DE1256197B - Verfahren zum Filtrieren von Fluessigkeiten durch quellbares, koerniges Material, insbesondere Ionenaustauscher - Google Patents
Verfahren zum Filtrieren von Fluessigkeiten durch quellbares, koerniges Material, insbesondere IonenaustauscherInfo
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Description
- Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten durch quellbares, körniges Material, insbesondere Ionenaustauscher Aus der deutschen Patentschrift 832 596 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit körnigen Filtermaterialien bekannt, die in ruhender Schicht oder ruhenden Schichten in einem Behälter angeordnet sind, wobei auf der Oberfläche des Filtermaterialbettes eine in der Höhenlage bewegliche Auflage, z. B. Siebboden, vorgesehen ist. An Stelle eines Filtermaterials können in einem Behälter der angegebenen Art auch z. B. ein Ionenaustauscher oder ein entfärbendes Mittel vorliegen. Durch die Anordnung einer flüssigkeitsdurchlässigen, nachgiebigen, in der Höhenlage verschiebbaren Auflage soll dem Umstand Rechnung getragen werden, daß viele Filtermaterialien, insbesondere z. B. Ionenaustauscher od. dgl., in Berührung mit Flüssigkeiten eine starke Neigung zum Quellen haben, so daß bei einer Vergrößerung des Volumens des Filtermaterials dieses nicht in unzulässiger Weise zusammengedrückt und der Durchgang der Flüssigkeit gehemmt oder der Behälter deformiert oder sonstwie beschädigt wird, was bei fest angeordneter Auflage eintreten könnte.
- Bei der bekannten Vorrichtung besteht indes die Gefahr, daß bei unregelmäßiger Ausdehnung des Filterbettes der verschieblich angeordnete aufliegende Siebboden mit seinem Flansch verkantet und dadurch festgeklemmt und eine Ausdehnung des Filtermaterials durch Quellen verhindert wird.
- Es ist ferner zu berücksichtigen, daß bei der Behandlung von Flüssigkeiten mit in Form von Harzteilchen vorliegenden Ionenaustauschern oder Entfärbungsmitteln diese von Zeit zu Zeit regeneriert bzw. gespült werden müssen, um zwischen den Harzteilchen abgesetzten Schmutz zu entfernen und gebildete Klumpen von Harzteilchen wieder aufzulockern. Wenn auf den Harzteilchen ein verschiebbarer Boden angeordnet ist, werden die Harzteilchen durch die Spülflüssigkeit als ein großer Klumpen nach oben gedrückt und nicht aufgelockert, so daß auch weder die zwischen den Harzteilchen abgesetzten Verunreinigungen fortgespült, noch die im Bett gebildeten Klümpchen gelockert werden können.
- Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Nachteile beim Behandeln von Flüssigkeiten durch ein in einem Behälter mit veränderlichem Volumen befindliches körniges Material, durch das die zu behandelnde Flüssigkeit in dem Behälter nach aufwärts oder abwärts und die zum Regenerieren des körnigen Materials dienende Flüssigkeit in umgekehrter Richtung wie die zu behandelnde Flüssigkeit strömt, zu vermeiden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird dieses Verfahren in der Weise durchgeführt, daß man während der Aufwärtsströmung senkrecht zu ihrer Richtung durch Druck auf eine das körnige Material seitlich einschließende Wand den zur Aufnahme dieses Materials dienenden Raum so weit verengt, daß er vom körnigen Material völlig eingenommen wird, und während des Spülens den Druck so weit entlastet, daß oberhalb des körnigen Materials ein freier Raum gebildet wird.
- Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine Vorrichtung, die in bekannter Weise aus einem zylinderförmigen Behälter und in diesem oben und unten angeordneten Filterplatten und Ab- und Zuleitungen für die Flüssigkeit oberhalb und unterhalb dieser Filterplatten besteht, wobei innerhalb dieses Behälters eine oder zwei Wände aus elastischem Material angeordnet sind und eine durch die Wandung des Behälters gehende Druckleitung vorgesehen ist.
