DE1051248B - Ionenaustauschfilter und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Ionenaustauschfilter und Verfahren zu dessen Betrieb

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DE1051248B
DE1051248B DEP17599A DEP0017599A DE1051248B DE 1051248 B DE1051248 B DE 1051248B DE P17599 A DEP17599 A DE P17599A DE P0017599 A DEP0017599 A DE P0017599A DE 1051248 B DE1051248 B DE 1051248B
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DE
Germany
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filter
exchanger
ion exchange
filling
valve
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Pending
Application number
DEP17599A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Chem Dr Karl Hofmann
Walter Klein
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PREUSSISCHE ELEK ZITAETS AG
Original Assignee
PREUSSISCHE ELEK ZITAETS AG
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Publication date
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Publication of DE1051248B publication Critical patent/DE1051248B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02Column or bed processes
    • B01J47/022Column or bed processes characterised by the construction of the column or container

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Description

  • Ionenaustauschfilter und Verfahren zu dessen Betrieb Die gebräuchlichen Ionenaustauschfilter werden bei der Beladung im allgemeinen von oben und bei der Regeneration von oben oder auch von unten beaufschlagt. D ie Erfindung betrifft einen Ionenaustauschfilter besonderer Bauart, das in einer Richtung beladen und in der umgekehrtenRichtung regeneriert wird.Bei dieser Betriebsweise eines Ionenaustauschfilters läßt sich der Chemikalienverbrauch beim Wiederbeleben auf die theoretisch erforderliche Menge senken und trotzdem ein vollkommener Austausch der gewünschten Ionen erzielen, da die Austauscherschicht, die beispielsweise zuerst von der Salzsäure durchflossen, also in jedem Fall vollkommen wiederbelebt, bei der anschließenden Beladung zuletzt vom Wasser durchströmt wird. Das sich einstellende Gleichgewicht zwischen dem das Filter verlassenden Wasser und den Austauscherteilchen ist vollkommen nach der Seite der Entbasung verlagert, und es muß theoretisch möglich sein, ohne einen Salzsäureüberschuß bei der Regeneration ein Wasser zu erzielen, das vollkommen frei von Natriumionen ist.
  • Voraussetzung für das Erreichen dieser Vorteile ist allerdings, daß die Austauscherteilchen während eines Arbeitsspiels vom Beginn der Wiederbelebung an bis zum Ende des anschließenden Beladungsvorgangs nicht umgelagert werden.
  • Wird ein Ionenaustauschfilter von unten nach oben durchströmt, dann tritt dabei eine Auflockerung der Füllung ein, die zu einer ungeregelten Bewegung, d. h. zu einer Verwirbelung und Umlagerung der Füllung führt. Diese Umschichtung läßt sich am einfachsten dadurch verhindern, daß das Ionenaustauschfilter in bekannter Weise auch oben durch einen wasserdurchlässigen, aber austauscherundurchlässigen Boden abgeschlossen wird und der Raum zwischen beiden Böden vollständig mit Austauscherteilchen gefüllt ist.
  • Die Ionenaustauscherteilchen besitzen aber einerseits, je nach Beladungszustand, ein unterschiedliches Volumen und dürfen andererseits nicht unter Druck stehen, ohne in ihrer Austauschfähigkeit nachzulassen bzw. zu zerfallen. Ein störungsfreier Gegensinnbetrieb ist also mit dieser einfachen Filterkonstruktion nicht zu erreichen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen, oben durch einen austauscherundurchlässigen Filterboden bekannter Rauart abgeschlossenen Filter wird die Umschichtung der Austauscherfüllung dadurch verhindert, daß ein im unteren Filterteil angebrachter austauscherdurchlässiger Lochboden die Umschichtung der Füllung zwischen dem oberen Filterboden und dem Lochboden verhindert. Wird das Filter von oben nach unten betrieben, dann ruht die Austauscherfüllung auf dem unteren Filterboden auf. Da der Raum zwischen beiden Filterböden bei größtmöglichem Volumen der Austauscherteilchen zu mindestens 950/0 mit Austau- scher gefüllt ist, reicht die Füllung bei einer üblichen Filterhöhe von 1 m bis etwa 5 cm unterhalb des oberen Filterbodens. Wird das Filter von unten nach oben in Betrieb genommen, dann schiebt sich die