CZ306415B6 - Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu - Google Patents
Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306415B6 CZ306415B6 CZ2015-520A CZ2015520A CZ306415B6 CZ 306415 B6 CZ306415 B6 CZ 306415B6 CZ 2015520 A CZ2015520 A CZ 2015520A CZ 306415 B6 CZ306415 B6 CZ 306415B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- ionex
- solution
- regeneration
- ion exchangers
- stage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 38
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 6
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 abstract 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 30
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 17
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical group Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 9
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 3
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008723 osmotic stress Effects 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000011234 economic evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012458 free base Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000012492 regenerant Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
Abstract
Způsob a zařízení pro předpověď životnosti ionexů dynamickou metodou. Při způsobu předpovědi životnosti ionexu dynamickou metodou se u vzorku zbotnalého ionexu o zrnitosti 0,2 až 2 mm stanoví výchozí stav celkové kapacity ionexu, provede se analýza obrazu výchozího stavu ionexu, kterou se sleduje distribuce velikosti částic ionexu, následně se vzorek zbotnalého ionexu umístí do ionexové kolony a podrobí se minimálně 1 pracovnímu cyklu při 5 až 140 .degree.C, při specifickém zatížení, odpovídajícím regeneraci ionexu v reálném provozu, 1 až 20 m.sup.3.n. roztoku na m.sup.3.n. ionexu za hodinu, skládajícím se z těchto následných pracovních stupňů: alespoň jeden sorpční stupeň s modelovým sorpčním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda, alespoň jeden regenerační stupeň s regeneračním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda. Poté se vzorek ionexu vyjme z kolony a stanoví se konečný stav celkové kapacity ionexu a porovná se s výchozím stavem celkové kapacity ionexu, přičemž úbytek celkové kapacity ionexu nižší než 20 % umožňuje další použití ionexu a úbytek celkové kapacity ionexu větší než 25 % potvrzuje fatální selhání funkce ionexu či nutnost jeho výměny, následně se provede analýza obrazu konečného stavu ionexu a porovnáním s analýzou obrazu výchozího stavu ionexu se identifikuje riziko úniku ionexové hmoty z filtru pro částice menší, než jsou otvory trysek pro odvod roztoků z ionexové kolony v reálném provozu.
Description
Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu předpovídání životnosti ionexů používaných při úpravě roztoků, pro existující technologie nebo k experimentálnímu určení vhodného ionexů pro technologie ve fázi projektu, případně výstavby.
Dosavadní stav techniky
Principem úpravy roztoků na ionexech je výměna iontů mezi ionexem a prostředím. Při průmyslové úpravě roztoků se sleduje kvalita vyrobeného produktu a ekonomická kritéria spotřeby regenerantů pro přípravu ionexů na nový pracovní cyklus. Optimální provoz je potom kompromisem mezi akceptovatelnou kvalitou produktu při vynaložení nezbytných nákladů na provoz.
Dosavadní stav techniky se soustředí na optimalizaci procesu iontové výměny při úpravě roztoků pouze z pohledu kvality výstupního produktu, jako například řešení uvedená v patentech JP2013081906 (A), JPH0466855 (A), JPH10111283 (A), JP2000171448 (A), JPH091138 (A) nebo na optimalizaci samotného procesu regenerace ionexů, jako například řešení uvedená v patentech US2014343176 (Al), MY 128388 (A), CA2859172 (Al), JPS5449982 (A), CN 103342404 (A). Případně jsou uvedena řešení souhrnná jak pro proces iontové výměny, tak pro regeneraci, která představují patenty JPH01107886 (A), RO121020 (Bl).
Při hodnocení vlastností ionexů se zpravidla zjišťuje jejich stav v konkrétní situaci nebo se hodnotí vlastnosti ionexů při minulém pracovním cyklu. Dosavadní způsob vyhodnocování ekonomicky optimálního využívání ionexů a jejich životnosti se provádí pomocí hodnocení výsledků z minulého produktivního období.
Do dnešní doby nebyla prováděna simulace reálného provozu. Simulace sledující degradaci funkčních skupin ionexů byly zaměřeny pouze na vliv zvýšené teploty, kde byl ionex testován vsádkově. Odebraný vzorek ionexů byl vložen do sorpčního roztoku, který byl uchováván v temperovaném autoklávu. Vyhodnocení degradace ionexů při vysokých teplotách probíhalo na základě porovnání celkové kapacity ionexů před jeho použitím s celkovou kapacitou po teplotním namáhání. Obdobné vsádkově pokusy byly prováděny se vzorkem ionexů, který byl vystaven působení roztoku obsahujícím silné oxidační činidlo, kdy byl sledován pokles celkové kapacity ionexů. Uvedené metody dávají velmi nepřesnou představu, jak se bude ionex chovat v reálném provozu, kde dochází k dynamickému cyklickému namáhání.
