ae dosahuje, jestliže při vyčerpáváni ve směru odzdola nahoru alespoň horni část ionexového lože ( minimálně 25 % ) pracuje v pevném loži, zatímco zbývající, spodní část ve fluidnim loži.

Rovněž při protiproude regeneraci vedené zdola nahoru ja nutno zabránit Jakékoliv expanzi ionexového lože. Dojda-li při regeneraci zdola k expanzi ionaxové vrstvy, jsou výsledky podstatně horši i ve srovnáni se souproudou regenerací pevného lože. Expanzi ionaxu při regeneraci zdola se zabraňuje bud použitím velice zředěného regeneračního roztoku s nízkou průtokovou rychlostí, což je technologicky nevýhodné, anebo regenerací pulzační technikou, popřípadě speciální konstrukci filtrů, při niž ja těsně pod horni hladinou ione xu umístěn zcezovací prvek sloužící k odtahu využitého regeneračního roztoku a účinný protitlak k fixaci ionexového lože se vyvolává bud dynamicky, protiproudně vedenou kapalinou či vzduchem, anebo staticky, pomocí mechanických prostředků.

Z toho, co bylo výše uvedeno, je patrno, že u protiproudé regenerace ionexů se kromě významných výhod projevují i problémy, spočivajici převážně v komplikovanějších konstrukcích ionexovýah filtrů. Uvedené problémy s řeši např. pomoci tzv. dvouproudé regenerace, při níž se regenerační roztok rozděluje do dvou proudů, z nichž jeden protéká horni vrstvou ionexů ( souproudně s vyčerpávacim roztokem během pracovního procesu ) a slouží jako přítlačná kapalina vůči zbývajícímu, druhému proudu regeneračního roztoku vedenému současně zdola nahoru, tj. v protiproudu dolní zonou ionexového lože. Nevýhodou tohoto uspořádáni je především okolnost, že ve vnitřním prostoru filtru je nutno umlátit nejméně dva zoezovaoi prvky, které musí vykazovat mechanickou pevnost a jejichž výroba je náročnější než výroba běžných perforovaných den. Přítomnost zcezovacich prvků vyvolává nadto potiža při vyprazdňováni ionexového lože.

Shora uvedené nedostatky řeši zařízeni pro čištěni a úpravu kapalin ionexovou filtraci podle vynálezu, které sestává ze- svislé filtrační nádoby, opatřené v horní i spodní části opěrnými filtračními dny, vymezujícími prostor ionexového lože, a dále hrdly pro při vod a odvod upravovávané kapaliny i hrdly pro plněni a vyprazdňováni ionexoyého a pomocného inertního materiálu, a které je charakterizováno tím, že ve filtrační nádobě umístěná opěrná filtrační dna mají tvar protilehle orientovaných kuželů, zhotovených z můstkově per forovaných plechů se štěrbinami o šířce O, 3 - 1, 5 mm. Horní opěrné filtrační dno je přitom na vrcholu zaústěno do hrdla pro plněni ionexového a pomocného inertního materiálu.

205 058 a které je charakterizováno tím, že ve filtrační nádobě umístěná opěrná filtrační dna mají tvar protilehle orientovaných kuželů, zhotovených z můstkově perforovaných plechů se štěrbinami o šířce 0,3 - 1,5 mm. Horní opěrné filtrační dno ja přitom na vrcholu zaústěno do hrdla pro plnění ionexového a pomocného inertního materiálu, zatímco spodní opěrné filtrační dno do hrdla pro vyprazdňování tohoto materiálu.

Zařízení podle vynálezu umožňuje plné uplatnění protiproudé regenerace i ionexové filt race ve směru zdola nahoru při současném pot-lačení dosavadních známých nevýhod tohoto procesu. Tohoto účinku se dociluje především zabudováním obou kuželových opěrných filtračních den. Vznášený ionex se opirá během pracovního cyklu o horní filtrační dno a vytváří zde vrstvu pevného lože.

