DE1917899A1 - Ionenaustausch im Abwaertsstrom - Google Patents

Description

Patentanwälte DIpI. Ing. F. Weltmann, . «

Dlpl.lng. H.Wefckrcann, Dipl.Pl.ys.Dr.K.Ffnofe» Dipl. InQ. F.A.l"3ickmann, Oipl. Chun. Β,Ηι/ .*'

8 IWnchen 27, H5Msfc22

20-C

CHEMICAL SEPARATIONS CORPORATION Oak Ridge, Tennessee/V.St .A.

Ionenaustausch im Abwärtsstrom

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kontinuierlichen Kreisprozeß für aen Gegenetromkontakt einer eine Verunreinigung enthaltenden FlUeeigkeit mit einem Feststoff in einer Kolonnenschleife, gemäß dem man die eine Verunreinigung enthaltende Flüssigkeit in den oberen Teil eines Abschnittes der Kolonnensohleife einführt, damit sie duroh das darin enthaltene Feststoffbett abwärts fließt, um die Verunreinigung auf die Feststoffe zu übertragen oder auf den Feststoffen abzuladen. Der Abschnitt ist benachbart zum oberen Ende der KoIonnenechleife angeordnet. Flüssigkeit mit einer herabgesetzten Menge an Verunreinigung wird aus dem unteren Teil dieses Abschnitts abgezogen. Ein Regenerierungemittel wird dem unteren Teil eines anderen Absohnitts der Kolonneneohleife sugefUhrt, damit ee

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durch, ein Bett der mit der Verunreinigung beladenen Fest-Btoffe fließt. Der Strom der Flüssigkeit und des Regenerierungsmittels werden unterbrochen und das feststoffbett wird um die Sohleife verschoben, wonach die Beladungs- und Regenerierungszyklen wiederholt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein neues Verfahren, um im wesentlichen kontinuierlichen Gegenstromkontakt zwischen flüssigen und festen Stoffen zu bewirken» und sie betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem eine abwärts gerichtete, Verunreinigungen enthaltende Flüssigkeit im Gegenstrora ein festes Material kontaktiert, um die Verunreinigungen aus der Flüssigkeit zu entfernen.

Die vorliegende Erfindung wird in vorteilhafter Weise bei der Behandlung von Flüssigkeiten wie Wasser verwendet, um das Wasser zu enthärten, zu entmineralisieren oder zu entionisieren, um die Alkalinität des Wassers herabzusetzen, um färbende, geruchgebende und organische Materialien aus der Flüssigkeit zu entfernen, um Schmutzverunreinigungen, wie Galvanisierabfalle, aus der Flüssigkeit zu entfernen, oder für jede andere ähnliche Behandlung, bei der die Entfernung einer Verunreinigung in einer Flüssigkeit erwünscht ist und die Flüssigkeit mit einem festen Material kontaktiert wird, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Wenn die Flüssigkeit Wasser ist und die Enthärtung oder Entmineralisierung des* Wassers erwünscht ist, kann der Feststoff ein Ionenaustauschmaterial sein, beispielsweise ein stark saures Kationenauetauscherharz, ein schwach saures Kationenaustauscherharz, ein stark basisches Anionenaustauscherharz oder ein schwach basisches Anionenaustauscherhare. Systeme, die eine Kombination von einem oder mehreren dieser Ionenaustauscherharze umfassen, können ebenfalls verwendet werden. Derartige Ionenaustauscherharze sind im Handel erhältlich und werden beispielsweise unter den Handelenamen Amberlite, Dowex und dergleichen verkauft. Wenn die Flüssigkeit Wasser ist und die Entfernung von Verunreinigungen

