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Vorrichtung zum Regenerieren von =lischbett-Ionenaustauschharzen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regenerieren von Mischbett-Ionenaustauschharzen,
wobei die Austauscherkörner getrennt und einer getrennten Regenerierung unterworfen
werden.
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Die Entsalzung von Wasser mittels Ionenaustauschfiltern konnte dank
der in den letzten Jahren entwickelten Kunatharzionenaustauscher
eine
sehr vielfältige Anwendung erlangen. Bai leleinen Anlagen zur Wasseraufbereitung
bedient man sich aus Gründen der Wirtschaftlichkeit gern der Mischbettfilter. Bei
diesen werden kleine Behältnisse mit gemischten Ionenaustauschharzen gefüllt, die
vom am einen Ende des Behältnisses eintretenden Rohwasser durchflossen werden, wobei
das Reinwasser am anderen Ende entnommen wird. Im Mischbettfilter liegen die Kationenaustauscher
in der H-Form und die Anionenaustauscher in der OH-Form innig vermischt nebeneinander
vor. Im Vergleich zu einer Hintereinander schaltung von getrennten Kationen- und
Anionenaustauschfiltern erreicht man mit derartigen Mischbettfiltern sowohl eine
Kapazitätserhöhung als auch eine Qualitätsverbesserung hinsichtlich des aufzubereitenden
Wassers. Derartige Mischbettfilter werden für die Aufbereitung salzarmen Rohwassers
mit kleinen Wasserleistungen bevorzugt, wie sie z. 13. für Tankstellen, Labors,
Apotheken usw, benötigt werden.
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Die Schwierigkeit in der Handhabung von Mischbettfiltern liegt in
deren Regenerierung. Hierzu müssen die Austauscherkörner getrennt werden, um einer
getrennten Behandlung mit den Regenerationslösungen unterworfen werden zu können.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Ionenaustauschkörner in ihrem Betriebsbehälter
zu trennen und in diesem gleichen Behältnis getrennt zu regenorioren; Dieses wird
dadurch ermöglicht, dass die Anionenaustzuscherte chen ein leichteres Gewicht haben
als die Kationenaustauscherkörner. Vor der Regeneration werden die Mischbettmassen
zunächst rUckg*$pUlt und von einem Wasserstrom in einer Richtung durchfloi sen,
die dem Behandlungsstrom entgegengerichtet ist. Hierbei ordnen
sich
die leichteren Anionenaustauscherkörner über den nach unten abgesunkenen Kationenaustauschmassen
an. Die Regeneration der Anionen erfolgt durch Laugen, die von oben in den Behälter
eingelassen und in der Trennebene abgelassen werden, während die Säureregeneratfon
durch Einlassen der Säure in den Bodenteil des Behältnisses und durch Abzug in der
Trennebene vorgenommen wird.
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Anschliessend wird das Mischbett zur Vermischung der Harze durch Luft
aufgewirbelt.
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Die Kleinbehälter werden zur Regenerierung einer Sananelregenerierung
zugeführt, bei welcher mehrere kleine Geräte in einer dafür eigens eingerichteten
Anlage entleert und die Harze dort nach diesem Verfahren regeneriert werden. Für
die Handhabung der Krr geräte hat eine derartige Regeneration Nachteile, die durch
die speziellen Eigenschaften der Ionenaustauschharze bedingt sind. So stimmt die
Kapazität der einzelnen Geräte nicht überein, da keine homogene Harzmischung nach
der Regeneration erfolgt. Auch können unterschiedliche Mischungsverhältnisse, die
auf die speziellen Rohwasserarten abgestimmt und daher häufig wünschenswert sind,
nicht eingestellt werden. Auch werden die Harze bei einer derartigen Sammelregenerierung
oft nur mangelhaft regeneriert, weil die Körner nicht Sauber getrennt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen
und eine Regenerierstation zu schaffen, die eine gründliche Regenerierung der Kationen-
und Anionenharze gestattet.
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Gleichzeitig ist nach erfolgter Regenerierung eine einfache Wahl des
Mischungsverhältnisses der Kationen- und Anionenaustauschharze durch entsprechende
Dosierung der Anteile möglich.
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Die Erfindung befasst sich ferner mit der Lösung der Aufgabe, eine
Trennvorrichtung zu schaffen, mit der das Kernproblem der Regenerierung eines Mischbetts
in einfacher Weise gelöst wird, nämlich eine möglichst saubere Trennung der vermischten
Kationen- und Anionenharze zu schaffen.
