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"Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauscherharzen und Anlagen
zur Durchtuhrung des Verfahrens" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Regeneration von Ionenaustauscherharzen und Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Der umkehrbare Charakter des Ionenaustauschvorganges ermdglicht es,
auf Reaktionen dieser Art das massenwirkungsgesetz anzuwenden. die Formel, die für
ein Kunstharz-Austauscherschicht, deren Kern R durch das Kation C gesättigt ist
und die z. B. durch eine AH-Säure regeneriert werden soll, in Betracht kommt, kann
wie folgt geschreiben werden :
oder oder (RH) = (AH) K = (RC) (AC) Diese Reaktion ist gültig für jede elementare
Schicht des Kunstharzbettes.
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Das bedeutet, daß an jeder Stelle des Austauscherbettes reversibles
Gleichgewicht zwischen den in der Flüssigkeit und den in den Körnern des Austauschers,
der die elemertare Schicht bildet, vorhandenen Ionen besteht.
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Bei der klassischen Arbeitsweise bildet das Austauscherharz eine
vertikale Säule, die von ddr zu behandelnden Flüssigkeit wie von dem Regenerierungsmittel
von oben nach unten abwärts flieBend durchstrdmt wird.
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Unter diesen Bedingungen ist die Schicht, welcher der größte Teil
an frischem Regenerierungsmittel zugeführt wird, d. h. die, welche den obersten
Bereich der Säule bildet, die am besten regenerierte und die Schicht, durch welche
hindurch das Regenerieungsmittel austritt, d. h. der unterste Bereich der Säule
erhält nur ein bereits zum Teil erschöpftes Reagens und wira niemals vollkommen
regeneriert, falls nicht mit einem beträchtlichen Überschuß
an Reagens
gearbeitet wird.
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Da die zu behandelnde Flüssigkeit im Zuge des Arbeitskreislaufs die
Säule von oben nach unten durchfließt, und demzufolge durch gut regenerierte Schichten
hindurch nach solchen, die unvollkommen regeneriert sind, gelangt, ergibt sich nach
dem Gesetz der Massenwirkung, daß ein Teil der aus der obersten Schicht mitgenommenen
Ionen sich wieder auf den unteren Schichten fixiert, wobei gleichzeitig eine äquivalente
Zahl von lonen, die bei dem vorhergehenden Regenerationsvorgang nicht abgeschieden
wurden, freigemacht wird. Das Vorhanaensein dieser lonen in der behandelten Flüssigkeit
bedeutet einen erlust an Ionen, der üblicnerweise durch den englischen Ausdruck
"elakge" (Leckverlust) bezeiehnet wird und die Quali @@@ der Sehandelten flüssigkeit
verschlejhtert.
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Es läge also @@@ logishen Überlegungne näher, das Kunstharz der'egeaerierungsten-ilunga.Ger.-'.'cmderStrömu.ngsrich-@und
der behand . .'ben.,.us/uene-@@ ' \'ie3jamittelsvon:.te.ina'-....ob&.:-=....iie
Flüssigkeit während @@@@@@@@ @@@ besert regene-'It'.'&a.gkei'':währendeij....uf..;i.u.b&eTregene-
e pTBLriachfreivonsulixierMdeBj.-i-f..., Flüssigeki währen @@@@@@@@f @@@@@@@@ regenerierten
Schicten @@@ und @@@@@ @@@@@@@@@, @@e paktisch frei von zu lixiereden @@@@@@@@@
Einer sochen Arbeitsweise stehhe jedc @@@ wesentliche Schwierigkeiten entgegen.
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Einerseits ist es für die'wirksame Durchführung des Regenerierungsvorgangs
notwendige daß die Dauer der Einwirkung des regenerierenden Mittel auf das Harz
nicht unterhalb einer Mindestdauer von größenrodnungsmäßie z.B. 30 bis 40 Min. ist.
Umgekehrt ist eine zu lange Zeitdauer des Regenerierungsvorganges ebenso wenig zu-lässig,
weil hierdurch die tägliche Leistung der Anlage beeinträchtige werden würde.
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Ardererseits wurde feetgestellt, daß im Falle der Aufgäbe des Regenerierungsmittels
in innerhalb der im allgemeinen sulässigen Grenzen liegendne mengen die Im Gegestrom
zu der zu behandelnden Flüssigketi in einem aus einem vertikalen Zylinder bestehenden
Austauscher, an dessen unterem ende eingeführte Regeneriergun Zlüssigketi eine Expansion
des Harzes bewirkt und sich innerhalb . @@ Harzkörpers vorzugsweise Durchtrittskaäle
ban@@, wel@@ die -. : L, der t. e : = : rya : l. {d ~ :. vt auf ene3. ~. d. r :
: s besoränken. Der Versuch, diesem Nachteil durch verringerung der Aufgabemengen
abzuhelfne, scheitert daran, daß es dann nicht mehr möglcih ist, die aufgegebenen
Menge an Regenerieungsmittel über die gesamte untere Fläche des Bettes zu verteilen.