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erwünscht 1st, die dem Wasser eine unerwünschte farbe oder einen unerwünschten Geruch verleihen» oder wenn die Entfernung von bestimmten unerwünschten organischen Stoffen aus dem Wasser erwünscht ist» kann das feste Material beispielsweise Aktivkohle oder dergleichen sein. Es wurde auch gefunden, daß in dem Fall, wenn die Flüssigkeit Phosphate enthält, deren Entfernung erwünscht ist, die Flüssigkeit mit Aluminiumoxyd kontaktiert werden kann. Demzufolge ist klar, daß das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Regenerierungsmittel in Abhängigkeit von der speziellen Wahl des verwendeten festen Materials und von der Natur der aus der Flüssigkeit zu entfernenden Verunreinigung "beispielsweise aus einer Salzlösung oder aus anderen Salzen, einer Säure, einer Base, einem Alkohol oder dergleichen bestehen kann oder daß die Regenerierung durch Anwendung von Wärme oder elektrolytischen Zellen sowie von anderen bekannten Feststoff -Regenerierungsmethoden durchgeführt werden kann. Es ist somit ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung in weitem Umfang anwendbar ist, weshalb betont wird, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgend erörterte spezielle Ausführungsform der Erfindung, d.h. die Behandlung von Frischwasser zu seiner Enthärtung, beschränkt ist.

Die Wasserenthärtung ist bei einer großen Vielzahl von industriellen Verfahren ein wichtiger und wesentlicher Schritt. Auch bei den meisten städtischen Systemen ist für das gehandhabte Wasser ein Härtegehalt nicht über 85 ppm erwünscht, während in manchen Fällen, sowohl bei Städten als auch In der Industrie, ein Härtegehalt nicht über Null ble 25 ppm erforderlich ist. Obwohl beispielsweise Ionenaustauschern«- thoden beim Versuch, diese Ziele zu erreichen, bei der Ent= fernung von schädlichen oder unerwünschten Kationen und/oder Anleinen aus natürlichen Wasservorräten eine wichtige Rolle gespielt haben und obwohl lonenaustauschmethoden außerordentlich vorteilhaft sind, insbesondere wenn der anfängliche

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ORIGINAL INSPECTEk

Härtegehalt des zu behandelnden Wassers in der Größenordnung von 200 ppm Härte oder darüber liegt, sind bei den be-Scannten Ionenaustauschmethoden bestimmte Nachteile aufgetreten.

Ein Typ eines herkömmlichen Wasserenthärters umfaßt z.B. ein einstufiges Festbettsystem für sowohl die Wasserentmineralisierung als auch die Xonenaustauschregenerierung. Ein derartiges System wird im allgemeinen insofern als unwirksam betrachtet als es mit relativ niedrigen Fließgesphwindigkeiten, doh„ etwa 37₉9 £tr. pro Minute/0,09 m (10 gallons per minute [gpm]/ft ) betrieben wird und übermäßige Mengen an Regenerisrungsmittel erfordert.

Im Gegensatz zu bekannten Festbettsystemen sind kontinuierliche Geganstrom-Ionenaustauschsysteme verwendet worden, die als sehr vorteilhaft betrachtet worden sind, da sie viele Nachteile beseitigen, die mit Festbettsystemen verbunden sind. So verwenden kontinuierliche Gegenstrom-Ionenauetauschsysteme Fließgeschwindigkeiten, die viele Male grosser sind als die Fließgeschwindigkeiten bei Festbettsystemen, und ermöglichen gleichzeitig eine im wesentlichen stöchiometrisohe Regenerierung der mit Härte beladenen Harze. Zusätzlich werden durch herabgesetzten Regenerierungsmittelverbrauch, herabgesetzten Harzeinsata und geringere anfängliche Kapitalkosten bedeutende Einsparungen erreicht.

Bei einem typischen herkömmlichen Segenstrom-Ionenaustauschverfahren wird eine Vorrichtung verwendet, wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 815 322 gezeigt ist, die einen Turm als Stütze für eine Austauschharzsäule umfaßt, der zwischen seinen Enden einen Einlaß für die Einführung einer zu enthärtenden Wasserbeschickung aufweist. Oberhalb des Einlasses für das Besehiokungswasser 1st auch ein Einlaß für die Einführung eines Regenerierungemittels vorgesehen. Zwischen dem BesoMckungswassereinlaß und dem Re-

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generierungsmitteleinlaß befindet sich ein Auslaß zum Abziehen einer Lösung der Mineralstoffe, die vorher aus dem Beschickungswasser entfernt worden sind, indem sie auf einem Ionenaustauschharz abgeladen worden sind. Pie Lösung der Mineralstoffe wird in dem Strippabschnitt durch Kontaktierung des beladenen Harzes mit dem Regenerierungsmittel erzeugt.