Kapalina protéká během pracovního cyklu filtračním zařízením rychlostí, jež umožňuje, aby část ionexové náplně vytvořila pod horním opěrným filtračním dnem toto pevné lože, zatímco zbývající část ionexu, která se nepodílí na vytvořeni pevného lože, se v kapalině volně vznáší, tj. fluiduje. V této fluidní zóně je ionexem sorbována převážná část iontů, takže je dokonale vyčerpáván. Vrstva pevného lože, která se nachází nad fluidní zonou a kterou tvoří nejjemnější zrna, zajištuje pak konečné dočištěni kapaliny.

Universálního charakteru filtračního zařízeni a jeho použitelnosti jak pro monolože, tak i pro směsné filtry, se dále dosahuje tim, že nad horním opěrným filtračním dnem jsou postupně nad sebou umístěna ještě dvě další přídavná mezidna, a to plné mezldno a perforované mezidno. Z vrcholu horního opěrného filtračního dna vyústuje přitom svislá centrální přepadová trubka, otevřená do prostoru nad přídavným perforovaným mezidnem a směřující proti hrdlu pro plnění ionexového a pomocného inertního materiálu. Do prostoru mezi oběma přídavnými mezidny je pak zaústěno hrdlo pro přívod technologické vody. Spodní opěrné filtrační dno je kromě toho na své spodní straně opatřeno soustřednými kruhovými prstenci, vymezujícími navzájem rozdělovači kanálky, pod nimiž jsou v prostoru nade dnem filtrační nádoby umístěny jednotlivé prstence kruhového rozdělovače vzduchu.

Příkladné provedeni filtračního zařízeni podle vynálezu je dále znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje ve svislém řezu schéma jednoduchého, jednoúčelového zařízení pracujícího s ionexovým monoložem, zatímco obr. 2 svislý řez zařízením univerzálního charakteru, umožňujícím filtraci s monoložem v pevném i fluidním stavu, popřípadě i směsnou filtraci, a to v obou směrech.

Filtrační zařízení znázorněné na obr. 1 tvoří svislá válcová filtrační nádoba 1 se dvěma klenutými dny 2, osazenými následujícími technologickými hrdly : hrdlem 3 pro přívod upravované kapaliny ( vody ), hrdlem 4 pro odvod upravené kapaliny, hrdlem 5 pro plněni ionexu a inertního pomocného materiálu, hrdlem 6 pro hydraulické vyprazdňování ionexů, odvzdušňovacim hrdlem 7 a hrdlem 8 pro odvod regeneračního roztoku. Na plášti filtrační nádoby 1 je dále osazeno hrdlo 9 pro přívod vody k práni a vyplavováni pomocné vrstvy 13, vytvořené z inertního materiálu.

Vnitřní prostor válcové filtrační nádoby 1 je osazen spodním opěrným filtračním dnem

205 058 kuželového tvaru, spojeným s hrdlem 6 pro vyprazdňováni ionexů, a dále horním opěrným filtračním dnem 11, které má rovněž kuželový tvar a je spojeno s hrdlem £ pro plněni ionexů a pomocného inertního materiálu. Na rozdíl od známých ionexových filtrů, kde jsou užívána filtrační dna rovná, osázená různě tvarovanými tryskami s rozdílnou šířkou štěrbin, základní prvek nově navrhované konstrukce tvoři dna zhotovená z můstkově perforovaného plechu s oboustrannou štěrbinou. Optimální rozměry štěrbin čini u horního opěrného filtračního dna 17 x 1 mm a u spodního opěrného filtračního dna 17 x 0,5 mm. Můstkově perforovaný plech, jehož štěrbiny jsou situovány na bočních stranách můstků, vykazuje oproti běžně perforovaným plachům tu výhodu, že ke styku zrna ionexu či inertního pomocného materiálu se štěrbinou dochází vždy jen na jedné hraně štěrbiny, takže se předchází ucpáváni štěrbin e zvyšuje se propustnost obou opěrných filtračních den. Můstkově perforovaný plech umožňuje nadto výrobu den kuželového tvaru, jež vykazuji vyšší mechanickou pevnost a jež svým tvarem současně i usnadňuji vyprazdňováni pomocné vrstvy 13 vyplavením horním opěrným filtračním dnem 11 na jedné straně a vyprázdněni ionexu hydraulickým vyplavením spodním opěrným dnem 10 až na určené místo, bez omezeni vzdálenosti a nutnosti použiti injektoru či čerpadla na druhé straně.