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Diese Aufgaben werden gemäss der Erfindung durch eine Vorrichtung
gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Trennbehälter mit Abzugsvorrichtungen
zum Abziehen der getrennten Austauschermassen in unterschiedlichen Höhen, damit
verbundene sowie an ein Säuren-bzw. Laugengefäss anschliessbare Regenerierbehälter
für die Kationen- bzw. Anionenmassen sowie mit diesen verbundene Behältnisse zum
Speichern und Dosieren der dann zu vermischenden und in die Filterbehälter einzufüllenden
Anionen- und Kationenmassen. Durch eine solche Vorrichtung kann sowohl eine saubere
Trennung der Harze als auch eine wirksame Regenerierung erreicht werden, wobei gleichzeitig
die Kationen- und Anionenmassen, z.B. zur Anpassung an schwankende Wasserverhältnisse,
entsprechend dosiert werden können.
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Gemäss einem Merkmal der Erfindung weist das Trenngefäss im Bereich
der Trennzone mindestens zwei Abzüge für die Harze auf, an welchen nach aussen führende
Leitungen angeschlossen sind. Eine besonders saubere Trennung der Harze kann dagegen
durch eine kontinuierlich arbeitende Abzugsvorrichtung erreicht werden, indem das
Trenngefäss einen Absaugkanal mit in unterschiedlichen Höhen angebrachten Abzugsöffnungen
aufweist und mit zwei Abzugsöffnungen für die getrennten Austauscherharze versehen
ist. Dabei ist vorzugsweise innerhalb des Absaugkanals ein Schieber zmu Ab
ziehen
der Harze in der Trennzone längsverschieblich geführt.
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Durch eine solche Apparatur können die Abzüge jeweils im Bereich der
Trennzone angeordnet werden, wobei der Schieber kontinuierlich mit der Trennzone
wandert, so dass eine saubere Austrennung möglich ist. Gemäss einem weiteren Merkmal
der Erfindung kann eine solche Vorrichtung auch als Mischbettfilter verwendet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, in welcher Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes der Erfindung dargestellt sind. Darin zeigen: Fig. 1 eine Apparatur
in schematischer Darstellung zur Regenerierung der Mischbett-Ionenaustauschharze,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Trennbehälter der Apparatur,
Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Abwandlung des Trennbehälters gemäss
Fig. 2.
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In der Fig. 1 ist schematisch eine Regenerierstation gezeigt, in der
eine Sammelregenerierung der aus mehreren Behältnissen stammenden Mischbettharze
vorgenommen wird. Derartige von Kleinbetrieben, z.B. Tankstellen, Apotheken oder
dergl., zur Regenerierung überlassene Behältnisse werden, wie bei 11 angedeutet,
in einen Einfülltrichter 12 entleert, von wo die Harze nach öffnen des Ventils 13
in einen Trennbehälter 14 gelangen. Dieser dient zur Trennung der Anionen- und Kationenharze
in später noch näher zu
erläuternder Weise und enthält Vorrichtungen
zur Abziehen der ge trennten Austauscherharze.
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Die leichteren Anionen werden nach der Trennung über die Leiten gen
15 und 16 und eine gemeinsame Leitung 17 in einen Regenerierbehälter 18 geführt,
während die nach unten abgesun'=nen Kationen über die Leitung 19 in einen Regenerierbehälter
20 gelangen, In diesen Behältnissen erfolgt die Regenerierung der Harze naeh Zuführung
der arforderlichen Chemikalien. Zu diesem ZweelS wird der Kationenregenerierbehälter
20 mit Säuren beschickt, die aus einem Messgefäss 21, das seinerseits über die Zuführleitung
22 mit einem Vorratsbehälter 23 mit Rührwerk in Verbindung steht' über die Leitung
24 eingespeist werden. Die Regeneration der im Behält nis 18 vorliegenden Anionen
erfolgt in entsprechender Weise mit Hilfe von Laugen, die von einem Messgefäss 25,
das von einem Vorratsbehälter 26 beschickt wird, über die Leitung 27 einige lassen
werden.
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Nach erfolgter Regeneration werden die Harze ausgewaschen, indem über
eine Leitung 28 und die Ventile 29,30 entsalztes Spülwasser in die Behälter 18 und
20 eingelassen und über die Ventile 31,32 abgeleitet wird. Anschliessend werden
die regenerierten Kationen nach öffnen des Ventils 33 über die Leitung 38 einem
Behälter 35 zugeführt. Die Anionen gelangen entsprechend nach Öffnung des Ventils
34 über die Leitung 36 in ein Aufbewahrungsgefäss 37.