Unter dem Beschickungswassereinlaß ist auch ein Auslaß für das enthärtete Wasser vorgesehen. Dieser Auslaß liegt benachbart zum Boden des Beladungsabschnittes, der. unter dem Strippabschnitt liegt und im allgemeinen an den Bodenteil des Turmes angrenzt. Das Oberteil des Strippabschnittes ist mit dem Unterteil des Beladungsabschnittes, d.h. dem Boden des Turmes, durch eine Schleifenverbindung verbunden, die einen ZurUckleitungsweg für das regenerierte Harz zum Boden des Beladungsabschnittes darstellt.

Bas regenerierte Harz, das in den Boden des Beladungsabsohnitts eintritt, wird aufwärts bewegt, damit es mit dem abwärts fließenden Beschickungswasser in Kontakt kommt, wobei während dieses Kontakts die Härtestoffe des Beschikkungswassers auf das Ionenaustausohmaterial abgeladen werden. Das beladene Harz wird zur Regenerierung durch das abwärts fließende Regenerierungsmittel aufwärts in den Strippabschnitt weiterbewegt und der Kreislauf wird kontinuierlich wiederholt.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein derartiges Xonenauatauschverfahren bestimmte Nachteile hat. So fördert das Regenerierungsmittel, das in der Nähe des Kopfes des Turmes eingeführt wird, damit es durch das sich aufwärts bewegende ₉ beladene Harz abwärts fließt, Kanalbildungseffekte, die la© gewünschte Ausmaß der Regenerierung des Ionenaustausoteat©- rials stören·

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Bei einem anderen bereits bekannten Ionenaustausohsystem ist der Beladungsabschnitt wiederum benachbart zum Boden eines Schenkels der Schleife angeordnet und ebenfalls in der.Nähe des Bodens davon mit einem Beschickungswassereinlaß versehen, damit das Beschickungswasser durch den Beladungsabschnitt aufwärts fließt und ein Gegenstromkontakt mit einem sich abwärts bewegenden IonenaustauBchmaterial gegeben ist. PUr die Entfernung von'enthärteten Wasser ist ein Auslaß in der Nähe des oberen Teiles des Beladungsabachnittes vorgesehen. Der Boden des Beladungsabsohnitts ist mit dem anderen Schenkel der Schleife verbunden, worin das mit den Härtestoffen des ursprünglichen Besofoickungswas-εers beladene Harz aufwärts bewegt wird, damit es mit einem A abwärts fließenden Strom eines Regenerierungsmittels oder einer Stripplösung in Gegenstromkontakt kommt. Aus dem Oberteil des Strippabschnittes wird das regenerierte lonenaustausefcmaterial in einen Überfließabschnitt oberhalb des Beladungsabschnittes in dem anderen Schenkel der Schleife bewegt, wo es periodisch in den Beladungsabschnitt eintreten gelassen wird, damit es mit dem darin aufwärts fließenden Beschickungswasser in Gegenstromkontakt gelangt. Wiederum wird der Zyklus wiederholt, wobei sich ein kontinuierliches Verfahren zur Wasserenthärtung ergibt.

Ein derartiges System hat ebenfalls mehrere Nachteile gezeigt. Beispielsweise wurde festgestellt, daß die Geschwin- i digkeit der Einführung des Beschickungswassers in den Beladungsabschnitt einen Mindestwert besitzen muß, um den Zusammenbruch des abwärts gerichteten Bettes aus Ionenaustauschmaterial zu verhindern. Ein derartiger Zusammenbruch oder die Bildung einer Taeohe beim oberen Niveau des Bettes in dem Beladungsabsohnitt setzt die Beladungswirkeamkeit bedeutend, herab. Ss hat sich weiterhin herausgestellt, daß das ab-,wärts gerichtete Harz während der Harzbewegungestufe, d.h., während der Pulsierungsstufe, am oberen Teil des Beladungsabsohnittes eine Tasche bildet, die gefüllt werden nuß, wenn das Besohiokungswasser wieder in das System eingeführt wird.