Doposud nebyla řešena problematika řízení životnosti ionexových hmot předpovědí životnosti ionexů způsobem, který by předpověděl s dostatečným předstihem rychlost úbytku celkové kapacity ionexů, konec životnosti ionexů při poklesu kapacity pod akceptovatelnou mez, rychlost rozpadu ionexových zrn vlivem osmotického namáhání ionexů v průběhu střídání sorpčního stupně a regeneračního stupně při pracovním cyklu, změny velikosti zrn, nárůst tlakové ztráty na vrstvě ionexů a podobně.
V současné době také neexistuje možnost při nákupu ionexů srovnat ionexy, které by byly vhodné pro konkrétní technologii a s ohledem na jejich chování po určitém počtu provedených pracovních cyklů, než je porovnání výchozích celkových kapacit ionexů. Dochází pak k velkým ekonomickým ztrátám při nevhodně zvoleném ionexů.
- 1 CZ 306415 B6
Podstata vynálezu
Výše popsané nedostatky řeší způsob experimentální předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provedení způsobu.
Při způsobu předpovědi životnosti ionexu dynamickou metodou se odebraný vzorek ionexu převede do výchozí formy dle datového listu a odměří. Silně bazický anex se odměří v chloridové formě, slabě bazický anex ve formě volné báze a silně kyselý katex v sodné formě.
U vzorku zbotnalého ionexu o zrnitosti 0,2 až 2 mm se stanoví výchozí stav celkové kapacity ionexu, provede se analýza obrazu výchozího stavu ionexu, kterou se sleduje distribuce velikosti částic ionexu, následně se vzorek zbotnalého ionexu umístí do ionexové kolony a podrobí se minimálně 1 pracovnímu cyklu při 5 až 140 °C, při specifickém zatížení, odpovídajícím regeneraci ionexu v reálném provozu, 1 až 20 m3 roztoku na m3 ionexu za hodinu. Počet pracovních cyklů odpovídá počtu sorpčních stupňů, promývacích stupňů a regeneračních stupňů v provozu za sledované časové období pro předpověď životnosti ionexu. Je třeba dodržet shodné podmínky, které odpovídají podmínkám reálného pracovního cyklu. Takovými podmínkami jsou, kromě specifického zatížení ionexu při regeneraci, koncentrace regenerantu, případně více regenerantů, druh promývacího roztoku, pracovní teplota, pracovní tlak. Pracovní cyklus se skládá z těchto následných pracovních stupňů: alespoň jeden sorpční stupeň s modelovým sorpčním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda, alespoň jeden regenerační stupeň s regeneračním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda. Poté se vzorek ionexu vyjme z kolony a stanoví se konečný stav celkové kapacity ionexu a porovná se s výchozím stavem celkové kapacity ionexu, přičemž úbytek celkové kapacity ionexu nižší než 20 % umožňuje další použití ionexu a úbytek celkové kapacity ionexu větší než 25 % potvrzuje fatální selhání funkce ionexu či nutnost jeho výměny, následně se provede analýza obrazu konečného stavu ionexu a porovnáním s analýzou obrazu výchozího stavu ionexu se identifikuje riziko úniku ionexové hmoty z filtru pro částice menší, než jsou otvory trysek pro odvod roztoků z ionexové kolony v reálném provozu.
Výhodně je promývacím roztokem voda vybraná ze skupiny: demineralizovaná voda, deionizovaná voda, destilovaná voda, pitná voda, procesní voda, čiřená voda.
Ve výhodném provedení způsobu se u vzorku zbotnalého ionexu dále stanoví výchozí a konečný stav tlakové ztráty na vrstvě ionexu a/nebo mechanické pevnosti ionexu a porovnají se.
Zařízení pro provedení způsobu předpovědi životnosti ionexu dynamickou metodou umožňuje provedení automatického opakování jednotek, desítek, nebo i tisíců pracovních cyklů na ionexu. Simulace je provozována při specifickém zatížení odpovídajícím reálnému provozu ionexu při jeho regeneraci. V sorpčním stupni jsou použity modelové sorpční roztoky, které vedou k rychlému nasycení ionexu, pro silně kyselý katex a slabě bazický anex se používá obvykle roztok kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,5 až 2 mol l1, pro silně bazický anex se používá roztok chloridu sodného o koncentraci 0,5 až 2 molT1.