Austauscherfüllung so lange durch die Löcher des Zwischenbodens, bis die Füllung gegen den oberen Filterboden angepreßt wird. Durch die Erhöhung der Geschwindigleit im freien Querschnitt der Lochplatte wird ein Abregnen der Austauscherfüllung durch den Zwischenboden und damit die Umschichtung der Füllung verhindert. Die kritische Mindestgeschwindigkeit, bei der die Füllung noch sicher gegen den oberen Boden gepreßt wird, hängt selbstverständlich von der Art des Austauschers ab und beträgt z. B. für stark sauren Kationenaustauscher auf Styrolbasis 20 m/h und für stark basischen Anionenaustauscher auf Stvrolbasis 14 m/h. Solange diese Wassergeschwindigkeit im freien Ouerschnitt der Löcher des Zwischenbodens nicht unterschritten wird, kann das Filter von unten nach oben betrieben werden.
  • Die Lochplatte ist derart angebracht, daß der Raum über ihr mindestens genauso groß wie der unter ihr ist. Zweckmäßig beträgt der Abstand vom unteren Filterboden 30 cm.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Ionenaustausch filter enthält zwischen den beiden Filterböden a bekannter Bauart den Ionenaustauscher. Ein Abstaiid des in der Zeichnung als Lochplatte dargestellten Zwischenbodens b von 30 cm vom unteren Filterboden genügt, um einerseits die Volumenänderung der Austauscherfüllung aufzunehmen und andererseits die Entlüftung des Filters zu ermöglichen. Bei der Be ladung wird das Ventil c geöffnet, am Ventil d der gewünscht Durchsatz eingestellt, während alle anderen Ventile geschlossen sind, d.h., das Filter wird wie üblich angefahren und abgestellt.
  • NIuß die Austauscherfüllung regeneriert werden, dann werden die Ventile g und h (Entlüftung und Chemikalienablauf) geöffnet und das Filter iiber das voll geöffnete Ventil f, das die Verdünnungwassermenge für das Chemikal bei der gewünschten Regeneriergesclnvindigkeit durchläßt, und das entsprechend geöffnete Ventil e mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 cmlsec (auf den freien Querschnitt des Filters bezogen) beaufschlagt. Dabei preßt sich die Austauscherfüllung gegen den oberen Filterboden an, und der Raum zwischen dem Zwischenboden (Lochplatte b) und dem oberen Filterboden bleibt auch dann mit Austauscher gefüllt, wenn durch Schließen der Ven tile g und e der Durchsatz auf die Regenenergeschwin digkeit verringert wird. Nach Beendigung der Chemikal ienzugabe - der in der Zeichnung vorgesehene Injektor ist als Beispiel gedacht - und Schließen des Ventils 1 wird der wiederbelebte Austauscher wie üblich zunächst mit der Regeneriergeschwindigkeit vorgespült. Zum endgültigen Ausspülen des Chemikalienüberschusses wird das Ventil g geöffnet, das Ventil h geschlossen und die gewünschte Spülwassermenge mit dem Ventil e dosiert. Nach beendeter Spülung wird zunächst das Ventil f geschlossen, dann Ventil i geöffnet und möglichst rasch das Spülventil e geschlossen. Dann rieselt der Austauscher in der bereits geschilderten Weise in den Raum zwischen unterem Filterboden und der Lochplatte b, während das verdrängte Wasser über das Ventil i und den mit einem Entlüftungsrohr versehenen Schwanenhals ausfließt. Damit steht das Filter zum nächsten Arbeitsspiel bereit. Das Ventil k ist nur der Vollständigkeit halber mit aufgenommen worden und dient dazu, das Filter erforderlichenfalls einmal ganz entleeren zu können.
  • Im folgenden sei die Arbeitsweise eines derartigen Ionenaustauschfilters beschrieben. Das Filter, das von oben nach unten regeneriert und von unten nach oben beladen wurde, bestand aus einem Plexiglaszylinder von 450 mm Durchmesser und 1000 mm Tlöhe, der 20 cm oberhalb des unteren Filterbodens mit einer Lochplatte versehen war. Die Lochplatte enthält Löcher von 22 mm Durchmesser, die mit einem Lochabstand von 44 mm in der üblichen Weise an den Ecken gleichseitiger Dreiecke angeordnet waren. Damit beträgt der freie Querschnitt der Löcher etwa cin Fünftel des freien Querschnitts des Filters.
  • Das Versuchsfilter wurde als Anionen- und Entkieselungsfilter eingesetzt und verarbeitete das gleiche Wasser wie die Anionenstufe einer 1954 in Betrieb genommenen Vollentsalzungsanlage, deren Filter einen Durchmesser von 600 mm und eine Leistung von 5 tjh besitzen.