Hierdurch ergeben sich ch nachtaiel der gleichen Art wie bei den frühre bekannten
und üblichen Verfahrne und Vorrichtungen.
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Zeck der Erfindung ist es, ein Verfarhen zur Regeneritung von ionenaustauschern
und eien Appartur für dessen Druchführung zu ; : : . me>c ; ', : ~ ra. dt 'rc.-.
. gen un :. prwr'
Notwendigkeiten, insbesondere unter dem Gesichtspunkt
entsprechenfi dsB es nunmehr möglich ist, den Regenerationsvor. gang unter Strdmen
des Regenerationsmittels im Gegenstrom zu der zu behandelnden Flüssigkeit, in dem
Massenwirkungsgesetz Rechnung tragender Weiee, durchzuführen, ohne daß. in dem Bett
vorzugsweise von der Regenerations flussigkeit durchströmte Kanäle geechaffen werden,
welche die Ursache von Ionenverlusten sind, wobei die Verteilung des RegenerationsmittXels
über die untere Fläche der Yeh untersten Schicht des Harzes verbesetrt wird.
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Hierdurch werden die Ionenverluste in einem sehr wesentlichen Grade
verringert und der untere Bereich der Schicht von Ionenaustauscherharz wird vollkommen
regeneriert, sodaß in der behandelten Flasigkeit kein Ionenverlust auftritt und
deshalb deren Qualität verbessert wird.
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Gegenstand der Erfindung ist in erster Linie ein Verfahren zur Regeneration
von Ionenaustauscherharzen durch die Parze im Gegenstrom zu der zu behandelnden
Flüssigkeit durchströmenden Regenerationsflüssigkeit, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Regenerationsflüssigkeit in die Säule aus zu regenerierendem Kunstharz
diskontinuierlich pulsierend, d. h. portionsweise eingeleitet wird.
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Eine solche Arbeitsweise ermöglicht es, die Forderung einer ausreichenden
Einwirkungsdauer beim Reger&ationsvorgang mit der einer geringst denkbaren Aufgabemenge
in der Zeiteinheit in das Verteilungsnetz zu verbinden.
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Die diskontinuierliche Aufgabe der Regenrationsflüssigkeit erfolgt
durch kurze Impulse, die voneinander durch eine Ruhezeit getrennt sind. Aus diesem
Grunde kann die h jeweils während der Aufgabeimpulse kurzzeitig eingeführte Aufgabemenge
hinreichend groß sein, um zu sichern, daB die mittlere Aufgabemenge gleich der Menge
ist, die sich im Falle eines kontinuierlichen Binfließenlassens der Regenerationsflüssigkeit
in der gleichen Richtung, in welcher die zu behandiOnde Blüssigkeit fließt, d. h.
von oben nach unten durch die Säule aus Kunstharz in der fruher bekannten Weise,
ergeben würde.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäßderErfindungwird
die aus der Ionen-Austauschkolonne ausfließende Regenerationsflüssigkeit unterhalb
der freien Oberfläche der Harzschicht abgezogen.
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Das erfolgt vorteilhafterweise durch i Dränage mittels eines perforierten
Rohres oder eines unterhalb der freien Oberfläche der Kunstharzschicht angeordneten
Saugkopfes.
