DE102010034966B4

DE102010034966B4 - Ionentauscher

Info

Publication number: DE102010034966B4
Application number: DE102010034966.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schewe
Original assignee: Kleemeier Schewe and Co KSH GmbH
Current assignee: Kleemeier Schewe and Co KSH GmbH
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: DE102010034966A1

Abstract

Ionentauscher zur Behandlung von Flüssigkeiten mit einem Flüssigkeitsbehälter (1), welcher einen Einlassabschnitt (1a) zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeit und einen Auslassabschnitt (1b) zum Abführen von in den Behälter (1) eingebrachter Flüssigkeit aufweist, wobei im Bereich des Auslassabschnitts (1b) eine erste Verteilereinrichtung (2) mit ersten Öffnungen (2a) vorgesehen ist, welche Flüssigkeit zu einem ersten Kanal (3) führen, der zum Ausleiten von aus dem Inneren des Flüssigkeitsbehälters (1) in die Öffnungen (2a) eintretenden Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter (1) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Verteilereinrichtung (4) mit zweiten Öffnungen (4a) vorgesehen ist, welche wenigstens teilweise so ausgelegt sind, dass sie beim Anströmen mit einer Flüssigkeit einen höheren Strömungswiderstand aufweisen als wenigstens ein Teil der ersten Öffnungen (2a), wobei die zweiten Öffnungen (4a) mit einem zweiten Kanal (5) kommunizieren, der zum Einleiten von Spülflüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter (1) ausgelegt ist, wobei die Verteilereinrichtungen (2, 4) durch die Behälteröffnungen (1a, 1b) montierbar sind, indem die Teile der Verteilereinrichtungen (2, 4) in den Behälter eingebracht werden und in diesem Behälter zu den Verteilereinrichtungen (2, 4) zusammengesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ionentauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere bei der Enthärtung oder Demineralisierung von Wasser, werden Ionentauscher eingesetzt. Diese weisen einen Flüssigkeitsbehälter auf, in dem die zu behandelnde Flüssigkeit das in der Regel als Schüttung vorliegende Ionentauschermedium durchströmt. Das Ionentauschermedium muss in der Regel in Intervallen regeneriert werden. Zur Regeneration wird das Ionentauschermedium mit einer Regenerationsflüssigkeit durchströmt. Dieser Vorgang wird im Folgenden, unabhängig von den oftmals konstruktiv bedingten Strömungsrichtungen, als Rückspülung bezeichnet.
Bei der Rückspülung des Behälters muss die Regenerationsflüssigkeit so homogen wie möglich in dem Behälter verteilt werden, um das gewünschte Ergebnis mit einem möglichst geringen Verbrauch von Regenerationsflüssigkeit zu erzielen. Hierzu werden in der Regel sogenannte Düsenplatten im Behälter eingebaut, welche im Innern des Behälters mit der Behälterwandung verbunden werden. Das Einbringen von Düsenplatten muss bei der Herstellung des Behälters vorgenommen werden. Die Herstellung solcher Behälter mit einer solchen Trennschicht ist teuer. Daher werden derartige Behälter nur bei großen Anlagen verbaut, bei kleinen Ionentauschern wird der erhöhte Regenerationsflüssigkeitsverbrauch in Kauf genommen.
Die DE 30 46 665 A1 offenbart einen Ionentauscher, bei dem die Regenerationsflüssigkeit durch eine zweite Verteileinrichtung in den Ionentauscher eingebracht werden kann. Durch diese weitere Verteileinrichtung kann zwar die Regenerationsflüssigkeit im Behälter verteilt und die Kosten für die Regenerationsflüssigkeit gesenkt werden, jedoch ist hierfür die Montage eines Doppelbodens in dem Behälter des dortigen Ionentauschers notwendig. Dieser Doppelboden ist mit den Wänden des Behälters verschweißt, was letztendlich eine aufwendige und teure Gesamtkonstruktion und insbesondere einen verhältnismäßig teuren Behälter mit sich bringt.
Weiterhin offenbart die EP 0 330 623 A1 einen Ionentauscher, der mittels eines Gegenstromschließsystems eine gleichmäßigere Verteilung des Regenerationsmediums im Ionentauschermedium bewirkt. Doch auch bei diesem Ionentauscher sind zur Realisierung einer besseren Verteilung des Regenerationsmediums konstruktiv aufwendige Zwischenböden im Behälter erforderlich, die eine aufwendige und teure Herstellung des Behälters bedingen.