Zařízení pro provádění způsobu sestává ze vstupního stupně, který se skládá alespoň ze 3 pracovních stupňů, kde alespoň jeden sorpční stupeň, obsahující zásobník pro sorpční roztok, je připojen spojovacím potrubím přes vstup k dávkovači jednotce, promývací stupeň, obsahující zásobník promývacího roztoku, je připojen spojovacím potrubím přes vstup k dávkovači jednotce, alespoň jeden regenerační stupeň, obsahující zásobník regeneračního roztoku, je připojen spojovacím potrubím přes vstup k dávkovači jednotce a výstupní stupeň, obsahující alespoň jeden zásobník přejímání výstupních eluátů, je připojen k výstupu dávkovači jednotky přes dávkovači čerpadlo a ionexovou kolonu, přičemž dávkovači jednotka je obousměrně připojena k samostatné řídicí jednotce.
-2CZ 306415 B6
Samostatná řídicí jednotka se výhodně skládá z řídicího procesoru, časovače, klávesnice pro zadávání vstupních dat a displeje pro sledování průběhu vstupních a výstupních dat.
Čerpadlo je výhodně vybráno ze skupiny: peristaltické čerpadlo, membránové čerpadlo, pístové čerpadlo nebo peristaltické čerpadlo s přítlakem.
Ve výhodném provedení jsou regenerační stupně dva a obsahují v zásobnících dva různé regenerační roztoky pro dvoustupňovou regeneraci.
Výstupní stupeň je ve výhodném provedení tvořen soustavou zásobníků pro oddělené jímání výstupních eiuátů z ionexové kolony.
Řídicí jednotka je výhodně vybavena softwarem pro zadávání vstupních parametrů, kterými je počet pracovních cyklů, počet pracovních stupňů, posloupnost jednotlivých pracovních stupňů a délka trvání jednotlivých pracovních stupňů.
Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu umožňuje řízení pracovní disponibility ionexů a ekonomickou optimalizaci určením změny vlastností ionexů, které nastanou v reálném provozu, až ve stanoveném časovém období, pro které se předpověď životnosti ionexů provádí.
Při znalosti vývoje budoucích vlastností ionexových hmot je možné, aby provozovatel průmyslové aplikace včas reagoval na tuto skutečnost a eliminoval riziko ekonomické ztráty a s předstihem plánoval kroky vedoucí k optimalizaci provozu.
Objasnění výkresů
Na obrázku 1 je znázorněno blokové schéma zařízení pro provedení předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou tak, jak je konkrétně realizováno v příkladu 1. Přerušované čáry značí datové komunikace a plné čáry značí tok kapaliny.
Na obrázku 2 je znázorněno nárokované blokové schéma zařízení pro provedení předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou. Přerušované čáry značí datové komunikace a plné čáry značí tok kapaliny.
Na obrázku 3 je znázorněno blokové schéma zařízení pro výhodné provedení předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou s členěním řídicí jednotky. Přerušované čáry značí datové komunikace a plné čáry značí tok kapaliny.
Na obrázku 4 je nakresleno schéma vývojového diagramu ovládacího software.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Příkladem uskutečnění vynálezu je provedení předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou vzorku zbotnalého slabě bazického anexu z průmyslové demineralizační stanice po dvouletém provozu. Cílem je predikovat úbytek celkové kapacity anexu po roce a po dvou letech provozu s ohledem na stav referenční, uvedený v datovém listě výrobce ionexů a s ohledem na stav stávající. Dalším cílem je předpovědět rozpad ionexových zrn vlivem osmotického namáhání v průběhu střídání jednotlivých stupňů pracovního cyklu. Především pak kvantifikovat jaké množství zrn, nebo jejich částí, může z filtru uniknout průchodem štěrbinou 300 pm, která je v tryskách použi
-3 CZ 306415 B6 tých v tryskovém dně ionexového filtru. Během jednoho roku reálného provozu bylo uskutečněno 153 pracovních cyklů se slabě bazickým anexem s dobou regenerace 30 minut. Objem zbotnalého ionexu v průmyslovém filtru byl 1,8 m3.
Zkoumaný vzorek zbotnalého ionexu měl mít v době uvedení do provozu celkovou kapacitu podle datového listu výrobce 1,3 mol chemických ekvivalentů/litr ionexu, 95 % ionexových zrn o velikosti 490 až 590 pm; maximálně 5 % zrn větších než 850 pm a maximálně 0,5 % zrn menších než 300 pm. Před zahájením provedení předpovědi životnosti ionexu byl u zbotnalého vzorku ionexu stanoven výchozí stav celkové kapacity ionexu, taktéž byla stanovena analýza obrazu výchozího stavu ionexu, kde byla zjištěna distribuce velikosti ionexových zrn jednotlivých frakcí.