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Während bei den bekannten Verfahren die ausfließende Regenerationsflüssigkeit
außerhalb der Harzsäule unterhalb der Kolonne gesammelt kurde und es demzufolge
logisch gewesen wäre im Falle eines Regenerationsverfahrens, bei welchem die Regenerationsflüssigkeit
im Gegenstrom zu der zu behandelnden Flüssigkeit strömt, die. ausfließende verbrauchte
Regenerationsflüssigkeit im Scheitel der Apparatur zu sammeln, hat es sich im Gegenteil
erwiesen,
daß der Abzug der verbrauchten @egenerationsflüssigkeit
unterhalb freien Oberflache der obersten Schicht der Harzsäule nicht nur die Wirkung
hat, in an sich bekannter Weise die Expansion des Harzes im Inneren der Kolonne
zu verhindern, sondern, daß gleichzeitig die Anrodnung einer Abzugsvorrichtung für
die z g Regeneratiohaflüasigkeit unterhalb der freien Oberfläche der oberen Schicht
in der Harzsäule den Vorteil einer Verringerung der aus der Kolonne nach dem Regenerationsvorgang
abzuführenden menge an Regenerationsflüssigkeit besitzt, so daß gemäß einer vorzugsweisen
Ausf2hrungsform des den Gegenstand der Erfindung bildenden/Verfahrens ein Vorspüovrgang,
welcher der eigentlichen Regenerätionaphase folgt und dem eigentlichen Spülvorgang
vorhergeht eingeschaltet wird, w@cher darin besteht, daß eine genau bemessene Menge
an Verdräng rflüssigkeit, deren volumen im wessentlichen dem entspricht, auf welches
die Regenerationsflüssigkeit bemessen war, oder diesem genau gleich ist in die Harzsäule
ebenfulls der Richtung, in welcher die zu behandelnde Flüssigkeit fließt, in diskontinuierlichen
Posten ae pulsierend und programmiert eingeleitet wird, durch welche die Regerfrationsflüssigketi,
die in der Rarzsäule enthalten ist und <ur die Regenererung des herzes gedietn
hat in die Abflußleitung verdrägt -*"'''' wird. Dieae Verdrängerflüssigkeit kann
anschließend wieder gewonnen werden, worauf die äle aus regeneriertem Kunstharz
in der üblichen Weise durch Rohwasser, welches in der Fließrichtung der zu behandelnden
flüssigkeit strömt, gespült wird.
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Gemaß einer vorzugseisen Ausführungsform des Verfahrens ist diese
Verdrängerflüssigkeit
eine solche von der gleichen Beschaffenheit, wie die fUr die Regeneration des Harzes
verwendete Flipssigkeit und wird am Ende des Vorspr2lvorganges zwecks Verwendung
bei dem folgenden Regenerationsvorgang wiedergewonnen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform dieses Verfahrens besteht die
Verdrängerflüssigkeit, insbesondere falls-die Anlage zur Enthärtung von Wasser verwendet
wird, aus Rohwasser.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens wird als Verdrängerflüssigkeit
enthärtetes Wasser verwendet.
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Es ist jedoch von Vorteil, mit dem Ziele der vollkommenen Verdrängung
des fur den Regenerationsvorgang verwendeten Reagen@ @ eine BlUssigkeib von der
gleichen Zusammensetzung, wie de der Regenerationsflüssigkeit zu verwenden, um die
Nacht-ile zu vermeiden, die sich bei der Verwendung von-Rohwasser oder in der Anlage
behandlltem Wasser ergeben konnte. Fur den VorspUlgang konnte anrieh von unten nach
oben strömendes Rohwawser verwendet werden, was jedoch mit dem Nachteil verbunden
ist, daß die untere Schicht des regenerierten Harzes der Gefahr einer Verschmutzung
ausgesetzt ist und demzufolge während des Arbeitsvorganges ein geringer Verlust
an Ionen eintreten könnte. Es könnte auch fur den Vorspülgang ebenfalls in Richtung
von unten nach oben fließendes enthärtetes 4tasser verwendet werden, wodeh zwar
die Verschmutzung der unteren Harzschicht vermieden wird, d. h. diese intakt belibt,
diesjdoch mit einem Verbrauch an behandeltem Wasser kauft wird.
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'AB.schließ;en.an..die.Vorspülung mit Hilfe der VerdrängerflüaaiketvotndergleichenZusammensetzungwie
der der Regenerationsflüssigkeit genügt es im allgemeinen, die das Harz enthaltened
Konnen von oben nahc unten mit Rchwasser druchzusp2len, um in erster Linie die nicht
verunreinigte Verdrängungsflüssigketi wiederzugeweinnen, die erneut in einer späteren
Regeerationsphase verwendet werden kann, und dann das Spülen unter Verwendnungn
nur einer seringen Menge an Rohwasser zu beenden. Sine solche A@beitweise ermöglciht
es, ein vollkommen regeneriertes Harz von intakter Austauscherkapazität ohne jeden
Ionenverlust zu erhalten.
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Man kann in diesem Falle einen einziaen Beiiälter fiir das Reagens
verwenden,, in welchem das zurückgewonnene mit frischem Reagens gemischt wird.
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Fernerbedeutet.dieseArbeitsweise keinen höheren Verbrauch an Reagens
verglichen mit dem Palle des Arbeitens unter unmittelbarer Spülung mit Wasser.
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Gemäß einer, besonders vorteihaften Ausfährungsform des Verfahrens
gemäß der Erfidnung kann dieses auch zur ReSenerationsbehandlung . einer Kombination
von in übereinanderliegendne Betten bzw. Schichtell untergebrachten Ionenaustauscherharzen,
von denen das leichteste ein solches mit schwach saurer Funktion und das schwerste
ein. stark saures oder stark basisches Harz ist, angewendet werden.
