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Filter zum Betrieb als Ionenaustauscher Zusatz zum Patent: 1 101 365
Häufig liegt die Aufgabe vor, eine Flüssigkeit gleichzeitig oder auch nacheinander
mit zwei-verschiedenartigen Ionenaustauschern zu behandeln derart, daß die Eigenschaften
der Flüssigkeit durch Filtration über diese Ionenaustauscher in gewünschter Weise
verändert werden können. Beispielsweise besteht dabei auch oft die Aufgabe, das
Verhältnis der durch die beiden verschiedenen Ionenaustauscher erreichten Wirkungen
zu verändern. Sofern das Verhältnis der erzielten Wirkungen verändert werden soll,
verfährt man hierbei im allgemeinen so, daß die beiden Ionenaustauscher in zwei
getrennten Behältern untergebracht sind und der Flüssigkeitsstrom vor den Behältern
aufgespalten und je ein Teilstrom über den einen bzw. über den anderen Ionenaustauscher
geleitet wird. Die beiden Teilströme werden dann entweder nach dieser getrennten
Behandlung wieder vereinigt oder in anderer Weise weiterverwertet.
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Lösungen können an Ionenaustauschergemischen im Mischbettverfahren
behandelt werden. Es ist bekannt, dem Mischbett am Ionenaustausch nicht beteiligte
Stoffe zuzumischen und das Mischbett für die Regenerierung durch Flotation in drei
Schichten zu trennen.
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Zwischen den Ionenaustauscherschichten befindet sich dann eine Trennschicht
aus nicht austauschendem Material. Es ist auch bekannt, die Regenerationsmittel
durch ein in der Trennschicht eingelagertes Verteilersystem zu- und abzuleiten.
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Es ist auch eine Vorrielltuna zum Filtrieren von Flüssigkeiten über
eine körnige oder pulverförmige Filtermasse bekannt, wobei innerhalb der Filtermasse
eine Entnahmevorrichtung für die filtrierte Flüssigkeit angeordnet ist.
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Es wurde nun gefunden, daß sich die Durchführung der Behandlung von
Flüssigkeiten mit zwei verschiedenartigen Ionenaustauschern erheblich vereinfachen
läßt, wenn hierzu die aus dem Hauptpatent 1101 365 bekannte Vorrichtung verwendet
wird, die in geeigneter Weise mit zwei Schichten von Ionenaustauschern gefüllt wird.
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Das Hauptpatent 1 101 365 betrifft ein Flüssigkeitsfilter mit einer
körnigen Filtermasse, dem die zu reinigende Flüssigkeit an den Enden der Filterschicht
zugeführt und das Filtrat aus dem Innern der Filterschicht mittels eines Ableitungssystems
entnommen wird. Bei diesem Filter besteht das Ableitungssystem aus nach oben offenen
Rohren oder einer Rinne, deren Wände parallel zur Filtrationsrichtung liegen und
deren in der Filtermasse liegende Mündungen ein körniges Material enthalten.
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Nach der vorliegenden Erfindung werden in dem
Behälter des Filters
nach dem Hauptpatent 1 101 365 zwei Schichten von chemisch verschiedenen Ionenaustauschern
derart vorgesehen, daß deren Trennfläche sich an der Oberkante des Ableitungssystems
befindet. Das Ableitungssystem besteht dabei ebenfalls aus einem oder mehreren nach
oben offenen Rohren und bzw. oder einer Rinne. Die Rohre oder die Rinne enthalten
Schichten körnigen Materials.
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Das Ableitungssystem kann auch als höhenverstellbares Ablaufrohr ausgebildet
werden.
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Vorzugsweise werden die beiden Ionenaustauscher in dem Behälter auf
dem Siebboden so übereinandergeschichtet, daß die spezifisch leichtere Masse die
obere Schicht bildet.