Poté byl známý objem zbotnalého ionexu vložen do ionexové kolony 5. Pro jednotlivé vstupní pracovní stupně 1,1 až 1,3 byly zásobníky naplněny příslušnými roztoky. Modelovým sorpčním roztokem v sorpčním stupni 1.1 byl roztok 1 mol-Γ1 kyseliny chlorovodíkové. Regeneračním roztokem v regeneračním stupni 1.3 byl 2,3% roztok hydroxidu sodného v dávce 65 g 100% NaOH na litr ionexu po dobu 30 minut. Promývacím roztokem v promývacím stupni 1,2 byla demineralizovaná voda. Na dávkovacím čerpadle 4, kterým bylo peristaltické čerpadlo, byl nastaven průtok odpovídající regeneračnímu stupni. V první části předpovědi životnosti ionexu byl na samostatné řídicí jednotce 3 nastaven počet pracovních cyklů odpovídajících 1 roku provozu, kterých bylo 153. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3 je znázorněno v tabulce 1.
Tab. 1. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3
| Pracovní stupeň | Doba kontaktu | Slabě bazický anex |
| Sorpční stupeň 1.1 | 30 minut | 1 molT1 kyselina chlorovodíková |
| Promývací stupeň 1.2 | 30 minut | demineralizovaná voda |
| Regenerační stupeň 1.3 | 30 minut | 2,3% hydroxid sodný |
| Promývací stupeň 1,2 | 30 minut | demineralizovaná voda |
Následně byl ionex podroben 153 pracovním cyklům. Po ukončení 153 pracovních cyklů byl ionex z kolony vyjmut. Poté byl stanoven konečný stav celkové kapacity ionexu po 153 pracovních cyklech a provedena analýza obrazu konečného stavu ionexu. Poté byl do ionexové kolony 5 experimentálního zařízení vložen nový vzorek zbotnalého ionexu. V samostatné řídicí jednotce 3 byl nastaven počet pracovních cyklů odpovídající 2 rokům provozu, kterých bylo 306. Ostatní podmínky byly zachovány jako v předchozí první části. Po ukončení 306 pracovních cyklů byl ionex z ionexové kolony 5 vyjmut a opět byl stanoven konečný stav celkové kapacity ionexu a provedena analýza obrazu konečného stavu ionexu. Výchozí stav celkové kapacity ionexu byl porovnán s konečným stavem celkové kapacity ionexu po jednom roce simulovaného provozu a po dvou letech simulovaného provozu. Zjištěné celkové kapacity ionexu znázorňuje následující tabulka 2.
-4CZ 306415 B6
Tab. 2. Celkové kapacity sledovaného vzorku slabě bazického anexu
| Datový list [mol chemických ekvivalentů/litr ionexu] | Výchozí stav celkové kapacity ionexu [mol chemických ekvivalentů /litr ionexu] | Konečný stav celkové kapacity ionexu po 153 cyklech [mol chemických ekvivalentů /litr ionexu] | Konečný stav celkové kapacity ionexu po 306 cyklech [mol chemických ekvivalentů /litr ionexu] |
| 1,30 | 1,25 | 1,24 | 1,03 |
Ze zjištěných výsledků je zřejmé, že při odběru vzorku ionexu z průmyslového filtru byl výchozí stav celkové kapacity ionexu o 3,8 % nižší, než uvádí datový list výrobce. Po roce simulovaného provozu se stav celkové kapacity ionexu snížil o 4,6 % proti hodnotě z datového listu. Po dvou letech simulovaného provozu byl stav celkové kapacity ionexu nižší o 20,8 %.
Dosažené výsledky predikují, že nejméně ještě jeden rok bude slabě bazický anex plnit funkční i ekonomická kritéria, ale v druhém roce provozu klesne jeho celková kapacita o 20 % a jeho další využívání již nebude plnit optimální ekonomický parametr, to znamená zvýšení nákladů na regeneraci dané hmoty o 20,8 %, než provozovatel průmyslové demineralizační stanice kalkuloval z datového listu.
Analýza obrazu výchozího stavu ionexu byla porovnána s analýzou obrazu konečného stavu ionexu po jednom roce simulovaného provozu a po dvou letech simulovaného provozu. Zjištěné velikostí částic ionexu stanovené analýzou obrazu znázorňuje tabulka 3.