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. ist bekannt, daß die e ; eneration eines Harses mit starker Funktion
nur
dann vollkommen verlaufen kann, wenn das Regenerationsmittel in einem sehr großen
Überschuß verwendet wird, wahrend d die Abscheidwng der auf einem Harz mit schwacher
Funktion fixierten Ionen unter Verbrauch von Mengen des Reagens s werden kann, die
wesentlich näher den stöchiometrieoh äquivalenten Mengen liegen. Es ist andererseits
bekannt, daß die Qualität des Wassers, welches in einem Ionenaustauscher behandllt
worden ist, eine Funktion des erzieltn Regerationsgrades der Schicht des Austauscerharzes
ist, druch welche indurch die Flüssigkeit austriste Demzuflge ist bie einem Regereationsvorgang
der üblciehn Arts beidemvonobennachuntengearbeitetwirdgdieBeschaffenheit t des austretendne
Wassers eine Funtkion des Regereationsgrades s der untern Schicht.
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Gegenstand der Erfidnung ist ferenr eine Ionenaustauschanlage zur
Durchführung des neuen Verfahren,s dessen verschiedened mögliche Ausf2hrungsofrmen
obne erläutert wrudemn. Diese anlage ist grundsätlzih dadurch gekennzeichne,t daß
sie einer Vorrichtung zur Programmierung ulsierenden Aufgabe der Regekerationsflüssigketi,
welche im Gegenstrom der zu behandelnden Flüs-; . . . . t . - S. tle-aizs . a r
; ; n. erinder- riaz eigeliv-Yi. aufweista Gemäß einer vorzugsweisen Ausf2hrungsform
der letzteren Anrodnung L1?ilS::'':,.'s'SG,i?w"7.Lx1''L.'fU'111.,-'vu'Jl.LuE.''1P.Y1~SW1',rJ('rY3.ta.vua".2'IJP.3'f27.C.
bzw. Schieber und einem Zeitkontkat zur Regelung der Zeitintervalle, welche den
Perioden, in welchen die Einleitung @er Regeneationsflussigkeit
oder
Yerdrängerflüssigkeit erfolgt, und der Zeitdauer des Kontaktes der letzteren mit
dem Harz. entsprechen.
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Gemäß einer vorteihlfften Ausf2hrungsform der Anlage gemäß der Brfindong
ist die Zuleitung für das Regenerationsreagens mit dem tieaes enthaltenden Behälter
verbunden.
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Im Balle der letzteren Anordnung ist es von besonderem Vortei, bei
einer lonenaustauscheranlage, deren verschiedene Elemente auf dem Boden, z.B. in
Reihe hintereinander, angeordnet sind, dieser Anlage eine Pumpe oder analoge Vorrichtung
zuzuroden, deren SchlieBdauer der Periode des Einleitens des Reagens und deren Öffnungsdauer
der Zeit, während welcher sich das Reagens in Kontakt mit dem Harz befindet, entspricht.
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Gemkß einer weiteren vorteilhaften xusführungsform wird im Ralle einer
lonenaustauscheranlage, deren verschiedene Elemente Übereinander angeordnet sind,
der Säule aus Austauscherharz das Reagens unter der Wirkung der Schwerkraft in diskontinuierlich
pulsierend aufgegebenen Mengen zugefuhrt, wobei die Offnungsdauer der Repelvorriohtung
fUr die aufgegebene Menge in diesem Falle der und Zeitdauer des Einleitens des Reagens
in die harzsäule/ die Schließperiode @@@@ Vorrichtung der Periode entspricht, während
welcher sich das Reagens in Kontakt mit dem Harz befindet.
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Weitere möglcihkeiten von Abänderungne von analgen der vorstehend
erwänten Ausführungsformen werden in der folgenden Einzelbesdhreibung
erläutert
werden.
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Die Erfindung umfaßt insbesondere die vorstehend beschriebenen Verfahren
zur Regeneration in Ionenaustauscherharzen und die diesen gemäß 2usgebildetsn Ionenaustauschapparaturen,
sowie die zur Durchführung dieser Verfahren und Ausgestaltung dieser Vorrichtungen
verwendeten Elemente. ndung im einzelnen anhand der Abbildungen b : Fig. @ stellt
schematisch eine erste Asuführungsform einer Anlage gemäß der Erfindung und 'ig.2ebenfallsschematischeinezweiteA.--fuhrtijgsforB''nr
b'&lujs.eAnlagedar.