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Sonst perlt das eintretende, aufwärts fließende Frischwasser durch das Harz ohne maximale oder erwünschte Entfernung der darin enthaltenen Härtestoffe, wodurch die Härte des Produktwasserθ erhöht wird. Außerdem trägt das während der Harzbewegungsstufe abwärts gerichtete Hers bedeutend zum Verstopfen des Harzventils bei, das unter dem Einlaß für die Frischwässerbeschickung angeordnet ist und den Beladungsabschnitt mit dem Stripp- oder Regenerierungsabschnitt verbindet. Diese Verstopfungswirkung führt zu einer Erhöhung des unerwünschten Harzabriebs·

Außerdem wird in dem Stripp- oder Regenerierungsabschnitt, der den anderen Schenkel der Säulenschleife bildet, das Regenerierungsmittel an einer Stelle zwischen dessen Enden eingeführt, so daß sich ein abwärts gerichteter Strom einer relativ schweren Flüssigkeit für ßegenstromkontakt mit dem aufwärts gerichteten, beladenen Harz ergibt. Diese Anordnung kann in ungünstiger Weise zur Erzeugung oder Förderung von Kanalbildung durch das Harzbett in diesem Regenerierungsabschnitt führen. Außerdem müssen das Rückstau wasser und das Pulsierungswasser sowie das Spülwasser für das regenerierte Harz, die in diesem bekannten System erforderlich sind, aus Yfesser mit hoher Qualität, beispielsweise aus Produktwasser, bestehen, wenn ein Produktwasser mit extrem niedriger Härte erwünscht ist.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Verfahrens ζην Kontaktierung von Feststoffen mit einer Flüssigkeit, bei dem die Nachteile der bereits bekannten Verfahren vermieden sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Schaffung einer neuen Vorrichtung und eines neuen Verfahrens, die die Wirksamkeit bei der Behandlung einer Flüssigkeit zur Entfernung von unerwünschten Verunreinigungen daraus erhöhen»

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen "Vorrichtung und eines neuen Verfahrens zur

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Entfernung von Verunreinigungen aus einem flüssigen Beschickungsstrom, wodurch die Notwendigkeit einer Mindestfließgeschwindigkeit der flüssigen Beschickung im wesentlichen beseitigt und auch die Neigung der Besehickungsflüssigkeit beträchtlich vermindert wird, durch das Feststof£bett in dem Beladungsabschnitt der Vorrichtung Kanäle zu bilden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin di© Schaffung eines neuen Verfahrens imd einer neuen Vorrichtung zur Herabsetzung der Härte eines IPrischwasser-Beschickungsstromes.

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Andere Ziele bzw. Gegenstände und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefüg- ä ten Zeichnung ersichtlich, die ein Fließschema zeigt, das die erfindungsgemäße lonenaustausch-Kolonnenschleife für die Enthärtung eines Frischwasser-Beschickungsstroines schematisch veranschaulicht.

Die in der Zeichnung schematisch gezeigte Vorrichtung besteht aus einem kontinuierlichen lonenaustausch-Kolonnenschleifensystem 10 mit sv/ei wirksamen Ionesiaustauschabschnitten, nämlich einem Beladungsabschnitt 12 und einem Strippabschnitt 14. Die Sichtung des Flüssigkeitsstromes ist durch die durchgezogenen Pfeile a veranschaulicht, während die Richtung des Harzstromes durch die gestrichelten Pfeile b veranschaulicht ist. Der Beladungsabschnitt 12 ! ist angrenzend an den oberen Teil eines der Schenkel der Kolonnenßchleife angeordnet und eine zu enthärtende Frischwasserböschickung tritt durch Leitung 16 ein, die an den oberen Teil des Beladungsabschnittes 12 angrenzt. Dieser Beladungsabschnitt enthält ein Kationenaustauscherharz vom stark sauren Typ in der Säure- oder Salzform und die Natriumionen oder die Wasserstoffionen des Ionenaustausoherharzes werden in die lösung ausgetauscht und die Metall-Ionen, wie Magnesium und Kalzium, werden auf dem Harz ad-

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sortiert, wenn die Frischwasserbesehickung abwärts hindurcnfließt. Auf diese Weise wird ein enthärtetes Produktwässer vom unteren Teil oder vom. unteren Bereich des Beladungsabschnittes 12 durch Leitung 18 abgezogen.