Tab. 3. Analýza obrazu sledovaného vzorku slabě bazického anexu
| Velikost částic | Kritérium dle datového listu | Výchozí stav ionexu | Vzorek ionexu po 153 cyklech | Vzorek ionexu po 306 cyklech |
| 490 až 590 pm | > 95 % | 94,5 % | 90,3 % | 88,7 % |
| větší než 850 pm | < 5 % | 0,0 % | 0,0 % | 0,1 % |
| menší než 300 pm | < 0,5 % | 0,0 % | 3,0 % | 3,1 % |
Ze zjištěných výsledků analýzy obrazu výchozího stavu ionexu vyplývá, že při odběru vzorku měl zbotnalý ionex z průmyslového filtru 94,5 % ionexových zrn velikosti 490 až 590 pm a 0,0 % zrn velikosti menší než 300 pm. Po roce simulovaného provozu byla 3,0 % zrn menší než 300 pm. Po dvou letech simulovaného provozu bylo 3,1 % zrn menší než 300 pm. Tato množství mohou uniknout skrz štěrbiny v tryskách z ionexového filtru v jednotlivých letech provozu. Je tudíž na provozovateli, při ekonomickém zhodnocení uvedeného výsledku, zda bude úbytek ionexové hmoty v průmyslovém filtru ještě doplňovat, nebo již provede výměnu celého ionexového filtru.
-5CZ 306415 B6
Příklad 2
Dalším příkladem uskutečnění vynálezu je provedení předpovědi životnosti ionexu dynamickou metodou vzorku silně kyselého katexu z demineralizační stanice s dvoustupňovou regenerací. Cílem je zjistit úbytek celkové kapacity katexu po provedení 123 pracovních cyklů s ohledem na stav referenční, uvedený v datovém listě výrobce ionexu a s ohledem na stav stávající. Během jednoho roku reálného provozu bylo uskutečněno 123 pracovních cyklů se silně kyselým katexem s dobou dvoustupňové regenerace 70 minut při teplotě 30 °C. Objem zbotnalého ionexu v průmyslovém filtru byl 2,3 m3.
Zkoumaný vzorek zbotnalého ionexu měl mít v době uvedení do provozu celkovou kapacitu podle datového listu výrobce 1,8 mol chemických ekvivalentů/litr ionexu. Nejprve byl u zbotnalého vzorku ionexu stanoven výchozí stav celkové kapacity ionexu a provedena analýza obrazu výchozího stavu ionexu. Poté byl známý objem zbotnalého ionexu vložen do opláštěné ionexové kolony 5 temperované na 30 °C. Pro jednotlivé vstupní pracovní stupně 1.1 až 1.4 byly zásobníky naplněny příslušnými roztoky.
Modelovým sorpčním roztokem v sorpčním stupni 1,1 byl roztok 1 mol-Γ1 chloridu sodného. Regeneračním roztokem byl roztok kyseliny sírové v dávce 60 g 100% H2SO4 na litr katexu, kde v regeneračním stupni 1,3 byl použit roztok 1% kyseliny sírové po dobu 40 minut a následně v regeneračním stupni 1.4 byl použit roztok 2% kyseliny sírové po dobu 30 minut. Promývacím roztokem v promývacím stupni 1.2 byla demineralizovaná voda. Na dávkovacím čerpadle 4, kterým bylo peristaltické čerpadlo, byl nastaven průtok odpovídající regeneračnímu stupni. V samostatné řídicí jednotce 3 byl nastaven počet pracovních cyklů odpovídajících 1 roku provozu, kterých bylo 123. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3 je znázorněno v tabulce 4.
Tab. 4. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3
| Pracovní stupeň | Doba kontaktu | Silně kyselý katex |
| Sorpční stupeň 1.1 | 30 minut | 1 molT1 chlorid sodný |
| Promývací stupeň 1.2 | 30 minut | demineralizovaná voda |
| Regenerační stupeň 1.3 | 40 minut | 1% kyselina sírová |
| Regenerační stupeň 1.4 | 30 minut | 2% kyselina sírová |
| Promývací stupeň 1.2 | 30 minut | demineralizovaná voda |
Následně byl zahájen experiment, ionex byl podroben 123 pracovním cyklům, odpovídajícím 1 roku provozu. Po ukončení 123 pracovních cyklů byl ionex z kolony vyjmut. Poté byl stanoven konečný stav celkové kapacity ionexu a provedena analýza obrazu konečného stavu ionexu po 123 pracovních cyklech. Výchozí stav celkové kapacity ionexu byl porovnán s konečným stavem celkové kapacity ionexu po provedených 123 pracovních cyklech. Zjištěné celkové kapacity ionexu znázorňuje tabulka 5.