Na spodním opěrném filtračním dně 10 je vytvořena vrstva ionexu 12 a pod horním opěrným filtračním dnem 11 je ve vznosu udržována již dříve zmíněná pomocná vrstva 13 vytvořená z inertního materiálu. Mezi vrstvou 12, vytvořenou usazeným ionexem, a pomocnou vrstvou 13 z inertního materiálu je vytvořen volný prostor 14. Inertní materiál tvořící pomocnou vrstvu 13 vykazuje menši specifickou hmotnost než voda. Používá se nejlépe ve tvaru kuliček o průměru 1-2 mm. Oe však možno použit i částice jiného tvaru a velikosti. Pomocná vrstva 13 umožňuje, aby horni opěrně filtrační dno 11 mohlo plnit funkci opěrného dna pevného lože ionexů a současně bránit úniku nejjemnějšioh zrn ionexů, z niohž ja pevné lože vytvořeno. Porozita pomocné vrstvy 13 činí asi 40 %. K úplnému zamezení úniku nejjemnějšich zrn ionexu stačí přitom vrstva o výšce 200 mm. Zrnění ionexů se naproti tomu pohybuje obvykle v rozmezí od 0,3 do 1,2 mm. Množství zrn o velikosti nad 0,5 mm činí u dodávaných ionexů minimálně 60 %.

Filtrační zařízení znázorněné na obr. 1 pracuje následujícím způsobem: plnění Ionexu se provádí do filtru předem nejméně z 50 % naplněného technologickou vodou, a to tak, že 9Θ ionex sype nebo splachuje hrdlem 5,. Přebytečná voda se z filtrační nádoby 1 odvádí přitom hrdlem 8, na které navazuje nenaznačené potrubí opatřené smyčkou, jež udržuje hladinu vody ve filtrační nádobě £ přibližně na úrovni výšky ionaxové náplně. Ionexové lože se při plnění do filtrační nádoby £ naplněné vodou částečně hydraulicky třídí podle velikostí a hmotnosti zrn. Velká zrna, která jsou nsjtěžši, klesají prvni ke dnu a vytvoří zde vratvu, jež bráni propadu jemnějších zrn. Dokonalého roztříděni zrn se docílí po naplněni celého objemu ionexového lože tím, že se nechá fLltrem ve směru odspodu nahoru protékat technologická voda rychlosti 5 m/hod. pod dobu 10 - 15 minut. Při dodrženi režimu protisměrné filtrace sa pak roztříděni lonaxu udržuje samovolně po calou dobu jsho užívání. Dojds-li shodou okolnosti během provozu filtru, předavším však při jeho odstaveni, k částečnému

205 058 promísení horních vrstev ionexu s vrstvami spodními, proběhne hydraulické roztřídění auto maticky při opětovném najížděni filtru. Popsanou manipulaci ja možno nicméně kdykoliv pro vádět i samostatně.

□akmile je filtrační zařízeni naplněno ionexem, nasype se do něho hrdlem 5 určené množství pomocného inertního materiálu a uzavře se armatura na hrdle 5. Vlastni ionaxová filtrace pak probíhá průtokem upravované kapaliny směrem odspodu nahoru. Upravovaná voda se přitom přivádí hrdlem 3 do prostoru pod spodní opěrné filtrační dno IQ a štěrbinami v tomto dně protéká směrem vzhůru, přičemž se ionexová vrstva 12 současně hydraulicky třídí ve vertikálním směru podle velikosti a hmotnosti zrn. Zrna nejjemnějši ee přitom dostávají do najvrchnější vrstvy. Dalším zvyšováním rychlosti průtoku kapaliny se vytváří pod horním opěrným filtračním dnem 11 vrstva pevného ionexového lože opřeného o pomocnou vstvu 13 inertního materiálu. Výška vrstvy pevného ionexového lože, které je zpočátku složeno z nejjemnějších částeček ionexu, se úměrně s narůstající filtrační rychlosti postupně zvětšuje. Kromě toho je výška pevného ionexového lože závislá i na výšce volného prostoru 14, jež má činit minimálně 10 % výšky ionexové vrstvy 12 a ne více než 30 om. Upravená voda jez filtrační nádoby 1. odváděna hrdlem 4.