- Mit dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung hat man es auf einfache Weise in der Hand, den Fassungsraum für das aus körnigem Material bestehende Bett durch Änderung des Druckes auf die das Bett einschließende elastische Wand und damit aber auch den innerhalb des Bettes selbst herrschenden Druck zu ändern, um ihn den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Eine Vergrößerung des Fassungsraums kann z. B. erforderlich sein, wenn das körnige Material während der Behandlung einer Flüssigkeit quillt. Dies ist z. B. bei ionenaustauschenden Harzen der Fall. Andererseits kann durch Druckausübung verhindert werden, daß sich in dem körnigen Material durch Schrumpfung Kanäle bilden, durch welche die zu behandelnde Flüssigkeit strömen kann, ohne ausreichend mit dem körnigen Filtermaterial od. dgl. in Berührung zu kommen.
- Der für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung auf die nachgiebige Wand bzw. Wände auszuübende Druck kann hydraulisch oder pneumatisch in bekannter Weise, gegebenenfalls selbstläufig nach einem vorherbestimmten Plan, gesteuert werden.
- Für eine hydraulische Steuerung kann man einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Vorratsbehälter verwenden, der in bezug auf die Vorrichtung in einer wirksamen Höhe angeordnet ist. Auch die Änderung des Druckes innerhalb des von der elastischen Wand eingeschlossenen Raumes kann zur Steuerung des auf die elastischen Wände auszuübenden Druckes herangezogen werden.
- Auf dem unteren Siebboden kann, wie an sich bekannt, eine Schüttung aus Füllmaterial vorgesehen sein. Soweit die obere Siebplatte eine große Durchlöcherung hat, ist es vorteilhaft, auf dem körnigen Filtermaterial od. dgl. eine Schicht großer Körner anzuordnen, die ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das körnige Filtermaterial haben. Während des Strömens der Flüssigkeit in der Aufwärtsrichtung legt sich dieses körnige Material an die obere Siebplatte an und hält das kleinere gekörnte Filtermaterial zurück. Die obere Siebplatte kann auch ganz fehlen, wenn eine Schicht leichterer Körner auf den körnigen Filtermassen aufruht.
- In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Vorrichtung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer zylinderförmigen Vorrichtung mit einer innen angeordneten Wand aus elastischem Material wie Kautschuk, F i g. 2 die Vorrichtung gemäß F i g. 1 mit der durch Druck gespannten elastischen Wand, F i g. 3 einen Querschnitt einer Vorrichtung mit zwei konzentrisch angeordneten elastischen Wänden, F i g. 4 eine Vorrichtung gemäß F i g. 1 bzw. 2 mit einem automatisch arbeitenden Steuerbehälter, F i g. 5 den oberen Teil einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 oder 2 ohne obere Siebplatte, jedoch mit einer aus leichteren Körnern bestehenden, unmittelbar auf einer körnigen Filtermasse aufliegenden Schicht.
- Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Behälter 1, den Siebböden 3 und 4 und Zu- und Ablaufleitungen sowie aus einer innerhalb des Behälters 1 angeordneten elastischen Wand 6, welche eine auf dem unteren Siebboden 3 ruhende körnige Filtermasse 2 einschließt.
- Gemäß F i g. 1 ist zwischen der Filtermasse 2 und dem oberen Siebboden 4 ein freier Raum 7, der im folgenden Ausdehnungsraum genannt ist. In den zwischen der Behälterwand und der elastischen Wand befindlichen Ringraum 5 führt eine durch die Behälterwand gehende Druckleitung 8.
- Gemäß F i g. 3 sind innerhalb des Behälters zwei elastische Wände 6 konzentrisch angeordnet mit einem Druckraum 5 innerhalb der in der Mitte des Behälters befindlichen Wand 5 und einem ringförmigen Druckraum 5 zwischen der Behälterwand und der nahe dieser angeordneten elastischen Wand 6.