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@@@ @@ den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen und ihre Bessreibung
veranechulaichen nur Beispeile, auf welche die Erfindung keinewges beschränkt ist.
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Fig. 1 seigt eine Ionenaustauschernalage gemäß der Erfindung mit einer
Kolonne 1, die ein Ionenaustauchserhrz 2 ehthält.
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Die dargesteilt Anlage weist außerdem eine Zuleitung 3 für die zu
behandelnde rohr Fl2ssigkeit, eine Ableitung 4 al. zu behdnelnde rohr Fl2ssigkeit,
eine Ableitung 4
-fitr die behandelte Flüssigkeit, sowie nicht
dargestellte Rohrleitungen £Er die Zuführung und Abführung der für die Wiederzerteilugn
des Ionenaustauscherharzes verwendeten Flüssigkeit auf. Die Spülflüssigkeit tritt
in die Kolonne ebenfalls durch das Zuleitungsrohr 3 ein und verläßt sie über die
Leitung 4.
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Das Ionenaustauscherharz wird von einem im unteren Teil der Kolonne
1 angeordneten Rost 5 getragen.
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Die aus einem Behälter 6 zugeführte Regenerationsflüssigkeit wird
aus diesem z. B. im Niveau des Tragrostes 5 über die Leitung 7 in den unteren Teil
der Kolonne 1 eingeleitet, um diese nach dem Regenerationsvorgang des Harzes 2 durch
die seitung 8 zu verlassen. Der i3iederaustritt der Regenerationsflüssigkeit durch
die Leitung 8 erfolgt in einem Niveau der Kolonne 1, das so liegt, daß der Sammler,
welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise aus einem Rohr
9 aus zweckentsprechend gewähltem Werkstoff, wie rostfreiem Stahl oder Kunststoff
besteht, von dem sich eine Mehrzahl von Stutzen 10 von kleinen Abmessungen erstrecken,
unter die freie Oberfläche 11 der das Harz enthaltenden Kolonne 2 eingetauscht wird,
wobei aber dafiir 'Sorge getragen wird, daß oberhalb der Harzsäule 2 im oberen Teil
der Kolonne 1 ein freier Raum verbleibt.
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Die Einführung der Regenerationsflüssigkeit im Gegenstrom zu der
zu behandelnden Flüssigkeit erfolgt mittels einer Pumpe, die vorteilhafterweise
in die Zuleitung für die von dem Behälter 6 kommende
Regenerationsflüssigkeit
eingeschaltet ist.
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Im Falle einer automatisch arbeitenden Anlage verläuft die Regenerationsphase
in der klassischen Aufeinanderfolge, wobei die Vorrichtung für das Programmieren
und die pulsierende Zuführung, welche eines der Merkmale der Erfindung bildet, mit
dem Steuerorgane ftir die verschiedenen Phasen des Ionenaustauscherprozesses, insbesondere
denen fur die Regenerationssphasen fest verbunden ist.
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Dieses-Vorrichtung weist zwei in die Leitungen 7 und 15 eingeschaltete
Hähne 13 und 14 auf, die vorzugsweise durch elektrischen Kontakt, aber auch in jeder
beliebigen anderen zweckentsprechenden Weise, wie durch einen Zeitkontakt, gesteuert
werden können.
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Der Zeitkontakt ermöglicht es, in regelmäßigen Zeitintervallen elektrische
Impulse von regelbarer Zeitdauer in ebenfalls einstellbaren Zeitabständen zu geben.
Während der Dauer des Impulses ist der Hahn 15 geöffnet und der Hahn 14 geschlossen
; umgekehrt ist während des Zeitintervalls zwischen den beiden Impulsen der hahn
13 geschlossen und der Hahn 14 geöffnet. Da die Pumpe 12 während der gesamten Dauer
des Regenerationsvorganges arbeitet, entspricht der elektrische Impuls der Einleitung
des Reagens und dem hydraulischen Impuls und das Zeitintervall zwischen zwei Impulsen
dem Ruhezustand, während dessen das Harz der Einwirkung des Reagens ausgesetzt ist.