-6CZ 306415 B6
Tab. 5. Celkové kapacity sledovaného vzorku silně kyselého katexu
| Datový list [mol chemických ekvivalentů/litr ionexu] | Výchozí stav celkové kapacity ionexu [mol chemických ekvivalentů /litr ionexu] | Konečný stav celkové kapacity ionexu po 123 pracovních cyklech [mol chemických ekvivalentů /litr ionexu] |
| 1,80 | 1,76 | 1,71 |
Dosažené výsledky predikují, že po provedení 123 pracovních cyklů bude konečný stav celkové kapacity silně kyselého katexu snížen o 2,8 % oproti výchozímu stavu celkové kapacity ionexu, a tudíž bude možno katex provozovat za stávajících podmínek i nadále.
Příklad 3
Příkladem uskutečnění vynálezu je provedení předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou 3 vzorků silně kyselých katexů s ohledem na jejich chování po určitém počtu provedených pracovních cyklů. Cílem je predikovat úbytek celkových kapacit katexů po roce provozu s ohledem na stav referenční, uvedený v datových listech výrobců ionexů a s ohledem na stav stávající doporučit, který z testovaných vzorků katexů je pro danou aplikaci nejvhodnější. Během jednoho roku reálného provozuje plánováno provést 150 pracovních cyklů se silně kyselým katexem s dobou regenerace 25 minut. Objem zbotnalého ionexu v průmyslovém filtruje 2,1 m3.
Před zahájením provedení předpovědi životnosti ionexu byl u vzorku zbotnalého katexu A stanoven výchozí stav celkové kapacity ionexu a provedena analýza obrazu výchozího stavu ionexu. Poté byl známý objem vzorku A vložen do ionexové kolony 5. Pro jednotlivé vstupní pracovní stupně LI až 13 byly zásobníky naplněny příslušnými roztoky.
Modelovým sorpčním roztokem v sorpčním stupni 1.1 byl roztok 1 mol-Γ1 chloridu sodného. Regeneračním roztokem v regeneračním stupni L3 byl roztok 6% kyseliny chlorovodíkové v dávce 100 g 100% HCI na litr katexu po dobu 25 minut. Promývacím roztokem v promývacím stupni L2, byla demineralizovaná voda. Na dávkovacím čerpadle 4, kterým bylo peristaltické čerpadlo, byl nastaven průtok odpovídající regeneračnímu stupni. V samostatné řídicí jednotce 3 byl nastaven počet pracovních cyklů odpovídajících 1 roku provozu, kterých bylo 150. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3 je znázorněno v tabulce 6.
Tab. 6. Nastavení průběhu pracovního cyklu v samostatné řídicí jednotce 3
| Pracovní stupeň | Doba kontaktu | Silně kyselý katex |
| Sorpční stupeň 1,1 | 25 minut | 1 molT1 chlorid sodný |
| Promývací stupeň 1.2 | 25 minut | demineralizovaná voda |
| Regenerační stupeň 1.3 | 25 minut | 6% kyselina chlorovodíková |
| Promývací stupeň 1.2 | 25 minut | demineralizovaná voda |
Následně byl vzorek katexu A podroben 150 pracovním cyklům. Po ukončení 150 pracovních cyklů byl vzorek katexu A z kolony vyjmut. Poté byl stanoven konečný stav celkové kapacity a provedena analýza obrazu konečného stavu vzorku katexu A po 150 pracovních cyklech. Výcho
-7 CZ 306415 B6 zí stav celkové kapacity vzorku katexu A byl porovnán s konečným stavem celkové kapacity vzorku katexu A po jednom roce simulovaného provozu.
Po ukončení předpovědi životnosti vzorku katexu A dynamickou metodou byly za shodných podmínek provedeny experimenty se vzorkem katexu B a C. Zjištěné výsledky celkových kapacit sledovaných vzorků katexů znázorňuje tabulka 7.
Tab. 7. Celkové kapacity sledovaných vzorků silně kyselých katexů
| Název vzorku ionexů | Datový list [mol chemických ekvivalentů/litr ionexů] | Výchozí stav celkové kapacity ionexů [mol chemických ekvivalentů /litr ionexů] | Konečný stav celkové kapacity ionexů po 150 pracovních cyklech [mol chemických ekvivalentů /litr ionexů] | Úbytek celkové kapacity ionexů [%] |
| A | 1,80 | 1,76 | 1,69 | 4,0 |
| B | 2,00 | 1,98 | 1,86 | 6,1 |
| C | 1,80 | 1,83 | 1,81 | 1,1 |
Z provedených experimentů vyplývá, že vhodným katexem, pro daný provoz z hlediska úbytku celkové kapacity po ročním provozuje katex C.