Es ist natürlich klar, daß, wie oben bereits erwähnt, die vorliegende Erfindung atatt auf die Entfernung von Kalzium- und Magnesiumionen, die im wesentlichen die Härte eines Beschickungswassers ausmachen, auch auf die Entfernung von unerwünschten Anionen sowie von anderen Kationen anwendbar ist,

Das an Metallionen oder an anderen Ionen reiche Harz, das sich nun in dem Beladungsabschnitt 12 befindet, wird aufwärts um das obere Schleifenende 20 verlagert und abwärts in den Strippabschnitt 14 geleitet» In dem Strippabsohnitt 14 wird ein Regeaierierungsmittel, beispielsweise eine Regenerierungssalzlösung, aufwärts durch das Bett des beladenen Harzes geleitet und die darauf abgeladenen Metallionen, wie Magnesium- und Kalziumionen, werden unter Adsorption von Natriumionen aus der Regenerierungslösung in die lösung ausgetauscht» Die aus dem Strippabschnitt 14 über Leitung 22 entfernte Abialllösung enthält somit ein Metallsalz der Regenerierungslösung.

Zur Durchführung des Sesamtverfahrens müssen bestimmte Bedingungen gegeben sein und kontrolliert werden. Es ist wichtig, daß die wässerige Zusammensetzung in verschiedenen Zonen der Schleife so reguliert wird, daß das Beschickungswasser im wesentlichen auf den Beladungsabschnitt beschränkt* ist und daß die Regenerierungslösung im wesentlichen auf den Strippabschnitt beschränkt ist. Es sind auch Einrichtungen vorgesehen, um das Harzbett um nicht mehr und nioht weniger als ein bestimmtes Ausmaß zu verlagern, damit richtiger und wirksamer Austausch stattfindet.

Nachfolgend werden Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.

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Die Frlschwasserbeschiokung tritt in die Ionenaustauschernle IO durch Ventil 24 über Leitung 16 und Verteilungseinrichtung 26 ein. Die Verteilungseinrichtung 26 1st am oberen Ende des Beladungsabschnittes 12 angeordnet, der seinerseits angrenzend an den Kopf oder den oberen Seil der Ionenaustauschsäule 10 angeordnet ist. Die Frisehvasserbeschickung fließt durch das in dem Beladungsabschnitt 12 enthaltene Kationenaustauscherharzbett abwärts, wobei die Härtemetalle absorbiert werden. Enthärtetes Wasser tritt aus diesem Abschnitt durch Sammeleinrichtung 28 und die mit einem Ventil 30 versehene Leitung 18 aus.

Die kontinuierliche Ionenaustauschkolonne 10 umfaßt den Be- A Iadung8abschnitt 12, der so angeordnet ist, daß ein Aufwärtsstrom des Harzes darin möglich iet, und den Strippabschnitt 14, der für einen Abwärtsstrom des Harzes darin eingerichtet ist. Der untere Schleifenabschnitt 32 erstreckt sich von dem Austragsende für gestripptes Harz des Strippabschnitts 14 bis zu dem Harzspülabschnitt 34, der seinerseits mit dem Harzeinlaßende des Beladungsabschnitts 12 in Verbindung steht. Der Harzspülabsohnitt 34 ist mit einem Harzventil 36 versehen, das die Zuführung von frisch gestripptem und gespültem Harz in den Beladungeabschnitt 12 reguliert. Unmittelbar unter dem Harzventil in dem Harzspülabschnitt 34 befindet sich ein HarzspUlwassereinlaß 38, der gewünschtenfalle aus einer Quelle für ( Spülwasser herkommen kann, beispielsweise einem Nebenstrom aus der Produktwasserleitung 18. Der Harzspülabschnitt ist auch an einer von dem Spülwassereinlaß 38 entfernten Stelle mit einer Leitfähigkeitssonde 40 versehen, die auf Änderungen in der Leitfähigkeit der Lösung in der Ionenaustauschkolonne 10 an ihrer Stelle anspricht. Die Leitfähigkeitssonde 40 kann mit einem geeigneten Servomechanismus, beispielsweise einem (nicht gezeigten) Solenoidventil, verbunden sein, um das Ventil 36 in der Harzspülleitung 38 zu betätigen, wenn die Regenerierungsmittel/Wasser-Zwischenfläche, die eine definierte Grenze bildet, über die Leitfä-

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higkeitssonde 40 nach oben steigt. .