Während dieser letzteren Zeitdauer fließt das
ständig gepumpte
Regenerationsregens im Kreislauf über die Leitung 15 in den BehElter 6 zurück.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen in Fig. 1 dgrgeatellten
Vorrichtung ist im wesentlichen wie folgt : Nachdem das Aarz in die Kolonne eingeleitet
und in der üblichen Veiee für seine Verwendung vorbereitet worden ist, wird die
zu behandelnde FlUssigkeit eingeleitet, welche die Harzsäule von oben meach unter
druchströmt und im behandelten Zustand am unteren Teil der Verrichtung wieder entnommen
wird. Sobald es sich als aufwendig eiweist, das Harz zu regenerieren, d.h. nach
Durchführung einer vorgeschriebenen Zahl won Flüssigkeitsbehandlungen, wird die
Regenertionsflüssigeit, die aus dem Behälter 6 kommt, und deren Menge zweckmäßigerwise
in Abh@@@@ @@ von dem volumen des zu reganerierendne Harzes bemesien wir,d in Richtung
von unten @@@ @@@@ dars die zu regenerierendne Harxsäule geleitet. Die zuführung
der Regenertionsflüwsigkeit eroflft in Imulsen von ej kurzer Dauer, die durhc wesentlcih
größere Perioden, innerhalb deren die Regenerationsflüssigketi in ruhrendne Kontakt
mit dem Harz bleigt verinander getrannt sind. Die gprogrmamierten Impulse werden
durch en Zeit) io. t gesteuert.
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Schald die Regeneration beendet ist, erfolgft vorteinhlafterwiese
@@@ Versp2len, vorzugsweeise mitels einer neuen Mengen an Regenerationesflüssigketi,
welch gleich oder im wesentlichen glsich @@@ @@@@@@ Menge ist, und din dem dieser
Flüssigkeit etithe @@@@@ dem diessem gleichen Behanlte3r abgemessen wrude und in
die
Kolonne ebenfalls in Richtung von unten nach oben strömend
eingeleitet wird. Diese Vorspülflüssigkeit wirkt gewissermagen wie ein Kolben, welcher
ebenfalls in programmierter Weise pulsierend portionsweise die Regenerationsflüssigkeit
in den AbfluBkanal verdrängt. Die Vorspülflüssigkeit wrid, nachdem sie die Regenerationsflüssigketi
verdrängt hat, z.B. durch Rückführend in den Behälter 6 für das Regenerationsmittel
über die Rohrleitung 15 wiedergewonnen. Während dieser Phase steht die Pumpe 12
still und beide Hähne 13-und 14 sind entweder von Hand oder auf elektrischem Wege
geöffnet worden.
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AnschlieBnnd an diesen Vorspülvorgang wird die regenerierte Harzsäule
in der für diesen Zweck üblichen Weise, z. B. durch Rohwasser, gespült, wobie die
Fließrichtung des Spülmittels die gleiche ist, wie die der zu behandelnden Flüssigkeit,
d. h. es die Säule aus regeneriertem Harz von oben nahc unten durhc strömt, Am Ende
dieses Spülvorganges ist die Säule aus den Iohenaustauscherharzen wieder verwendungsbereit.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ionenaustauschanlage sinde deren wesentliche
Elemente im allgemeinen auf dem Boden oder auf einem Träger in horizontaler Aufeinanderfolge
angeordnet, wobei die Versorgung der das Ionenaustauscherharz enthaltenden Kolonne
mit Regenerationsflüssigkeit die im Gegenstrom zu der zu behandelnden Plüssigkeit
fließt9 mittels einer Pumpe erfolgt.
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Das schematische Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigt eine Anlage,
bei welcher die Regenerationsflüssigkeit durch Schwerkraftwirkung in die Kolonne
eingeführt wird und deren Hauptelemente in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend
übereinander angeordnet sind.
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Eine solche Anlage weist insbesondere eine Kolonne 16, z. B. aus Metall,
die Ionenaustauscherharz 17 enthält, und in welche die zu behandelnde Flüssigkeit
in einem abwärts gerichteten Strom durch die Rohrleitung 18 eingeführt wird, auf.
Die behandelte Flüssigkeit tritt aus der Kolonne durch die Leitung 19 aus. Das Spülwasser
nimmt, wie oben erläutert, den gleichen Veg wie die zu behandelnde Flüssigkeit.
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Das Ionenaustauscherharz 17 ruht auf einem im unteren Teil der Kolonne
angeordneten Rost 20.
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Die von dem orratsbehälter 21 kommende Regenerationsflüssi % eit
tritt in denunterenBereich der das Ionenaustauscherharz enthaltenden Kolonne durch
die Rohrleitung 22 ein und verläßt diese, nachdem sie das Harz regeneriert hat,
durch die Rohrleitung 23. Die Regenerationsflüssigkeit fließt durch diese Leitung
23 in einem Niveau, bezogne auf die @arzsäule, aus, das dadurch gegeben ist, daß
die Abzugsvorrichtung 24 unter deren freie Oberfläche 25 versenkt ist.