Regenerace ionexové náplně se provádí průtokem regeneračního roztoku shora dolů tak, ža sa roztok přivádí hrdlem 4 a průtokem přes pomocnou vrstvu 13 se rovnoměrně rozdělí po celém průřezu filtrační nádoby a současně se zbaví i případných mechanických nečistot, jež by znehodnocovaly ionex. Z filtrační nádoby l. se regenerační roztok odvádí hrdlem 8.

Vyprazdňování již znehodnoceného vyčerpaného ionexu se provádí hydraulickým vyplavením, při němž se armatury na všech hrdlech uzavřou a otevře se pouze armatura na hrdla 3 pro přívod vyplaohovaci vody a dále armatura na hrdle 6, které je propojeno nenaznačeným potrubím s rovněž nezakreslenou pomocnou nádrži nebo místem určeným pro ukládáni vyplaveného ionexu. Voda přiváděná hrdlem J5 při vyplavováni ionexu protéká vzestupně štěrbinami spodního opěrného dna 10, nadzvedá ionexovou vrstvu 12 a odtéká hrdlem 6, přičemž ssebou strhuje rozplavený ionex v množství, které je dáno přepravní výškou a rychlosti průtoku vody. Tímto způsobem se docílí dokonalého vyprázdněni ionexu s poměrně malým množstvím vyplavovací vody (přibližně 1 až 2 násobkem objemu ionexového lože) a to bez rizika ucpání hrdla 6 či na ně navazujícího potrubí. Po vyplaveni ionexu zůstává filtrační nádoba 1, naplněna vodou, na jejíž hladině sa udržuje pomocná vrstva 13 inertního materiálu. Plněni nového ionexu se provádí splachováním hrdlem 5 přes pomocnou vrstvu 13.

Víceúčelové zařízeni podle obr. 2 je oproti zařízení znázorněnému na obr. 1 doplněno plným mezidnem 15, které vymezuje v horní, prodloužené části filtrační nádoby 1. zásobní prostor 16 pro jímání inertního materiálu pomocné vrstvy 13., a dále mezidnem 17 z perforovaného plechu stejného provedení jako u opěrných filtračních den 10 a 11. 2 vrcholu horního opěrného filtračního dna 11 vyústuje přitom svislá centrální přepadová trubka 18, jejíž horni konec je nálevkovitě rozšířen a otevřen proti hrdlu 5, určenému pro přívod ionexu a pomocného inertního materiálu. Do prostoru mezi oběma mezidny 15 a 17 je dále zaústěno hrdlo 19 pro přívod technologické vody, ve spodní části filtrační nádoby 1 je

203 85B pak epodni opěrné filtrační dno 10 na své spodní straně doplněno soustřednými kruhovými prstenci 20, vymezujícími navzájem vzduchové rozdělovači kanály, pod nimiž jsou umístěny jednotlivé prstence kruhového rozdělovače vzduchu 21.

Funkce filtračního zařízeni podle obr. 2 je obdobná jako u zařízení znázorněného na obr. 1 s tím rozdílem pouze, že popsané doplňkové konstrukční elementy umožňuji protisměr nou filtraci vs směru odspodu nahoru, a to jak pevně uspořádaným monoložam, hydraulicky předám roztříděným podle velikosti a hmotnosti zrn, tak i filtraci směsným ložem vs stejném směru. Rovněž plnění ionexů se provádí stejným způsobem jako u zařízeni podle obr. 1, tj. hrdlem £ a centrální přepadovou trubkou £8. Po naplněni ionexů se uzavře armatura na hrdle 8 a tim se uzavře i odtok vody z filtrační nádoby £. Hrdlem 9 se hladina vody ve filtrační nádobě £ nad usazenou vrstvou ionexu 12 zvyšuje tak dlouho, až začne přepadat trubkou 18 a vytékat hrdlem 19. Poté se přívod vody zastaví a hladina se ustáli na úrovni nálsvkovitého zakončeni centrální přepadové trubky £8. Hrdlem 5 se pak přisyps inertní ma teriál, vytvářející pomocnou vrstvu 13, až do zaplněni zásobního prostoru £6. Po uzavřeni armatury na hrdle £ se z prostoru 16 přeplaví materiál pomocné vrstvy 13 do prostoru vlastního filtru, v němž se sníží hladina vody odpouštěním armaturou na hrdle 8. Přeplave ni pomocné vrstvy 13 ze zásobního prostoru 16 do prostoru filtru se provede přítokem těch nologické vody hrdlem 19 a centrální přepadovou trubkou £8. Pomocný inertní materiál se přitom přeplav! bud zcela anebo zčásti, podle toho, zda bude ionsxová filtrace probíhat v částečně fluidním loži anebo v pevně uspořádaném loži při úplném vyprázdněni prostoru nad usazenou vrstvou ionexů 12.