Schließlich zeigt die DE 43 06 426 A1 einen Ionentauscher, bei dem Flüssigkeiten durch einen Düsenstern zugeführt werden. Dabei erfolgt die Zuführung sämtlicher Medien, d. h. sowohl die zu behandelnde Flüssigkeit als auch die Regenerationsflüssigkeit durch diesen Düsenstern. Nachteilig dabei ist, dass eine Durchmischung der Medien im Düsenstern stattfindet, so dass es zu Verlusten durch die Vermischung von Regenerationsmedium und zu behandelndem Medium kommt, da beim Umsteuern zwischen Betriebs- und Regenerationszyklen Flüssigkeitsmischungen anfallen, die nicht weiter verwendet werden können und ggf. sogar kostenintensiv entsorgt werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ionentauscher der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem auf eine Düsenplatte vollständig verzichtet werden kann, der einen kostengünstigen Behälter und gleichzeitig einen niedrigen Verbrauch an Regenationsflüssigkeit ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Ionentauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu einer üblichen Verteilereinrichtung eine weitere Verteilereinrichtung verwendet, deren einzelne Flüssigkeitsaustrittstellen gegenüber denen der üblichen Verteilereinrichtung einen erhöhten Strömungswiderstand im Falle der Anströmung durch Flüssigkeiten aufweisen. Dies kann im einfachsten Fall erreicht werden, indem die weitere Verteilereinrichtung Ein- bzw. Ausströmöffnungen mit kleinerem Querschnitt aufweist als dies bei der ersten Verteilereinrichtung der Fall ist.
Die Rückspülung erfolgt dann unter Umgehung der ersten Verteilereinrichtung lediglich über die zweite Verteilereinrichtung. Wichtig dabei ist, dass die weitere Verteilereinrichtung einen höheren Strömungswiderstand aufweist als die erste Verteilereinrichtung, so dass bei der Rückspülung mit Regenerationsflüssigkeit durch die zweite Verteilereinrichtung ein relativ hoher Druckabfall im Bereich der einzelnen Austrittsstellen erfolgt, der dafür sorgt, dass die aus den Öffnungen der Verteilereinrichtung austretende Flüssigkeit wesentlich besser im Behälter verteilt wird.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass man mit vorhandenen Bauteilen, nämlich vorhandener Verteilereinrichtungen, durch das Vorsehen zweier Einrichtungen die bisherigen Düsenplatten vollständig ersetzen kann. Zudem können solche Einrichtungen bei den bestehenden Behältern zur Wartung ausgebaut oder einfach nachgerüstet werden, was bislang mit Düsenplatten nicht möglich war. Zudem ist es möglich, die Verteilereinrichtungen von außerhalb des Behälters mit geeigneten Armaturen anzusteuern, was die Handhabung erleichtert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 schematisch näher erläutert.
1 – zeigt eine Schnittansicht durch einen Ionentauscher nach der vorliegenden Erfindung,
2A – zeigt eine erste Filterdüse einer beispielhaften Verteilereinrichtung in perspektivischer Ansicht,
2B und 2C – zeigen eine weitere Filterdüse einer beispielhaften Verteilereinrichtung in perspektivischer Ansicht,
3 – zeigt einen vergrößerten Ausschnitt im Ablaufbereich der 1 beim Ablaufbetrieb,
4 – zeigt denselben Ausschnitt wie 3 im Rückspülbetrieb.
Der in 1 beispielhaft im Schnitt dargestellte Ionentauscher weist einen Flüssigkeitsbehälter 1 (im Folgenden kurz „Behälter”) auf, welcher im oberen Bereich einen Einlassabschnitt 1a und im unteren Bereich einen Auslassabschnitt 1b aufweist. Am Einlassabschnitt 1a ist beispielsweise eine Verteilereinrichtung vorgesehen, über welche die einlaufende Flüssigkeit in den Behälter 1 verteilt abgegeben werden kann. Im Bereich des Auslassabschnittes 1b sind eine erste Verteilereinrichtung 2 und eine zweite Verteilereinrichtung 4 vorgesehen. Im gezeigten Beispiel sind die Verteilereinrichtungen aus einem Sockelelement 2c, 4c und einer Mehrzahl daran angebrachter Filterdüsen 2b, 4b gebildet, wie sie in den 2A bis 2C exemplarisch dargestellt sind.