- Der bzw. die Räume 5 können mittels eines durch die Leitung 8 zugeführten Mediums unter Druck gesetzt werden. Je nach dem im Ringraum 5 herrschenden Druck kann das Volumen des von der Wand 6 eingeschlossenen Raumes geändert und damit die Filtermasse 2 mehr oder weniger zusammengedrückt werden. Gemäß den F i g. 2 und 4 nimmt die Filtermasse den gesamten, von den Siebböden 3 und 4 und der elastischen Wand 6 eingeschlossenen Raum ein.
- Das Volumen des Ringraumes 5 kann andererseits auch bei gleichbleibendem Druck durch Änderung des Druckes innerhalb des von der Wand 6 eingeschlossenen Raumes eingestellt werden.
- Gemäß F i g. 4 ist die Druckleitung 8 mit einem Behälter verbunden, in dem sich eine unter einstellbarem Druck stehende Flüssigkeit befindet. Der Druck in dem Behälter ist größer als in dem Ausdehnungsraum 7. Wegen des großen Behältervolumens wird auch bei verändertem Volumen des Ringraumes 5 der in diesem Raum herrschende Druck praktisch konstant gehalten.
- Wenn eine Verstopfung der oberen Siebplatte zu befürchten ist, kann diese auch, wie in F i g. 5 gezeigt, durch eine Schicht grober Körner ersetzt werden, die ein niedrigeres spezifisches Gewicht als die Körner der Filtermasse haben, so daß jene auf dieser schwimmt und der durchfließenden Flüssigkeit nur einen kleinen Widerstand bietet. Die obere Siebplatte kann auch dann fehlen, wenn es genügt, lediglich ein übermäßiges Quellen oder Schrumpfen des Filterbettes auszugleichen, wobei es nicht erforderlich ist, die Filtermasse bei völligem Fehlen des Ausdehnungsraumes durch die obere Siebplatte unter Druck zu setzen.
- Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen näher beschrieben.
- Beispiel 1 Zum Enthärten von Leitungswasser mit einer Gesamthärte von 20,6° und einer vorübergehenden Härte von 14,5° wird eine Vorrichtung gemäß F i g. 1 eingesetzt, die einen Durchmesser von 695 mm und eine Höhe zwischen den Siebböden von 2000 mm hat.
- Die Siebböden haben schmale Löcher von 4 mm, die durch kleine flache Kunststoffplatten in einem Abstand von 0,2 mm abgedeckt sind.
- Es wird ein stark saurer Kationenaustauscher mit folgender Korngröße verwendet: >1,2 mm 1 bisibis 201o 0,8 bis 1,2 mm .............. 3 bis 15 150/o 0,5 bis 0,8 mm .............. 30 bis 500/o 0,3 bis 0,5 mm .............. 30 bis 5001o <0,3 mm 5 bis 10 °/o Nach der Regenerierung nimmt die Kationenaustauschschicht eine Höhe von 1100 mm ein, so daß ein Ausdehnungsraum von 900 mm Höhe gegeben ist.
- Das Volumen des Kationenaustauscherbettes beträgt demnach 4201.
- Das zu reinigende Wasser wird durch das Bett nach abwärts mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 m/h geleitet, bis die Wirkung des Bettes nicht mehr ausreichend ist.
- Zur Regenerierung wird das Bett zunächst mit Leitungswasser 5 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 7 bis 8 m/h gespült, wobei sich das Bett ausdehnt.
- Nun wird die elastische Wand durch Wasser unter Druck gesetzt, so daß der Ausdehnungsraum von dem Kationenaustauscher gefüllt wird. Dann kann die aus einer Lösung von 35g NaCl in 4001 Wasser bestehende Regenerationsflüssigkeit durch das Bett von unten nach oben geführt werden. Dann wird sofort mit Leitungswasser von unten nach oben unter großer Geschwindigkeit, nämlich von etwa 20m/h, gewaschen und insgesamt 2000 1 Wasser gebraucht.
- Der Ausdehnungsraum wird nun durch Entspannen der elastischen Wand geleert und gespült; mit dem Austauscher können dann wieder 61 m3 hartes Wasser behandelt werden. Für die Regeneration und das Waschen werden insgesamt nur 2500 1 Wasser benötigt.