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Hierbei wird aber vorteilhafterweise Sorge dafür getragen, daß oberhalb
der harzsaule im oberen Teil der Kolonne 16 ein freier Raum verbleibt, der die Expansion
des narzes ermöglicht.
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Die Einführung der Regenerationsflüssigkeit im Gegenstrom zu der
zu.
behandelnden Flüssigkeit erfolgt auch hier programmiert pulsierend.
Zu diesem Zwecke ist in die Zuleitung für die Regenerationsflüssigkeit eine programmierende-und
Impulse erzeugende Vorrichtung die aus einem vorzugsweise elektrisch'gesteuerten
Hahn, bzw. Ventil 26 und einem Zeitkontakt besteht, eingeschaltet.
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Im Falle der in Figur 2 dargestellten Anlage wird eine programmierte
Zuführung der die Säule aus dem zu regenerierenden Harz durchströmenden Regenerationsflüssigkeit
in durch die Impulse gesteuerten Teilmengen dadurch erzielt, daß der naShn 26 in
Abhängigkeit von den elektrischen Impulsen, die z. B. durch einen zeitkontakt gegeben
werden, dessen hinsichtlich ihrer Dauer und ihres zeitlichen Abstandes voneinander
regelbaren Impulse dem Öffnen des Hahnes und dem Einleiten des Reagens entsprechen,
gestuert ird.
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Die Vorspülflüssigkeit wird durch die Leitung 22 in den Behälter 21
zurückgefördert und derart wiedergewonnen, wobei während dieser Phase der Hahn 26
entweder von Hand oder durch einen elektrischen Impuls, den gegehenenfalls der Zeitkontakt
liefern kann, geöffnet gehalten wirtt.
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Nachstend wird ein Zahlenmäßiges Beispiel für die Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung gegeben : Es wird eine Kolonne, welche 100 Liter
eines Kationenaustauscherharaes, z. B. sulfoniertes Polystyrol enthält, verwendet.
Nach einer vorbestimmten Anzahl von Arbeitsvorgängen wird der Kationenaustauscher
durch
Chlorwasserstoffeäure und zwar in einer Menge von zwei Grammäquivalenten je Liter,
d. h. 2 x 100-200 Grammäquivalenten, regeneriert. Dieser Menge an Chlorwasserstoffazure
werden 100 Liter 2, 7 % iger Chlorwasserstoffsäure (= 73 Grammäquivalenten), die
aus einem vorhergehenden Regenerationsvorgang stammen, zugesetzt, so daß sich insgesamt
273 Grammäquivalente ergeben und die Konzentration des Gemisohes durch Auffüllen
auf eine Konzentration von 5 % gebracht.
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Die in dieser Weise hergestellte Regenrrationsfliissigkeit durchströmt
die Harzeäule von unten nach oben in Impulsen von je 2 Sekunden Dauer, die sich
alle 20 Sekunden wiederholen. Der Durchfluß der Säure dauert etwa 50 Minute, worauf
ein neuer Posten an Regenerationsflüssigkeit, dessen Volumen im wesentlichen oder
völlig gleich dem des ersten Postens bemessen ist, ebesnflla in Impulsen von je
2 Sekunden Dauer, die durch Zeitintervalle von je 20 Sekunden voneinander getrernt
sind, in Richtung von unten nach oben fliessend in die Säule aus regeneriertem Harz
eingeführt wird, um die Regenerationaflüssigkeit zu verdrängen, welche je nach den
Umstanden durch die e Mchrlietung 8, 23 oder in anderer Weise ausgetrieben wird.
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Diese menge an frischer Regenerationsflüssigkeit wird durch die Leitung
22 nach dem Vorratsbehälter 21 zurückgefördert und derart wiedergewonnen. Während
dieses Vorgangs wird der Hahn 26 entweder von Hend oder durch einen elektrischen
Impuls, der gegebenenfalls von des Zeitkontakt geliefert werden kann, geöffnet gehalten.
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Der Verlust an Ionen in einem gesamten Behandlungskreilauf, z.B.
der
Behandlung eines nur Natriumionen enthaltenden Wassers in einer venge von 2500 Liter
je Stunde beträgt größenordnungsmäßig 0, 06 grammäquivalente.
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Zu Vergleichszwecken wurden unter anrieh, den gleichen Bedingungen
ein weiterer Behandlungskreislauf mit einem nur Natriumionen enthaltenden Wasser,
jedoch unter Durchführung des Regenerationsvorganges in der klassischen Weise in
der Strömungsrichtun von oben nach unten, mittels Chlorwasserstoffsäure von der
gleichen Konzentration wie oben, durchgeführt. Die Regenerationsleistung war graben,
ordnungsmäßig die gleiche, jedoch war der Ionenverlust erheblich großer. Er erreichte
9 Grammäquivalente für die Gesamtheit des Beahndlungskreislaufes.
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Ichstehend wird nunmehr noch ein Beispiel für die Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Rombination von Ionenaustauscherharzen,
die in übereinanderliegenden Schichten gelagert sind, gegeben.