Sas obere Ende des Belädungsabschnittes 12, d.h., das Ausladende für das beladene Harz, ist über Harzventil 46 mit dem einen Ende des oberen Schleifenendes 20 verbunden. Das andere Ende des oberen Schleifenendes 20 ist mit dem Behälter 43 verbunden, der an seinem einen Ende mit Oberlauf einrichtungen 50 für Rückstau - und Pulsierungswasser sowie für Harzfeisstoffe versehen ist, die au einer Beseitigungseinheit oder zu einem Harzfeinstoff-Rttckgewinnungs« system (nicht gezeigt) führen können.

Das andere Ende des Behälters 48 ist durch Harzventil 54 der obere}! Zone des Fulsierungsabschnitts 52 verbunden. Die untere Zone des Fulsierungsabschnitts 52 ist über das Harzventil 56 mit dem Einladende des Strippabschnitts 14 für beladenes Harz verbunden. Zwischen der oberen und der unteren Zone von Pulsierungsabschnitt 52 und vorzugsweise in der Nähe des Kopfes des Abschnitts 52 befindet sich die Pulsierungswassereinlaßleitung 53, die durch das Zweiwegventil 60 reguliert wird, das auch die Zuführung von Rüelcstauwasser zu dem Pulsierungsabschnitt 52 über Leitung 62 reguliert»

Benachbart zum oberen Ende, d.h. zum Einlaßende für beladenes Harz, des Strippabsohnitts 14 befindet eich Leitung 22, die durch Ventil 64 reguliert wird, das die Entfernung der Härtemetalisalzlösung aus der Kolonne 10 erlaubt. Im Strippabschnitt 14, entfernt vor, Leitung 22 angeordnet und vorzugsweise unmittelbar oberhalb des Auslaßendes für gestripptes Harz, befindet sich die durch Ventil 46 regulierte Regenerierungsmitteleinlaßleitung 44» durch die Regenerierungsmittel aufwärts durch das beladene Harz fließt, das im Strippabschnitt 14 eingeschlossen ist.

Beim Betrieb der Ionenau£i1;ausohkolonne 10 während des Be-

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ladungs- und Strippzyklus, wenn Harzregenerierungsmittel durch den Strippabschnitt 14 aufwärts fließt und ein getrennter Seil des lonenaustausoherharzes mit Härtemetall-Ionen, wie Kalzium- und Magnesiumionen oder auch Eisenionen, aus der Frischwasserbeschickung im Beladungsabschnitt 12 beladen wird, sind die Harzventile 36, 46 und 56 geschlossen und Harzventil 54 ist offen» Die Ventile 42 und 64 in Leitung 44 bzw. 58 sind geöffnet, wodurch das Regsnerierungsmittel in dem Strippabschnitt 14 duroh das mit Härtemetallionen bela&ene Bett aufwärts fließt und Härtemetallsalzlöaung als Abfall aus der Kolonnensohleife 10 entfernt wird. Ventil 24 in Leitung 16 ist geöffnet,, um die Einführung von Erischwasserbeschickung ä in den Beladungsabschnitt 12 zu erlauben, damit diese duroh das darin enthaltene frische Harz abwärts fließt, während Ventil 30 in Leitung 18 geöffnet ist, um das enthärtete Produktwasser aus der Kolonnensohleife zu entfernen.