Der Einsatz derartiger Filterdüsen als Bestandteil der Verteilereinrichtungen ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da sie als Standardbauteile günstig bezogen werden können. Prinzipiell ist aber auch die Gestaltung der Verteilereinrichtung auf andere Weise denkbar, solange nur das Kriterium der unterschiedlichen Druckverluste bzw. Strömungswiderstände der Austrittsstellen erfüllt ist. Die dargestellten Filterdüsen 2b und 4b weisen hierfür unterschiedlich große Bohrungen 2a und 4a auf, wobei die Bohrungen 4a, die dem Austritt der Rückspülflüssigkeit dienen, mit signifikant geringerem Durchmesser ausgeführt sind als die Bohrungen 2a, die dem Aus- oder Eintritt der aufzubereitenden Flüssigkeit dienen.
Der in 1 beispielhaft dargestellte Behälter kann in einfacher Weise durch Kunststoff hergestellt sein. Dabei ist es möglich, den Behälter einstückig auszuführen, da die Montage der dargestellten beispielhaften Verteilereinrichtungen im gezeigten Fall durch die Öffnungen 1a und 1b erfolgen kann, indem die Teile der Verteilereinrichtungen in den Behälter eingebracht werden und in diesen Behälter zu den Verteilereinrichtungen 2 und 4 zusammengesetzt werden, wobei die hierfür notwendige Manipulation der Teile der Verteilereinrichtungen 2 und 4 bzw. einer weiteren Verteilereinrichtung am anderen Behälterende durch die Behälteröffnungen 1a und 1b stattfindet.
Der beispielhaft dargestellte Ionentauscher kann im Aufbereitungsbetrieb in beide Richtungen durchspült werden. Im Regenerationsbetrieb findet die Rückspülung von der Verteilereinrichtung 4 kommend statt. Im gezeigten Fall kann das Rückspülmedium durch eine weitere Verteilereinrichtung 6 aus dem Behälter geführt werden.
In 3 ist schematisch die Situation dargestellt, dass im Aufbereitungsbetrieb das aufzubereitende flüssige Medium den beispielhaften Behälter von der Verteilereinrichtung 6 kommend zu den Verteilereinrichtungen 2 und 4 hin durchströmt. Das aufzubereitende Medium wird im dargestellten Fall sowohl durch die Verteilereinrichtung 2 als auch durch die Verteilereinrichtung 4 aus dem Behälter abgeführt. Alternativ wäre aber auch ein Betrieb denkbar, bei dem die Abfuhr des aufzubereitenden Mediums lediglich über die Verteilereinrichtung 2 erfolgt.
Um die getrennte Ansteuerung der beiden Verteilereinrichtungen 2 und 4 zu ermöglichen, sind die beiden Kanäle 3 und 5 vorgesehen, von denen der Kanal 3 zur Verteilereinrichtung 2 und der Kanal 5 zur Verteilereinrichtung 4 führt. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Kanäle vorteilhafter Weise konzentrisch ausgeführt und innerhalb der Sockelabschnitte 2c und 4c der Verteilereinrichtungen 2 und 4 angeordnet, wobei vorteilhafter Weise der Kanal 5, der auch für das Regenerationsmedium genutzt wird, im untersten Bereich des Sockelabschnitts 4c der Verteilereinrichtung 4 Austrittsstellen 4e aufweist, die es ermöglichen, auch unterhalb der Verteilereinrichtung 4 liegende Volumina 1c mit Regenerations- bzw. aufzubereitender Flüssigkeit zu durchströmen und damit ein potentielles Totvolumen an dieser Stelle zu vermeiden.
Durch die getrennten Zulaufkanäle kann die Ansteuerung in einfacher Weise über externe Ventile herkömmlicher Bauart erfolgen, wobei vorteilhafter Weise die Rückspülung ausschließlich durch den Kanal 5 stattfindet. Die beiden Kanäle werden im gezeigten Beispiel in einfacher Weise derart realisiert, dass ein Trennelement 7 vorgesehen ist, welches den Raum innerhalb der Sockelabschnitte 2c und 4c in die beiden Kanäle 3 und 5 aufteilt.
Bei der geometrischen Ausgestaltung der Verteilerelemente ist wesentlich, dass diese eine zweidimensionale Erstreckung, die im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung im Behälter 1 verläuft, aufweisen und dabei möglichst die gesamte oder einen größtmöglichen Teil der Querschnittsfläche des Behälters rechtwinklig zur Strömungsrichtung mit ihrer räumlichen Ausdehnung erfassen. Im gezeigten Beispiel wird dies dadurch realisiert, dass die stabförmigen Filterdüsen 2b und 4b sternförmig an den Sockelabschnitten 2c und 4c angeordnet sind. Dabei sind die stabförmigen Filterdüsen im gezeigten Beispiel vorteilhafter Weise mit den Sockelelementen 2c und 4c verschraubbar ausgebildet, was das Einführen der Einzelteile der Verteilereinrichtungen 2 und 4 in den Behälter 1 durch die Öffnung 1b und deren Zusammenbau im Inneren des Behälters erheblich vereinfacht.