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Nach der vorliegenden Erfindung bieten sich verschiedene vorteilhafte
Möglichkeiten zur Behandlung von Flüssigkeiten an zwei Schichten chemisch verschiedener
Ionenaustauscher. So kann z. B. nach der vorliegenden Erfindung die zu behandelnde
Flüssigkeit in zwei Teilströme aufgeteilt und gleichzeitig von oben und durch den
unteren Siebboden in die Vorrichtung eingeleitet werden. Die beiden Teilströme werden
dann über das Ableitungssystem vereinigt wieder aus der Vorrichtung entnommen. Hierbei
ist es möglich, durch Änderung des Teilstromverhältnisses ein beliebiges Verhältnis
zwischen den nur mit der einen bzw. nur mit der anderen der beiden chemisch verschiedenen
lonenaustauschermassen behandelten Flüssigkeitsmengen einzustellen.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit kann der Vorrichtung beispielsweise
auch von oben her zugeführt und
über den Siebboden, auf dem die
unterste Schicht ruht, und das Ableitungssystem in zwei Teilströmen aus der Vorrichtung
wieder abgeleitet werden. Während der über den Siebboden abgeleitete Teilstrom bei
dieser Arbeitsweise nacheinander an beiden Ionenaustauscherschichten behandelt worden
ist, hat der über das Ableitungssystem abgeleitete Teilstrom nur die oberste lonenaustauscherschicht
passiert. Je nach dem Teilungsverhältnis der Flüssigkeit auf die Teilströme kann
auf diese Weise die Flüssigkeit in einem wählbaren Verhältnis mit den beiden chemisch
verschiedenen Ionenaustauschern behandelt werden.
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Schließlich ist es auch möglich, die zu behandelnde Flüssigkeit durch
das Ableitungssystem an der Trennfläche zwischen der oberen und unteren lonenaustauscherschicht
einzuführen und einen Teil der Flüssigkeit nach oben über die obere Schicht und
den anderen Teil der Flüssigkeit nach unten über die untere Schicht zu leiten. Die
behandelten Teilströme werden dann oben und unten aus der Vorrichtung abgeleitet.
Bei dieser Arbeitsweise ist gegebenenfalls dafür zu sorgen, daß der nach oben abgeleitete
Flüssigkeitsteilstrom die obere Schicht nicht in unzulässiger Weise aufwirbelt.
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Als Ionenaustauscherschichten kommen saure, neutrale bzw. alkalische
Kationenaustauscher und, oder Anionenaustauscher in Frage, je nachdem, welche Behandlung
die Flüssigkeit erfahren soll.
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Nach einer gewissen Betriebszeit müssen die Ionenaustauscherschichten
wieder regeneriert werden. Die hierzu erforderlichen Maßnahmen können in an sich
bekannter Weise nach Bedarf durchgeführt werden.
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Die beiden chemisch verschiedenartigen Ionenaustauscherschichten können
direkt getrennt regeneriert werden, ohne daß sie hierzu aus der Vorrichtung entnommen
oder in der Vorrichtung umgeschichtet werden müssen. Eine solche Regenerierung wird
sinngemäß wie die Behandlung einer Flüssigkeit durchgeführt, nunmehr jedoch in Bezug
auf die Behandlung der Ionenaustauscher.
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In der Zeichnung ist das Filter zum erfindungsgemäßen Betrieb als
Ionenaustauscher in einem radialvertikalen Schnitt beispielsweise und schematisch
dargestellt.
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In dem Kessel 1 sind auf dem Siebboden 2 und den körnigen Stütz-
und Verteilerschichten 3 und 4 zwei verschiedene Ionenaustauscherschichten 5 und
6 derart aufgeschichtet, daß sich zwischen beiden eine praktisch ebene Trennfläche
bildet.
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Durch den Siebboden 2 ist als Ableitungssystem beispielsweise ein
Rohr 7 durch die Stütz- und Verteilerschichten 3, 4 und die untere Ionenaustauscherschicht
5 eingeführt. Die obere Mündung des Rohres liegt in der Trennfläche oder in deren
Nähe. In der Mündung des Rohres 7 sind auf einem Siebboden 8 Kornschichten 9 und
10 aus einem z. B. indifferenten Material mit nach oben abnehmender Korngröße eingefüllt.
Die oberste Schicht 10 kann auch aus dem Material der oberen lonenaustauscherschicht
6 bestehen. Die Korngrößen der in dem Ableitungssystem liegenden Kornschichten sollen
so bemessen sein, daß das jeweils darüberliegende Material nicht durch das Ableitungssystem
dringen kann. Das Rohr 7 kann auch z. B. höhenverstellbar ausgebildet sein. Für
Rohr 7 ist im Kesselboden ein Rohranschluß 11 angebracht. Daneben ist ein Rohranschluß
12 für den Raum unterhalb des Siebbodens 2 angeordnet. Ein weiterer Rohranschluß
13 ist seitlich in den Raum
über der oberen lonenaustauscherschicht 6 eingeführt.
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Wird die zu behandelnde Flüssigkeit insgesamt durch den oberen Rohranschluß
13 zugeführt, dann kann durch das Rohr 7 und den Anschluß 11 je ein Teilstrom entnommen
werden, der nur an der oberen lonenaustauschermasse 6 behandelt worden ist, während
der übrige, an beiden Ionenaustauscherschichten behandelte Teil der Flüssigkeit
aus dem Rohranschluß 12 am Behälterboden abgeleitet wird. Durch nicht dargestellte
Hähne in den beiden Ableitungen kann das Verhältnis beider Teilströme variiert werden.