Nach einer vorbestimmten Zelt des Durchtritts von Harzregenerierungsmittel durch den Strippabschnitt 14 wird die Kolonne 10 30 betrieben, daß das darin enthaltene lonenaustauscherharzbett verlagert und ersetzt wird, indem ein frischer Anteil an mit Härtemetallionen beladenem Harz eingeführt wird. Die Ventile 36, 46 und 56 werden automatisch geöffnet und Ventil 54 wird geschlossen. Dar Pulsie- ' rungskammer 52 wird ein hydraulischer Stoß zugeführt, indem über Leitung 58 mit Ventil 60 in offener Stellung PuI-sierungswasser eingeführt wird. Das Pulsierungswasser fluidisiert das Harz, das sich um die Schleife bewegte So wird über das offene Ventil 36 frisches Harz in den unteren Teil des Beladungsabsohnitts 12 eingeführt, während gleichzeitig ein entsprechendes Volumen an Harz aus dem oberen Teil des Beladungsabsohnitta 12 abgezogen wird und in den Harzbehälter 48 eintritt. Gleichzeitig wird in dem PulBierungeabsohnitt Harz duroh das offene Ventil 56 frei-

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gegeben und tritt in den oberen XeIl des Harzregenerierungsabschhittes 14 ein. Ebenfalls gleichzeitig wird frisch gestripptes Harz angrenzend an den Bodenteil des Harzregenerierungsabschnittes 14 freigesetzt und tritt in den Harzspülabschnitt 34 ein. Das regenerierte und gespülte Harz, das aus dem Spülabschnitt verdrängt wird, ist das Harz, das sich durch Ventil 36 in den unteren Teil des Beladungsabschnittes 12 bewegt.

Am Ende des Pulsierungssykluses wird Ventil 54 geöffnet und es wird ein Quantum an mit Härtemetallionen beladenem Harz in den Pulsierungsabschnitt 52 abgelagert und die Ventile 24s 30, 42, 64 und 33 werden wiederum geöffnet, um den Enthärtungs/Kegenerierungs~Kreislauf zu wiederholen.

Ventil 38 wird, wie bereits erwähnt, durch die Leitfähig» keitssonde bzv/. den Monitor 40 reguliert, um eine Wasser/-BegenerierungsmltteloGrrensschicht zu liefern, so daß sichergestellt ist, daß nur frisches, regeneriertes, von Regenerierungsmittel praktisch freies Harz während des nächsten Pulsierungsayklusea in den unteren Teil der Beladungßaone,12 pulsiert wird. -^-w--

Die oben beschriebene Anordnung der verschiedenen Abschnitte der Koionnenschleife und die Verarbeitungsmothode für verschiedenen eingeführten Flüssigkeiten ergeben die beschriebenen Vorteile, die bei herkömmlichen kontinuier-j_s lichen Gegenstrom-Ionenaustausohanlagen und mit herkömmlichen Methoden nicht erreichbar waren. Es ist ersichtlioh, daß der aufwärts fliesende Strom von frisoh regeneriertem und gespültem Harz in den unteren !Seil dee Beladungsab.« schnitte 12 duroh Ventil 36 ein Verstopfen des Ventile beseitigt und auf diese Weise Harzverluste duroh Hareabrieb bedeutend verringert. Ebenso wichtig ist die Tatsache, daß in dem Regenerierungsabsohnitt der aufwärts fließende

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Strom des relativ schweren Regenerierungsmittels ungünstige Kanalbildungseffekte praktisch minimal macht, die sonst aufgetreten sind, wenn das Regenerierungemittel in diesem Abschnitt in Abwärtsrichtung fließen gelassen wird. Die erfindungsgemäße Anordnung erhöht somit die Wirksamkeit des Strippzyklus und die Gesamtwirksamkeit des Kolonnenbetriebe zur Wasserenthärtung bedeutend.Da außerdem der Pulsierungeabsohnitt so angeordnet ist, daß er anfänglich ein neues Quantum an mit Härtemetallionen beladenem Harz in den oberen !Teil des Regenerierungsabschnittes abgibt, was im Gegensatz zu der Pulsierung von frisch regeneriertem Harz in einen Beladungsabschnitt steht, wie sie bei bekannten Verfahren Anwendung findet, brauchen Pulsierungswasser und Rückstauwasser kein Wasser mit hoher Qualität zu sein, auch wenn ein qualitativ hochstehendes Produktwasser erwünscht ist.