Claims

Ionentauscher zur Behandlung von Flüssigkeiten mit einem Flüssigkeitsbehälter (1), welcher einen Einlassabschnitt (1a) zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeit und einen Auslassabschnitt (1b) zum Abführen von in den Behälter (1) eingebrachter Flüssigkeit aufweist, wobei im Bereich des Auslassabschnitts (1b) eine erste Verteilereinrichtung (2) mit ersten Öffnungen (2a) vorgesehen ist, welche Flüssigkeit zu einem ersten Kanal (3) führen, der zum Ausleiten von aus dem Inneren des Flüssigkeitsbehälters (1) in die Öffnungen (2a) eintretenden Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter (1) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Verteilereinrichtung (4) mit zweiten Öffnungen (4a) vorgesehen ist, welche wenigstens teilweise so ausgelegt sind, dass sie beim Anströmen mit einer Flüssigkeit einen höheren Strömungswiderstand aufweisen als wenigstens ein Teil der ersten Öffnungen (2a), wobei die zweiten Öffnungen (4a) mit einem zweiten Kanal (5) kommunizieren, der zum Einleiten von Spülflüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter (1) ausgelegt ist, wobei die Verteilereinrichtungen (2, 4) durch die Behälteröffnungen (1a, 1b) montierbar sind, indem die Teile der Verteilereinrichtungen (2, 4) in den Behälter eingebracht werden und in diesem Behälter zu den Verteilereinrichtungen (2, 4) zusammengesetzt werden.
Ionentauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Öffnungen wenigstens teilweise einen geringeren Querschnitt aufweisen als die ersten Öffnungen (2a).
Ionentauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (3) zur Rückspülung mit einer Regenerationsflüssigkeit so absperrbar ausgebildet ist, dass die Rückspülung ausschließlich über den zweiten Kanal (5) erfolgt.
Ionentauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (3) und der zweite Kanal (5) voneinander getrennt sind.
Ionentauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilereinrichtung (2) und/oder die zweite Verteilereinrichtung (4) jeweils eine oder eine Mehrzahl Filterdüsen (2b, 4b) aufweisen.
Ionentauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterdüsen (2b, 4b) der ersten und/oder zweiten Verteilereinrichtung (2, 4) an einem Sockelabschnitt (2c, 4c) der ersten und/oder zweiten Verteilereinrichtung (2, 4) angeordnet sind.
Ionentauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockelabschnitt (2c) der ersten Verteilereinrichtung und der Sockelabschnitt (4c) der zweiten Verteilereinrichtung miteinander verbindbar oder verbunden sind, wobei sie jeweils Kanalabschnitte (2d, 4d) aufweisen, welche Teile des ersten Kanals (3) bilden.
Ionentauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten und zweiten Sockelabschnitts (2c, 4c) ein Trennelement (7, 7a) vorgesehen ist, welches einen innerhalb der Sockelabschnitte (2c, 4c) ausgebildeten Raum so aufteilt, dass daraus der erste Kanal (3) und der zweite Kanal (5) gebildet werden.
Ionentauscher nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterdüsen (2b, 4b) sternförmig angeordnet sind.