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Somit ist es nun möglich, die Anionen- und Kationenharze je nach der
Wahl des Mischungsverhältnisses zu dosieren und in entsprechende neu zu füllende,
für den Betrieb geeignete Mischbettfilter behälter 41 und 42 einzufüllen. Die Zuführung
der Anionen zu den
Austauschermischbehältern 43 und 44 erfolgt über
die Leitungen 45,46 oder aber über eine an die Leitung 36 unmittelbar angeschlossene
Leitung 48, Die Kationen werden in ähnlicher Weise den Mischbehältern 43 und 44
über die Leitungen 51,52 zugeführt.
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Es ist somit möglich, das Mischbettfilter in den Betriebsbehältern
41 und 42 durch Wahl der Anteile der Kationen- und Anionenharze so abzustimmen,
dass beispielsweise sowohl die Leistung wie auch die Durchsatzmenge für die vorgesehene
Anwendung berücksichtigt sind.
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Bevor die körnigen Substanzen aus den Austauschermischbehältern 43
und 44 durch Öffnen der Ventile 47,48 herausgelassen werden, erfolgt eine gründliche
Durchmischung mittels Luft, die über ein Gebläse 55 und die Leitungen 56,57 eingelassen
wird. Dabei werden die Austauscherkörner innig vermischt.
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Um eine einwandfreie Regenerierung der Harze zu erreichen, die für
die Qualität der Mischbettfilter ausschlaggebend ist, ist eine saubere Trennung
der Austauscherkörner erforderlich, Im nachfolgenden sind zwei Ausführungsformen
von Trennbehältern beschrieben, durch die eine Trennung der Harze in einfacher und
sorgfältiger Weise vorgenommen wird, Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gelangen
die noch in gemischter Form vorliegenden, aus dem Einfülltrichter 11 eingelassenen
Harze durch ein Einlassrohr 60 in das Innere des Trennbehälters 61. Dieser weist
eine Zylinderwandung 61a sowie ein Deckelteil 61b und ein Bodenteil 61c auf. Zwischen
den Teilen 61b und 61c befinden sich Distanz- und Halterohre 62 und 63, die mit
dem Boden- und Deckelteil verschraubt sind.
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Im Abstand des Deckelteils 61b ist eine Siebplatte 64 angeordnet,
deren Maschenweite der Körnung der Harze angepasst ist. Die Siebplatte soll ein
Ausschwemmen der Harze bei den im Behälter 61 vorgenommenen Behandlungen (Rückspülen,
Entmischen mittels Luft) verhindern. In gleicher Weise ist auch im Abstand vom Bodenteil
61 ein Sieb 65 angeordnet. Anstelle der Siebe können auch Düsenböden bekannter Konstruktion
verwendet werden.
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Zu Beginn des Trennungsprozesses werden die im Behältnis 61 befindlichen
Mischbett-Ionenaustauschharze einer gründlichen Rückspülung unterworfen, wobei Wasser
über eine Rohrleitung 66 (Fig.l) und den Einlaßstutzen 67 in den Behälter 61 eingeführt
wird. Entsprechend der unterschiedlichen Körnung und Dichte der Kationen-und Anionenharze
werden hierbei die leichteren Anionenharze nach oben gedrängt, während sich die
schwereren Kationenharze auf dem Boden absetzen und durch eine zentrale Leitung
68 abgeführt werden. Damit das leichtere Anionenharz möglichst vollständig erfasst
wird, sind in unterschiedlichen Höhen mehrere Abzugstrichter vorgesehen, von denen
zwei, die mit den Bezugsziffern 70 und 71 versehen sind, in der Fig. 2 dargestellt
sind. Hierdurch hat eine zunächst unvollständige Trennung auf die Schärfe der Trennung
keinen Einfluss. Die in der oberen Zone befindlichen leichten Anionenharze werden
durch den Trichter 70 abgefangen und einer Leitung 15 zugeführt, die dem im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebenen Regenerierbehälter 18 zugeordnet ist. Etwa bereits abgesunkene,
noch in der Trennzone befindliche Anionen werden dagegen in dem Abzugstrichter 71
abgefangen, der an eine Leitung 16 angeschlossen ist. Bei einer erneuten Rückspülung
und damitverbundenen Verwirbelung der Harze wird eine weitere sorgfältige Trennung
durch die Abzugstrichter 70 und 71 erreicht. Aus konstruktiven
Gründen
können die Leitungen 15 und 16 gegeneinander versetzt sein. Die Abzugstrichter 70
und 71 sind zweckmässig mit Haltestücken 72,73 an den Distanzrohren 62 und 63 befestigt.
