DD280261A1

DD280261A1 - COMPOUND REACTOR FOR ION EXCHANGE PROCESSES FOR OBTAINING PARTICLE-FREE DEIONIZED WATER

Info

Publication number: DD280261A1
Application number: DD89326395A
Authority: DD
Inventors: Juergen Engler
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-07-04
Also published as: DE3937689A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundreaktor fuer Ionenaustauschprozesse zur Gewinnung von partikelfreiem deionisiertem Wasser. Als bekannte Elemente schliesst er ein Reaktionsrohr, einen Reaktordeckel und einen Reaktorboden ein. Erfindungsgemaess ist vorgesehen: Im Deckel und/oder im Boden ist eine Filtervorrichtung angeordnet. Der die Filtervorrichtung aufnehmende Deckel oder Boden ist aus einem Flansch mit Entlueftungsbohrung und aufgesetztem Entlueftungsventil und einem Filtergehaeuse aufgebaut. Die Filtervorrichtung besteht aus in Stroemungsrichtung aufeinanderliegenden Schichten einer Rueckstausicherung, eines Planfilters und eines Filterstuetzbodens. Zwischen dem Flansch und dem Filtergehaeuse sind Dichtungsringe angeordnet. Die Flansche bzw. der Flansch und der gegenueberliegende Boden oder Deckel sind miteinander verspannt. Das Filtergehaeuse ist loesbar mit dem Flansch verbunden. Diese Loesung vereinigt Ionenaustauschkammer und Filter in sich, ist kompakt aufgebaut, mit geringen Material- und Fertigungskosten herstellbar, leicht bedienbar und zu warten und wenig stoeranfaellig. FigurThe invention relates to a composite reactor for ion exchange processes for the production of particle-free deionized water. As known elements, it includes a reaction tube, a reactor lid and a reactor bottom. According to the invention, a filter device is arranged in the lid and / or in the bottom. The lid or bottom receiving the filter device is constructed of a flange with venting hole and attached vent valve and a filter housing. The filter device consists of superimposed layers in the flow direction of a backpressure protection, a plan filter and a filter support bottom. Between the flange and the Filtergehaeuse sealing rings are arranged. The flanges or the flange and the opposite bottom or lid are clamped together. The Filtergehaeuse is loesbar connected to the flange. This solution combines ion exchange chamber and filter in itself, is compact, with low material and manufacturing costs to produce, easy to use and to maintain and less disturbing. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Verbundreaktor für lonenaustauschprozesse, insbesondere zur Herstellung von partikelfreiem deionisiertem Wasser aus Rohwasser unter Labor- und kleintechnischen Bedingungen.The invention relates to a composite reactor for ion exchange processes, in particular for the production of particle-free deionized water from raw water under laboratory and small-scale technical conditions.

Characteristic of the known state of the art

lonenaustauschreaktoren werden gewöhnlich in Vertikalbauweise ausgeführt. Der oder die rohrförmigen Reaktionsräume, die die lonenaustauscherfüllung enthalten, sind mit einem abnehmbaren Deckel und einem lösbaren Boden abgeschlossen. Diese Verschlußteile sind meist als ebene oder gewölbte Flansche ausgebildet. Industriell werden die lonenaustauschapparate als Einzelreaktoren für de Wasseraufbereitung nach dem Mischbettverfahren, zur Wasserenthärtung, zum Werkstoffrecycliiig oder als Mehrfachreaklornn für die Wasservollentsalzung nach dem Getrenntbettverfahren sowie für die Schadstotfeliminierung bzw. Werkstoffrückgewinnung aus Flüssigkeiten gefertigt. Weiterhin sind Apparate bekannt, die mehrere lonenaustauscherreaktoren in Reihenschaltung p.ahalten und somit eine Kombination von Getrenntbett- und Mischbettverfahren bilden, die hauptsächlich zur Totalentsolzung von Waser eingesetzt werden.Ion exchange reactors are usually carried out in vertical construction. The one or more tubular reaction spaces containing the ion exchange fill are terminated with a removable lid and a removable bottom. These closure parts are usually formed as a flat or curved flanges. Industrially, the ion exchangers are manufactured as individual reactors for water treatment by the mixed bed process, water softening, material recycling or Mehrreaklornn for the water desalination by the separate bed process as well as for Schadstotfelimination or material recovery from liquids. Furthermore, apparatuses are known which contain a plurality of ion exchanger reactors in series and thus form a combination of separate bed and mixed bed processes, which are mainly used for the total recovery of water.