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Die Säule von Ionenaustauscherharzen setzt sich in diesem Fall aus
einer unteren Schicht von stark kationischen Harz, nämlich einem sulfoniertem Polystyrol
und einer oberen Schicht aus schwach kationischem Harz, nämlich einem Carboxylaustsuscherharz
suammen.
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Wenn eine solche Kombination von Harzen in der Strömungsrichtung -von
oben nach unten nach dem klassischen Verfahren regeneriert wird, so kann durch ihre
Verwendung für den Austauschwvorg@
nur unter der Voraussetzung
eine zufriedenstellende Wasserqualität erhatten werden, daß in der Regenerationsphase
das sulfonische Harz mit einem sehr großen tberschuß des Reagens regeneriert wird,
wobei-die Verwendung eines Carboxylharzes im oberen Teil keine zusätzlichen Vorteile
erbringt.
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Wenn im Gegensatz hierzu der Regenrationsvorgang einer solchen Harzsäule
gemaß der Erfindung in der Strömungsrichtung von unten nach oben durchgeführt wird,
so kann die Wirkung des @berschules an Reagens, der notwendig ist, um das sulfonische
Harz vollkommen zu regenerieren, völlig durch das Carboxylharz übernommen werden,
dessen Regenrationsleistung bekanntlich ausgezeichnet ist.
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Es kann also im oberenden Teil der Vorrichtung eine Flüssigkeit erhaben
werden, in welcher das Regenerationsmittel vollkommen verbraucht ist und trotzdem
eine sehr vollkommene Regeneration des sulfonischen Harzes der unteren Schicht erfolgt
ist.
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Die Anwendung des Prinzips der Regeneration im aufsteigendem
Strom hat also bei einem solchen bystem gegenüber dem, was sich bei Verwendung eines
sulfonischen Liarzes allein ergeben würde, sowohl den Vorteil einer höheren Austauschleistung
des Harzes wie einer weiter verbesserten Leistung des Regeneraticnsvorganges. Diese
Arbeitsweise kann auch im Falle von linionenaustauscherharzen verwendet werden,
falls stark basische Austauscher von gegenüber der der schwach basischen Austauscher
größerer Dichte zur Verfügung stehen.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, werden, unabhängig
von der Ausführungsform, Art der Anwendung und Durchfuhrung des Verfahrens gemäß
der Erfindung durch diese neuen Regenerationsverfahren für Ionenaustauscherharze
und neue Ionenaustauschapparaturen geschaffen, welche gegenüber den bekannten den
gleichen Zwecken dienenden Verfahren und Anlagen erhebliche Vorteile und unter diesen
insbesondere den besitzen, daß die Ionenverluste in der behandelten Flüssigkeit
vollkommen vermieden werden. Hierdurch wird die Qualität der behandelten Flüssigkeit
erheblich verbesserte, und es wird eine vollkommenere und schnellere Regeneration
der lonenaustauscherharze erzielt. Das bedeutet gleichzeitig eine Vergrößerung der
nutzbaren Leistung des Austauschers, weil das notwendige Volumen an Spülflüssigkeit
kleiner ist, indem die Spülflüssigkeit ihrcrs its einen gewissen Teil der Kapazität
nutzbar zu sachem ermöglicht.
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Die Erfindung ist, wie wiederholt festzustellen ist, selbstverständlich
keineswegs auf die beiden vorstehend im einzelnen beschriebenen Möglichkeiten für
ihre Durchführung beschränkt. Sie umfaßt im Gegenteil sämtliche denkbare Varianten
des neuen Verfahrens und der zu seiner Durchführung dienenden Vorrichtung und von
diesen insbesondere : die @ ausf2hrungsformen, bei welchen das Vorspülen nicht durch
eine frische Fraktion der Regenerationsflüssigkeit, sondern eine andere Flüssigkeit,
wie bereits behandeltes oder Rohwasser erfolgt, und
die Ausführungsform,
bei welcher das Vorspülen mit einer anderen Flüssigketi als der Regenrationsflüssigkeit,
z. B. mit Rohwasser erfolgt, welches die Säule des regenerierten Harzes von oben
nach unten, d. h. in der gleichen Richtung wie die zu behandelnde Flüssigkeit in
programmierter Weise in pulsierend aufgegebenen Mengen durchströmt.
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Patentansprüche :