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Eine noch sauberere Trennung kann man mit dem in Fig. 3 dargestellten
kontinuierlich arbeitenden Trenngefäss erreichen. Dieser insgesamt mit 81 bezeichnete
Behälter, der zylindrische Seitenwandungen 81a und ein damit verbundenes Deckelteil
81b sowie ein Bodenteil 81c aufweist, enthält ein zentrisches Zylinderrohr 82.
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In diesem ist ein Schieber 83 um einen Mittelbolzen 95 längsverschieblich
geführt. Der Schieber ist zylindrisch ausgebildet und besteht aus einem offenen,
durch Rippen gebildeten Rohr, Die zu trennenden Mischharze werden durch einen Einlaßstutzen
84 in das Innere des Behältnisses eingeführt. Das Rückspülwasser tritt durch eine
Leitung 86 ein und wird durch die Leitungen 88 bzw.
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85b abgeführt. Durch das Spülwasser wird das Harzbett gründlich durchwirbelt
und dabei eine Ausdehnung und Schichtung der Harze erreicht. Um ein Ausschwemmen
der verwirbelten Harzkörner zu verhindern, sind am Deckel- und Bodenteil des Behältnisses
Siebplatten bzw. Düsenböden 91 und 92 angebracht.
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Die am Boden absinkenden schweren Kationenharze werden durch eine
Ausflussleitung 87 aus dem Behältnis herausgeführt. Die leichteren Anionenharze
dagegen werden im mittleren Bereich des Behältnisses 81 durch öffnungen 82b über
das zentrische Rohr 82 abgezogen und durch den Auslaßstutzen 89 abgeführt. Der Schieber
83 wird so hoch ingestellt, dass sichergestellt ist, dass nur Anionenharze über
das Innenrohr 82 abgezogen werden. Nach erneutem Rückspülen und Absetzen der Harze
wird der Schieber 83
erneut auf die jeweils sich ergebende neue
Trennebene eingestellt, so dass eine saubere Austrennung der beiden Harzkomponenten,
selbst bei nur geringem Dichteunterschied der Harze, sichergestellt ist.
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Sind die Gewichtsunterschiede der Harze genügend gross, so dass auch
im aufgewirbelten Bett bereits eine hinreichende Trennung vorliegt, so kann der
Vorgang vollkommen kontinuierlich erfolgen, indem der Schieber 83 zusammen mit der
nach unten sinkenden Trennzone im Rohr 82 nach unten wandert. Je nach Erfordernis
kann auch die Austragung der Anionenharze durch einen im Rohr 82 aufwärts gerichteten
Wasserstrom nach oben erfolgen, wobei dann die Abzugs öffnung 89 neben der Öffnung
88 angeordnet sein kann.
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Die in Fig. 3 dargestellte Trennapparatur kann schliesslich auch als
Mischbettfilter betrieben werden, wobei die jeweilige Trennebene der Harze je nach
Erfordernis durch unterschiedliche Harz komponenten eingestellt wird. Vor Beginn
des Entsalzungsvorganges wird durch Einführung von Luft durch die Öffnung 85a das
Harzbett gemischt und über den Rohranschluss 85b Rohwasser zugegeben. Die Ableitung
des entsalzten Wassers erfolgt dann über den Abzugsstutzen 86 in umgekehrter Weise
wie beim beschriebenen Rückspülvorgang. Die zum Regenerieren erforderlichen Säuren
und Laugen werden durch den dargestellten Anschlüssen 86 und 85b entsprechende Einlassrohre
von unten aufwärts bzw. von oben abwärts zugeleitet und über die durch den Schieber
83 eingestellten öffnungen 82a im Innenzylinder 83 gemeinsam oder nacheinander abgeleitet.
Der Abzug erfolgt über einen in der Ebene der offnung 89 liegenden Auslass 89a,
der durch Filterdüsen oder dergl.
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gegen Harzaustrag abgesichert ist.
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Ein weiterer Vorteil dieser Apparatur gemäss Fig. 3 liegt auch in
der Möglichkeit, während-des Entsalzungsspieles weitere Harzmengen über die Öffnungen
84 und 87 zugeben zu können. Die Einbauten des zylindrischen Schiebers 83 und des
Zylinders 82 beeinträchtigen das für die Harze zur Verfügung stehende Behältervolumen
kaum.