Moderne Geräte zur Herstellung von Wasser mit hoher Reinheit aus Trinkw3sser oder vorgereinigtem Wasser enthalten neben der apparativen Ausrüstung für den lonenaustauschprozeß häufig noch zusätzliche Verfahrensstufen, um den Anwenderforderungen hinsichtlich der Reinheit des Wassers entsprechen zu können. Hierzu gehören die Kombinationen der lonenaustauscherreaktoren mit Vorrichtungen zur Vorfiltration, zur Schichtenfiltration, mit Apparaten zur Wasserreinigung nach dem Umkehrosmoseverfahren, mit UV-Entkeimungsanlagen sowie Vorrichtungen zur Feinstfiltration. Realisiert werden derartige Kombinationsverfahren durch die Serienschaltung von einzelnen und separat funktionsfähigen Einheiten für die jeweiligen Verfahrensstufen bzw. Teilprozesse. Ein großes anwendungstechnisches Gewicht besitzen dabei Anordnungen für die Herstellung von partikelfreiem deionisiertem Wasser, die Einzelapparate für den Ionenaustausch und die Feinstfiltration mit Ultrafiltern oder geeigneten Membranen aufweisen.Modern devices for the production of high purity water from drinking water or prepurified water often contain, in addition to the apparatus equipment for the ion exchange process, additional process stages in order to be able to meet the user requirements with regard to the purity of the water. These include the combinations of the ion exchanger reactors with devices for prefiltration, for layer filtration, with apparatuses for water purification by the reverse osmosis process, with UV sterilization systems and devices for ultrafine filtration. Such combination methods are realized by the series connection of individual and separately functional units for the respective process stages or sub-processes. A large application technology weight have arrangements for the production of particle-free deionized water, the individual apparatuses for ion exchange and ultrafine filtration with ultrafilters or suitable membranes have.

Der Aufbau solcher Anordnungen aus separaten Funktionseinheiten erfordert starre und/oder flexible Druckleitungen zwischen den Anschlußstutzen der Einzelapparate und gesonderte Halterungen und Befestigungselemente für diese. Der Flächen- und Raumbedcrf ist beträchtlich. Dei Zugang zu den einzelnen Funktionselementen is' erschwert und bedingt auch eine komplizierte Bedienung und Wartung solcher Anlagen. Die Störanfälligkeit ist ziemlich hoch.The construction of such arrangements of separate functional units requires rigid and / or flexible pressure conduits between the sockets of the individual apparatuses and separate brackets and fasteners therefor. The area and space requirement is considerable. Access to the individual functional elements is difficult and requires complicated operation and maintenance of such systems. The susceptibility is quite high.

Object of the invention

Die Erfindung hat den Zweck, den Material- und Herstellungsaufwand zu senken, den Raumbedarf einzuschränken, die Bedienung und Wartung zu erleichtern und die Störanfälligkeit zu reduzieren.The invention has the purpose to reduce the material and manufacturing costs, to limit the space requirement, to facilitate the operation and maintenance and to reduce the susceptibility to interference.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Verbundreaktor zur Gewinnung von partikelfreiem deionisiertem Wasser zu entwickeln, der lonenaustauschkammer und Filteranordnungen in sich vereinigt, ohne Verbindungsleitungen, Halterungen und Befestigungselemente auskommt, mit geringen Material- 'jnd Fertigungskosten herstellbar ist, leicht bedient und gewartet werden kann und eine geringe Störanfälligkeit aufweist.The invention had the object of developing a composite reactor for the production of particle-free deionized water, the ion exchange chamber and filter assemblies combined in itself, manages without connecting lines, brackets and fasteners, with low material 'and manufacturing costs can be produced, easily operated and maintained and has a low susceptibility to interference.

Die Lösung dieser Aufgabe schließt als bekanntes Element ein zwischen einem Reaktorboden und einem Reaktordeckel eingefaßtes vertikales Reaktionsrohr ein.The solution to this problem includes, as a known element, a vertical reaction tube enclosed between a reactor bottom and a reactor cover.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen:According to the invention, it is provided:

Im Reaktordeckel und/orlor im Reaktorboden ist eine Filtervorrichtung angeordnet. Der die Filtervorrichtung aufnehmende Reaktordeckel oder -boden ist aus einem Flansch .nit Entlüftungsbohrung und aufgesetztem Entlüftungsventil und einem Filtergehäuse aufgebaut. Die Fahrvorrichtung besteht aus in Strömungsrichtung aufeinanderliegender! Schichten einer Rückstausicherung, eines Plant* .ors und eines Hlterstützbodens. Zwischen dem Flansch und dem Filtergehäuse sind Dichtungsringe angeordnet. Die Flansche bzw. der Flansch und der gegenüberliegende Reaktorabschluß (Boden oder Deckel) sind miteinander verspannt. Das Filtergehäuse ist lösbar mit dem Flansch verbunden.In the reactor lid and / orlor in the reactor bottom, a filter device is arranged. The reactor cover or bottom receiving the filter device is constructed from a flange with vent hole and attached vent valve and a filter housing. The driving device consists of one another in the direction of flow! Layers of a backwater protection, a plant * gate and a support floor. Between the flange and the filter housing sealing rings are arranged. The flanges or the flange and the opposite reactor end (bottom or lid) are clamped together. The filter housing is detachably connected to the flange.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Merkmale werden in einem Ausführungsbeispiel erläutert.Advantageous embodiments of these features will be explained in one embodiment.