Kruhové prstence 20, navařené na spodní opěrné filtrační dno 10, umožňuji spolu s kruhovým rozdělovačem vzduchu 21 dále, aby zařízení v provedeni podle obr. 2 mohlo být použito i pro filtraci směsným ložem ve směru odspodu nahoru. Tyto konstrukční prvky zprostředkují totiž tvorbu směsného lože pomoci katsxové i anexové složky vzduchem. Promícháni ss provádí při snížené hladině vody ve filtrační nádobě £ bez přítomnosti pomocné vrstvy £3. Po vytvořeni směsného lože se inertní materiál, vytvářející pomocnou vrstvu £3 naplaví centrální přepadovou trubkou 18 ze zásobního prostoru 16 do prostoru nad směsným ložem, přičemž se současně vypouští voda hrdlem 8. Jakmile pomooná vrstva 13 vyplní prostor nad směsným ložem, může být zahájena filtrace ve směru odspodu nahoru.

Výhodou popsaného postupu je, že se celé lože dokonale odvzdušni. Regenerace směsného lože se pak provádí externě, přičemž uspořádáni filtračního zařízeni podle obr. 2 umož ňuje opětovné rozděleni směsného lože na jednotlivé složky, tj. katexovou a anexovou slož ku, a jejich oddělené vyplaveni do regeneračních nádrži.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízeni pro čistění a úpravu kapalin ionexovou filtraci, které sestává ze svislé filtrační nádoby, opatřené v horní i spodní části opěrnými filtračními dny, vymezujícími prostor ionexového lože, a dále hrdly pro přívod a odvod upravované kapaliny

   205 658 i hrdly pro plněni a vyprazdňování ionaxového a pomocného inertního materiálu, vyznačené tím, že ve filtrační nádobě (1) umístěná opěrná filtrační dna (10, 11) mají tvar pro tilehle orientovaných kuželů, zhotovených z můstkově perforovaných plechů se štěrbinami o šířce 0,3 - 1,5 mm, přičemž horní opěrné filtrační dno (11) je na vrcholu zaústěno do hrdla (5) pro plněni ionexového a pomocného inertního materiálu, zatímco spodní opěrné filtrační dno (10) do hrdla (6) pro vyprazdňováni tohoto materiálu.
2. 2. Zařízeni podle bodu 1, vyznačené tim, že nad horním opěrným filtračním dnem (11) jsou postupně nad sebou umístěna dalši dvě přídavná mezidna, a to plné mezidno (15) a perforované mezidno (17), přičemž z vrcholu horního opěrného filtračního dna (11) vyústuje svislá centrální přepadová trubka (18), otevřená do prostoru (16) nad přídavným perforovaným mezidnam (17) a směřující proti hrdlu ( 5) pro plnění ionexového a pomocného inertního materiálu, a přičemž dále do prostoru mezi oběma přídavnými mezidny (15, 17) je zaústěno hrdlo (19) pro přívod technologické vody.
3. 3. Zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačené tim, že spodní opěrné filtrační dno (10) je na své spodní straně opatřeno soustřednými kruhovými prstenci (20), vymezujícími navzájem rozdělovači kanály, pod nimiž jsou v prostoru nade dnem (2) filtrační nádoby (1) umístěny jednotlivé prstence kruhového rozdělovače vzduchu (21).