Průmyslová využitelnost
Způsob a zařízení pro předpověď životnosti ionexů dynamickou metodou se využije všude tam, kde se používají cyklicky regenerovatelné ionexy, zejména ve výrobě superčistých vod, které se používají jako pracovní médium v energetice, teplosměnné médium v teplárenství, případně v elektrotechnice jako oplachové médium pro elektronické součástky. Dále se využije například pro odstraňování nežádoucí kontaminace z vod povrchových, podzemních nebo odpadních, u ionexů pro získávání určitého prvku nebo typu sloučeniny, případně k získání skupiny prvků nebo skupiny sloučenin z roztoků.
Claims (9)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou, vyznačující se tím, že u vzorku zbotnalého ionexů o zrnitosti 0,2 až 2 mm se stanoví výchozí stav celkové kapacity ionexů, provede se analýza obrazu výchozího stavu ionexů, kterou se sleduje distribuce velikosti částic ionexů, následně se vzorek zbotnalého ionexů umístí do ionexové kolony a podrobí se minimálně 1 pracovnímu cyklu při 5 až 140 °C, při specifickém zatížení, odpovídajícím regeneraci ionexů v reálném provozu, 1 až 20 m3 roztoku na m3 ionexů za hodinu, skládajícím se z těchto následných pracovních stupňů: alespoň jeden sorpční stupeň s modelovým sorpčním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda, alespoň jeden regenerační stupeň s regeneračním roztokem, to je roztokem kyseliny, zásady, soli nebo jejich směsí, promývací stupeň s promývacím roztokem, kterým je voda, a poté se vzorek ionexů vyjme z kolony a stanoví se konečný stav celkové kapacity ionexů a po-8CZ 306415 B6 rovná se s výchozím stavem celkové kapacity ionexů, přičemž úbytek celkové kapacity ionexů nižší než 20 % umožňuje další použití ionexů a úbytek celkové kapacity ionexů větší než 25 % potvrzuje fatální selhání funkce ionexů či nutnost jeho výměny, následně se provede analýza obrazu konečného stavu ionexů a porovnáním s analýzou obrazu výchozího stavu ionexů se identifikuje riziko úniku ionexové hmoty z filtru pro částice menší než jsou otvory trysek pro odvod roztoků z ionexové kolony v reálném provozu.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že promývacím roztokem je voda, která je vybraná ze skupiny: demineralizovaná voda, deionizovaná voda, destilovaná voda, pitná voda, procesní voda, čiřená voda.
- 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, žeu vzorku zbotnalého ionexů se dále stanoví výchozí a konečný stav tlakové ztráty na vrstvě ionexů a/nebo mechanické pevnosti ionexů a porovnají se.
- 4. Zařízení pro provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že sestává ze vstupního stupně (1), který se skládá alespoň ze 3 pracovních stupňů (1.1), (1.2), (1.3) až (l.S), kde alespoň jeden sorpční stupeň (1.1), obsahující zásobník pro sorpční roztok, je připojen spojovacím potrubím přes vstup (2.1) k dávkovači jednotce (2), promývácí stupeň (1.2), obsahující zásobník promývacího roztoku, je připojen spojovacím potrubím přes vstup (2.2) k dávkovači jednotce (2), alespoň jeden regenerační stupeň (1.3), obsahující zásobník regeneračního roztoku, je připojen spojovacím potrubím přes vstup (2.3) k dávkovači jednotce (2) a výstupní stupeň (6), obsahující alespoň jeden zásobník pro jímání výstupních eluátů, je připojen k výstupu (2.0) dávkovači jednotky (2) přes dávkovači čerpadlo (4) a ionexovou kolonu (5), přičemž dávkovači jednotka (2) je obousměrně připojena k samostatné řídicí jednotce (3).
- 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že samostatná řídicí jednotka (3) se skládá z řídicího procesoru (3.1), časovače (3.2), klávesnice (3.3) pro zadávání vstupních dat a displeje (3.4) pro sledování průběhu vstupních a výstupních dat.
- 6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že čerpadlo (4)je vybráno ze skupiny: peristaltické čerpadlo, membránové čerpadlo, pístové čerpadlo nebo peristaltické čerpadlo s přítlakem.
- 7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že dva regenerační stupně, regenerační stupeň (1.3) a regenerační stupeň (1.4), obsahují v zásobnících dva různé regenerační roztoky pro dvoustupňovou regeneraci.