embodiment

Die zugehörige Zeichnung zeigt den Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgeführten Verbundreaktor. Das den Reaktorraum seitlich eingrenzende Reaktionsrohr 1 ist mit seinen Rändern oben in den Grundflansch 2 und unten in den Reaktorboden 3 eingefaßt Auf dem Grundflansch 2 sitzt vermittels eines Dichtungsringes 4 der Zwischenflansch 5. Reaktorboden 3 und Zwischenflansch 5 sind durch Spannstäbe 6 und Muttern 7 miteinander verspannt. Zwischen den Rändern des Reaktionsrohres 1 und eiern Grundflansch 2 sowie dem Reaktorboden 3 befinden sich Dichtungen 8. Der Zulaufstutzeii 9 im Reaktorboden 3 ist gegen den mit einem Ionenaustauschharz 10 gefüllten Reaktorraum durch einen Düsenboden 1 I abgeschlossen.The accompanying drawing shows the longitudinal section through an inventively designed composite reactor. On the base flange 2 is seated by means of a sealing ring 4 of the intermediate flange 5. Reactor bottom 3 and intermediate flange 5 are clamped together by tie rods 6 and nuts 7 with each other , Between the edges of the reaction tube 1 and egg base flange 2 and the reactor bottom 3 are seals 8. The Zulaufstutzeii 9 in the reactor bottom 3 is closed against the filled with an ion exchange resin 10 reactor space through a nozzle bottom 1 I.

Der Zwischenflansch 5 besitzt mindestens eine seitlich nach außen führende Entlüftungsbohrung 12 n~.it von außen aufgesetztem Entlüftungsventil 13. Auf ihn ist vermittels Spannschrauben 14 das Filtergehäuse 15 aufgeschraubt. In einander zugewandte Aussparungen der Innenkanten des Zwischenflansches 5 und des Filtergehäuses 15 ist die Filtervorrichtung eingesetzt, die aus in Strömungsrichtung aufeinanderliegender! Schichten einer Rückstausicherung 16, eines Planfilters 17 und eines Filterstützbodens i 8 aufgebaut ist. Daraus ergibt sich die Lagezuordnung, daß die Ränder der Rückstausicherung 16 in der Aussparung des Zwischenflansches 5 und die Ränder des Filterstützbodens 18 in der Aussparung des Filtergehäuses 15 liegen. Der Rand des Planfilters 17 ist dagegen zwischen den Dichtungsringen 19, 20 des Zwischenflansches 5 und des Filtergehäuses 15eingepreßt. Der Raum 22zwischendem Filterstützboden 18 und dem Ablaufstutzen 21 im Filtergehäuse 15 ist kegelstumpfförmig ausgebildet.The intermediate flange 5 has at least one laterally outwardly leading vent hole 12 n ~ .it placed on the outside vent valve 13 on it by means of clamping screws 14, the filter housing 15 is screwed. In mutually facing recesses of the inner edges of the intermediate flange 5 and the filter housing 15, the filter device is used, which is superposed in the flow direction! Layers of a backflow protection 16, a plan filter 17 and a filter support floor i 8 is constructed. This results in the situation assignment that the edges of the backwater protection 16 in the recess of the intermediate flange 5 and the edges of the filter support base 18 in the recess of the filter housing 15 are. By contrast, the edge of the plan filter 17 is pressed in between the sealing rings 19, 20 of the intermediate flange 5 and of the filter housing 15. The space 22between the filter support bottom 18 and the outlet nozzle 21 in the filter housing 15 is frusto-conical.

In anderen Ausführungen s^;nd die Hückstausicherung 16 und der Filterstützboden 18 fest und unlösbar mit dem Zwischenflansch 5 oder dem Filtergehäuse 15 verbunden. Eine andere Konzeption sieht als Filtervorrichtung eine Filterkerze vor, die in einer Halterung des Zwischenflansches 5 eingesetzt ist. Schließlich ist eine Ausführung mit einem Reaktorboden möglich, der den gleichen Aufbau wie der oben beschriebene Reaktordeckel 2,5,15 aufweist. Ein solcher Verbundreaktor ist dann mit zwei Filtervorrichtungen 16,17,18 ausgestattet.In other versions s ^; nd the Hückstausicherung 16 and the filter support base 18 fixed and permanently connected to the intermediate flange 5 or the filter housing 15. Another concept provides as a filter device before a filter cartridge, which is inserted in a holder of the intermediate flange 5. Finally, an embodiment with a reactor bottom is possible which has the same construction as the reactor cover 2, 5, 15 described above. Such a composite reactor is then equipped with two filter devices 16,17,18.