  • Das Filter und das Anionenfilter der Betriebsanlage konnten in einem Beladungsvorgang 130 t Wasser mit folgendem Anionengehalt verarbeiten: Chlorid (C1) .................. 5 bis 10 mg/l Sulfat (S 04) ................. 2 mg/l Kohlensäure (C 02) 5 mg/l Kieselsäure (SiO2) 35 ingIl Im Filterablauf war bei beiden Filtern kein Chlorid, kein Sulfat und keine Kohlensäure mehr nachspeisbar, während der Kieselsäuregehalt im Betriebsfilter auf 0,2 bis 0,3 mg/l, im Gegensinnfilter sogar auf 0,02 bis 0,05 mg/l herabgesetzt wurde.
  • Zur Wiederbelebung waren bei dem Betriebsfilter 0,22kg Natriumhydroxyd (NaOH)/t und bei dem Versuchsfilter nur 0,05 bis 0,06kg Na 0 Hit durchgesetztes Wasser erforderlich. Der Chemikalienverbrauch des Filters beträgt damit nur knapp 300/0 des Gleichstromfllters.
  • Das Betriebsfilter wird bei einer Nennleistung von 5 t/h mit einer Geschwindigkeit von knapp 18 m/h betrieben (auf den freien Filterquerschnitt bezogen); diese Geschwindigkeit kann ohne Qualitätsverschlechterung des ablaufenden Wassers bis auf 25 m/h gesteigert werden. Da die Austauschermasse ruht, kann bei geringerem Wasserbedarf die Geschwindigkeit beliebig gesenkt werden. Das Versuchsülter wurde mit den gleichen Geschwindigkeiten betrieben, was bei einer Geschwindigkeit von 25 m/h einer Erzeugung von knapp 4 t/h und bei 18 m/h von 2,8 t/h entspricht. Solange die Geschwindigkeit im freien Ouerschnitt der Löcher der Lochplatte, die das 4,5fache der auf den freien Filterquerschnitt bezogenen Geschwindigkeit beträgt, größer gehalten wurde als 14m/h (Leistung 0,5 t/h), lagert sich die Austauscherfüllung zwischen Lochboden und oberem Filterboden nicht um, und die Qualität des Wassers bleibt unverändert.
  • Es bat sich als zweckmäßig herausgestellt, das Gegenstromfilter bei Beginn der Durchströmung von unten nach oben mit hoher Leistung (Geschwindigkeit, auf den freien Filterquerschnitt bezogen 15 m/h, auf den freien Querschnitt der Lochplatte bezogen 70 70m/h) anzufahren, da dann die Austauscherfüllung sehr rasch und ohne jede Umschichtung der Füllung gegen den oberen Filterboden angepreßt wird.
  • Ohne den Lochboden kann das Filter nicht ohne Umschichtung der Füllung von unten nach oben angefahren werden.
  • So das von unten nach oben durchströmte Filter abgestellt werden, dann wird bei einem einfachen Schließen des Eintrittsventils das unterhalb des Lochbodens befindliche Wasser durch die Austauscherfüllung nach oben steigen und dabei die Füllung umschichten. Diese Umlagerung der Austauscherteilchen beim Abstellen wird dadurch vermieden, daß das im unteren Filterteil befindliche Wasser nach Schließen des Eintrittsventils iiber ein Ablaßventil am Boden des Filters abgelassen wird, wobei ein Schwanenhals das Leerlaufen des Filters verhindert.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Ionenaustauschfilter mit einem unteren und einem oberen Filterboden, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Filterteil eine Lochplatte, durch deren Löcher der Austauscher durchtreten kann, angeordnet ist.
  2. 2. Verfahren zum Betrieb des lonenaustauschfilters nach Anspruch 1 von unten nach oben, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom erst nach dem Anpressen der Austauscherfüllung gegen den oberen Boden gedrosselt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abstellen des von unten nach oben durchströmten Filters das von der sich absetzenden Austauscherfüllung verdrängte Wasser aus dem unteren Teil des Filters über einen Niveauhalter abgelassen wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 832 596; französische Patentschrift Nr. 825 995.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284397B (de) * 1958-09-29 1968-12-05 Octrooien Mij Activit Nv Fluessigkeitsfilter mit koernigem Filtermaterial
DE2950728A1 (de) * 1979-12-17 1981-06-25 Gebrüder Heyl KG Gesellschaft für Analysentechnik, 3200 Hildesheim Verfahren zum zyklischen regenerieren von wasserenthaertungsanlagen und programmgesteuerte wasserenthaertungsanlage zur durchfuehrung des verfahrens

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR825995A (fr) * 1936-08-31 1938-03-18 Appareil adoucisseur d'eau et régénérateur fonctionnant d'une manière continue et automatique
DE832596C (de) * 1950-10-21 1952-02-25 Metallgesellschaft Ag Vorrichtung zur Behandlung von Fluessigkeiten mit koernigen Filtermaterialien

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