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Wird die zu behandelnde Flüssigkeit in zwei Teilströmen durch die
Anschlüsse 12 und 13 in die freien Räume unterhalb und oberhalb der Ionenaustauscherschichten
5 und 6 eingeleitet, dann wird die behandelte Flüssigkeit durch das Rohr 7 und den
Anschluß 11 abgeleitet. Jeder der beiden Teilströme ist dann an nur einer der beiden
Ionenaustauscherschichten behandelt worden.
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Wird die zu behandelnde Flüssigkeit zum Teil durch den Anschluß 11
und das Rohr 7, zum anderen Teil durch den anderen Rohranschluß 13 eingeleitet,
dann fällt die behandelte Flüssigkeit aus dem Anschluß 12 an. Bei dieser Schaltung
ist der durch den Anschluß 13 zugeführte Teilstrom an beiden Schichten, der durch
den Anschluß 11 und das Rohr 7 zugeführte Teilstrom nur an der unteren Schicht 5
behandelt worden.
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Schließlich kann die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Anschluß
11 und das Rohr 7 an die Grenzfläche zwischen den beiden lonenaustauscherschichten
5, 6 geführt und über die Anschlüsse 12 und 13 in zwei jeweils nur an einer lonenaustauscherschicht
behandelten Teilströmen entnommen werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß die
obere Filterschicht nicht aufgewirbelt wird.
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Zur Regulierung der Teilströme werden an allen Anschlüssen zweckmäßig
Regulierhähne und gegebenenfalls Strömungsmesser angeordnet.
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Als Drainagesystem zur Einführung bzw. Ableitung von Flüssigkeit
zu bzw. von der Grenzfläche zwischen den Filtermassen 5, 6 können auch die im Hauptpatent
1 101 365 beschriebenen Kombinationen sinngemäß Anwendung finden.
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Beispiel 1 Eine praktische - Ausführungsform besteht darin, daß die
Oberschicht aus einem schwach sauren Kationenaustauscher in der H-Form und die Unterschicht
aus einem stark sauren Neutralaustauscher in der Natriumform besteht. Durch diese
Anordnung kann Wasser in der Oberschicht zunächst von der Karbonathärte befreit
werden und wird in der Unterschicht dann restenthärtet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird in diesem Fall sinngemäß für die getrennte Zu- und Ableitung der verschiedenen
Regenerierlösungen verwendet.
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Beispiel 2 Die Oberschicht besteht aus einem starkbasischen Anionenaustauscher
in der OH-Form, die Unterschicht aus einem schwachsauren oder starksauren Kationenaustauscher
in der H-Form. Die Vorrichtung kann in diesem Fall zur Vollentsalzung beispielsweise
von Wasser oder von Lösungen verwendet werden, deren pH-Wert gegebenenfalls gesteuert
werden soll.
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Wird bei dieser Anordnung in der Unterschicht ein starksaurer Kationenaustauscher
verwendet, so ist es zur Einstellung eines äquivalenten Austauschgrades von Anionen
und Kationen in der aus der Vorrichtung ablaufenden behandelten Flüssigkeit zweckmäßig,
einen Teil der nun über den Anionenaustauscher gleitenden Flüssigkeit über das Ableitungssystem
zu entnehmen und mit dem übrigen über den stark sauren Kationenaustauscher geleiteten
Teilstrom schließlich zu vereinigen. Das Verteilungsverhältnis ist dann so zu regulieren,
daß der gewünschte äquivalente Austauschgrad bzw. pH-Wert erreicht wird.
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Beispiel 3 Falls eine Flüssigkeit sowohl im Neutralanionenaustausch
als auch im Neutralkationenaustausch behandelt werden soll und die ausgetauschten
Anionen den ausgetauschten Kationen äquivalent sein sollen, ist es wegen der unterschiedlichen
Austauschgleichgewichte von Anionen- und Kationenaustauscher zweckmäßig - wie im
Beispiel 2 - einen Teilstrom der zunächst über die obere Anionenaustauscherschicht
geleiteten Flüssigkeit über das Ableitungs-
system aus der Vorrichtung zu entnehmen
und nur die restliche Flüssigkeitsmenge über die Kationenaustauscherschicht zu leiten,
um schließlich beide Teilströme wieder miteinander zu vereinigen. Das Teilstromverhältnis
wird hierbei wiederum so reguliert, daß das gewünschte äquivalente Austauschverhältnis
erreicht wird.