Der beschriebene Verbundreaktor besitzt folgende Wirkungsweise:The described composite reactor has the following mode of action:

Das lonenaustauscherharz 10 setzt sich aus Kationit- und Anionitaustauscherpartikeln in etwa stöchiometrischem Verhältnis der Austauscherkapazitäten zusammen und wirkt dadurch als Mischbettaustauscher. Das aufzubi ireitende Wasser strömt über den Zulautstutzen 9 durch den Düsenboden 11 hindurchtre'^nd durch das lononaustauscherharz 10. Dabei werden die in dem Wasser enthaltenen Kationen an den Kationenaustauscherpartikeln gegen Hydroniumionen und die Anionen cn den Anionenaustauscherpartikeln gegen Hydroxylionen ausgetauscht. Aus dan dabei gebildeten Hydroniumionen und Hydroxyiionen entsteht Wasser. Durch diese parallel ablaufenden chemischen Reaktionen wird oberhalb des Ionenaustausch^; harzes 10 ein total entsalztes Wasser gewonnen. Dieses durchströmt die Rückstausichel ung 16, das Planfilter 17 und den Filterstützboden 18. Da als Planfilter 17 Membranfilter mit Porenweiten in der Größenordnung von 0,2...0,45mm eingelegt sind, entsteht ein partikelfreies Reinstwasser, welches beispielsweise in der Spurenanalytik, Medizin und Mikrcelektronik für die verschiedensten Prozesse eingesetzt wird. Es verläßt durch den Ablaufstutzen 21 den Verbundieaktor.The ion exchange resin 10 is composed of Kationit- and Anionitaustauscherpartikeln in approximately stoichiometric ratio of the exchange capacities and thereby acts as a mixed bed exchanger. The aufzubi irrigating water flows through the Zulautstutzen 9 through the nozzle bottom 11 hindurchtre 'nd ndnd by the ion exchange resin 10. The cations contained in the water are exchanged on the cation exchange particles for hydronium ions and the anions cn the anion exchange particles to hydroxyl ions. The resulting hydronium ions and hydroxy ions form water. Due to these parallel chemical reactions above the ion exchange ^; resin 10 a totally desalinated water won. This flows through the Rückstausichel ung 16, the plan filter 17 and the filter support bottom 18. Since plan filter 17 membrane filter with pore widths in the order of 0.2 ... 0.45mm are inserted, creates a particle-free ultrapure water, which, for example, in trace analysis, medicine and microelectronics is used for a wide variety of processes. It leaves through the outlet pipe 21 the Verbundieaktor.

Claims

1. Composite reactor for ion exchange processes for the production of particle-free deionized water mi. a vertical reaction tube enclosed between the reactor bottom and the reactor cover, characterized in that a filter device (16, 17, 18) is arranged in the reactor cover (2, 5, 15) and / or reactor bottom (3), which supports the filter device (16, 17) , 18) receiving reactor cover (2, 5,15) or floor (3) of a flange (2, 5) with vent hole (12) and mounted vent valve (13) and a filter housing (15) is constructed, the filter device of Between the flange (5) and the filter housing (15) sealing rings (19, 20) are arranged, the flanges (2, 5 ) or the flange (2, 5) and the opposite reactor end (3, 2, 5) are clamped together and the filter housing (15) is detachably connected to the flange (2.5).

2. Composite reactor for ion exchange processes according to claim 1, characterized in that the flange is made in two parts from a the edge of the reaction tube (1) receiving the base flange (2) and provided with the vent hole (12) intermediate flange (5) and between the two parts ( 2, 5) a sealing ring (4) is inserted.

3. Composite reactor for ion exchange processes according to claim 1 and 2, characterized in that the backflow protection (16) and the filter support base (18) are loosely inserted into recesses of the filter housing (15) and / or the Zwischenf'ansches (5).

4. Verbundredktor for ion exchange processes according to claim 1 and 2, characterized in that the backflow protection (16) and the filter support base (18) are fixed and permanently connected to the intermediate flange (5) or the filter housing (15).

5. composite reactor for ion exchange processes according to claim 1 and 2, characterized in that the filter device (16,17,18) is designed as a filter candle, which is inserted into a holder of the intermediate flange (5).

6. Composite reactor for ion exchange processes according to claim 1, 2 and 3 or 4 or 5, characterized in that the space (22) between the filter device (16,17,18) and the neck (21) of the filter housing (15) is frusto-conical ,