- 8. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že výstupní stupeň (6) je tvořen soustavou zásobníků pro oddělené jímání výstupních eluátů z ionexové kolony (5).
- 9. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až 8, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (3) je vybavena softwarem pro zadávání vstupních parametrů, kterými je počet pracovních cyklů, počet pracovních stupňů, posloupnost jednotlivých pracovních stupňů a délka trvání jednotlivých pracovních stupňů.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-520A CZ306415B6 (cs) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-520A CZ306415B6 (cs) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015520A3 CZ2015520A3 (cs) | 2017-01-11 |
| CZ306415B6 true CZ306415B6 (cs) | 2017-01-11 |
Family
ID=57793863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-520A CZ306415B6 (cs) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306415B6 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4756833A (en) * | 1986-08-19 | 1988-07-12 | Schlossel Richard H | Metal-containing waste water treatment and metal recovery process |
| DE3937201A1 (de) * | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Siemens Ag | Verfahren zum waschen von ionentauscherharzen in ihrer transportverpackung und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
| JP2012166131A (ja) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Miura Co Ltd | イオン交換装置 |
| JP2013081906A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | イオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法 |
| CZ28729U1 (cs) * | 2015-07-27 | 2015-10-19 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Zařízení pro předpověď životnosti ionexů dynamickou metodou |
-
2015
- 2015-07-27 CZ CZ2015-520A patent/CZ306415B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4756833A (en) * | 1986-08-19 | 1988-07-12 | Schlossel Richard H | Metal-containing waste water treatment and metal recovery process |
| DE3937201A1 (de) * | 1989-11-08 | 1991-05-16 | Siemens Ag | Verfahren zum waschen von ionentauscherharzen in ihrer transportverpackung und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
| JP2012166131A (ja) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Miura Co Ltd | イオン交換装置 |
| JP2013081906A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | イオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法 |
| CZ28729U1 (cs) * | 2015-07-27 | 2015-10-19 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Zařízení pro předpověď životnosti ionexů dynamickou metodou |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015520A3 (cs) | 2017-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4332649A (en) | Method of polishing glass ware with sulfuric acid and hydrofluoric acid | |
| US20240189808A1 (en) | System and method for regenerating and restoring kinetic properties of resin | |
| CN109158366B (zh) | 原位清洗工艺和原位清洗系统 | |
| US10287186B2 (en) | Regeneration of mixed bed resins | |
| CZ306415B6 (cs) | Způsob předpovědi životnosti ionexů dynamickou metodou a zařízení k provádění způsobu | |
| CZ28729U1 (cs) | Zařízení pro předpověď životnosti ionexů dynamickou metodou | |
| TWI804549B (zh) | 電鍍系統 | |
| TW202310926A (zh) | 離子交換裝置的運轉方法 | |
| CN112666227A (zh) | 一种全自动氢电导率检测及诊断装置 | |
| CN214781578U (zh) | 一种可延缓设备腐蚀的在线环丁砜脱氯系统 | |
| JP2016097335A (ja) | イオン交換樹脂の再生・評価方法及び再生・評価装置 | |
| CN104815704B (zh) | 一种和氯化稀土交换催化裂化废催化剂复活方法 | |
| JP6565076B2 (ja) | 塩分測定方法 | |
| CN216419429U (zh) | 一种离子交换树脂转型再生批量处理装置 | |
| Singare et al. | Study on Halide Ions Selectivity of Nuclear Grade Anion Exchange Resin Auchlite ARA-9366 | |
| CN104511451A (zh) | 一种核主泵制造过程中所用耗材的清洁度的控制方法及其检测方法 | |
| US20220034860A1 (en) | Ion conductivity filter and measurement system | |
| CN104815705B (zh) | 一种与SiCl4混合反应法催化裂化废催化剂的复活方法 | |
| JPH0743365B2 (ja) | 水処理装置の性能診断装置 | |
| CN104801353B (zh) | 焙烧与SiCl4混合反应催化裂化废催化剂的复活方法 | |
| RU45995U1 (ru) | Водоподготовительная установка | |
| CN117037944B (zh) | 一种氟化物吸附剂的用量确定方法和系统 | |
| RU2563278C2 (ru) | Способ регенерации загрузок фильтров смешанного действия | |
| CN217527516U (zh) | 一种全自动树脂再生装置 | |
| TW201945295A (zh) | 自氫氟酸溶液生成氟化鈉及氟鋁酸鈉晶體之二次結晶系統及其結晶操作控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230727 |