- Das enthärtete Wasser enthält weniger Calcium als Wasser, das in der üblichen Weise behandelt worden ist, nämlich durch Führung des Regenerationsmittels und Wassers nach unten und unter Aufwendung der 2,5fachen Menge Salz.
- Beispiel 2 Bei der Deionisierung von Rübenzuckersaft quillt der stark alkalische Anionenaustauscher erheblich; deshalb wird dem OH-Austauscherbett während der Durchleitung des Saftes von oben nach unten Gelegenheit gegeben, sich auszudehnen, indem bei Beginn dieser Reinigungsphase der Raum zwischen der Außenwand und der elastischen Wand vergrößert wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Körner praktisch keinen Schaden erleiden.
- Beispiel 3 Zur Herstellung von enthärtetem Wasser aus Leitungswasser mit einer Gesamthärte von 20,6° und einer vorübergehenden Härte von 14,5° (90°/0 Calciumsalze und 10 01o Magnesiumsalze) wird eine Vorrichtung gemäß F i g. 1 eingesetzt. Das Volumen des Bettes beläuft sich auf 510 1. Nach der Regeneration nimmt die Schicht eine Höhe von etwa 1,4 m ein, d. h., der Ausdehnungsraum ist 0,7 m hoch.
- Das zu reinigende Wasser wird durch das Bett von unten nach oben mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 m/h geleitet. Sobald die Wirkung des Bettes nicht mehr ausreicht, erfolgt die Regeneration.
- Man spült das Bett 5 Minuten mit Leitungswasser mit einer Geschwindigkeit von 7 bis 8 m/h, wobei sich das Bett ausdehnt. Man setzt die elastische Wand unter Druck, wodurch der Ausdehnungsraum völlig gefüllt wird. Zur Regeneration dienen 78 kg 300/,ige Salzsäure, die mit Wasser auf 390 l auf eine Konzentration von 6°/o verdünnt wird. Die Regenerationsflüssigkeit fließt durch das Bett von unten nach oben mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 mit. Un- mittelbar darauf erfolgt das Spülen des Bettes, auch von unten nach oben, mit 2500 1 Leitungswasser bei großer Geschwindigkeit (10 m/h). Der Ausdehnungsraum wird nun wieder geleert und das Filter wieder gespült, und dann ist es für eine neue Enthärtung von 71 m3 Leitungswasser fertig. Es sind nur 3000 1 Wasser für die Regenerierung und Waschen erforderlich.
- Es wurde gefunden, daß das enthärtete Wasser weniger Calcium und Magnesium enthält als Wasser, das in der üblichen Weise, nämlich durch Führung des Regenerationsmittels und Wassers nach abwärts mit einer dreifach größeren Menge an Salzsäure, gereinigt wurde.
Claims (2)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zum Filtrieren von Flüssigkeiten durch ein in einem Behälter mit veränderlichem Volumen befindliches quellbares körniges Material, insbesondere Ionenaustauscher, durch welche die zu behandelnde Flüssigkeit in dem Behälter nach aufwärts oder abwärts und die zum Regenerieren dienende Flüssigkeit in umgekehrter Richtung wie die zu behandelnde Flüssigkeit strömt, dadurch gekennzeichnet ,daß man während der Aufwärtsströmung senkrecht zu ihrer Richtung durch Druck auf eine das körnige Material seitlich einschließende Wand den zur Aufnahme dieses Materials dienenden Raum so weit verengt, daß er vom körnigen Material völlig eingenommen wird, und während des Spülens den Druck so weit entlastet, daß oberhalb des körnigen Materials ein freier Raum gebildet wird.
- 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem zylinderförmigen Behälter, im Behälter oben und unten angeordnete Siebböden und Ab- und Zuleitungen für die Flüssigkeit oberhalb und unterhalb dieser Siebböden, gekennzeichnet durch ein oder zwei innerhalb dieses Behälters angeordnete Wände (6) aus elastischem Material und eine durch die WandungdesBehälters (l)gehendeDruckleitung(8).In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 832 596.
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