Nachfolgend v/erden spezielle Ausfühximgsformen der Erfindung erörtert.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das in der Zeichnung veranschaulichte System zweckmäßigerweise betrieben werden, indem in der kontinuierlichen Zonenaustauschkolonnensohleife 10, die mit einem Kationenaustauscher in der Natriumform gefüllt ist, wie er beispielsweise unter den Handelsnamen Dowex, HOR, HGR oder HCR-W verkauft wird, 227 000 bis 11 400 bis 15 100 000.Liter (0,06 Ms 3 bis 4 million gallons) pro Tag oder mehr an Frischwasserbeschiokung verarbeitet wird, die durch Leitung 16 mit einer Geschwindigkeit von 151 bis 11 360 Liter (40 bis 3000 gallons) pro Minute in den Beladungsabschnitt eingeführt wird. Das Harz kann eine Größe im Bereich von 1,17 bis 0,147 mm (16 bis 100 mesh), vorzugsweise zwischen 1,17 und 0,59 mm (16 bis 30 mesh) aufweisen. Es können auch andere Harze als die in der Natriumform verwendet werden, beispielsweise saure Kationenharze, wozu ein sulfonierten PoIy-Btyrol-Kationenaustausoherharz, das unter dem Handele-

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namen Dowex 5OW χ 8, 20-50, verkauf t wird sowie andere im Handel erhältliche Harze gehören, die unter den Handelsnamen Amberlite, Fermutit Q, und dergleichen, verkauft werden. Sie FriBchwasserbesehiokung fließt durch die Beladungezone mit 1,8 m (6 feet) Durchmesser und 1,2 m (4 feet) Höhe abwärts, während der Strippabsohnitt einen Durchmesser von 0,9 m (3 feet) und eine Höhe von 3 α (10 feet) aufweist.

Der Durchmesser der Beladungezone sowie der Durchmesser des Strippabschnittes können variiert werden. Im allgemeinen beträgt der Durchmesser der Beladungszone mindestens etwa 30,5 cm (12 inch), um eine wirtschaftliche und wirksame Behandlung der Flüssigkeit zu erreichen.

Der Enthärtungs- und Strippzyklus dauert im allgemeinen etwa 2 bis 15 Minuten. Zur Behandlung der Frischwasserbesohlckung werden etwa 7100 Liter (250 cu. ft.) Harz verwendet, um eine Froduktionsgesohwindigkeit von etwa 37,9 bis 284 Liter pro Minute pro 0,09 m (10 bis 75 gpm per sq. ft.) Harzbettfläche zu ergeben. Das Harz wird in der Kolonne mit einer Geschwindigkeit von etwa 8,5 bis 56,6 Liter (0,3 bis 2,0 cu. ft.) pro Minute während eines Pulsierungszykluses verlagert, der etwa 5 bis 10 Sekunden oder auch bis zu 20 Sekunden dauert, bezogen auf ein Wasser mit einem Gehalt von 400 ppm, der auf weniger als 25 ppm herabgesetzt wird.

Pulsierungswasser, das eveckmäßigerweiee und vorteilhafterweise Frischwasser sein kann, wird in den Pulsierungeabsohnitt 52 der Kolonne mit einer Geschwindigkeit bis zu 1893 Liter (500 gallons) pro Minute eingeführt, während die Fließgeschwindigkeit des HarzspUlwaseers in den Harzspttlabsohziitt 34 im Bereich zwischen etwa 7,57 und 56,6 Liter (2 bis 15 gallons) pro Minute liegt.

Bei der Herabsetzung des Härtegrades einer Frischwasserbesohickung mit einer anfänglichen Härte von 400 ppm auf we-

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niger als 25 ppm werden pro 3785 Iiiter (1000 gallons) Wasser 1,81 kg (4 pounds) NaCl als Eegenerierungsmittel verwendet» Die verwendete Regenerierungsmittelmenge hängt natürlich von einer Anzahl von leicht bestimmbaren Faktoren ab, beispielsweise von der anfänglichen Härte des in die Kolonne eingespeisten 3?rischwasaers, dem gewünschten Ausmaß der Härteverminderung und der Fließgesohwindigkeit.

Die Kolonne ist vorzugsweise aus !Flußstahl konstruiert und die Abschnitte der Kolonne können mit Schellen mit Drosselventilen mit 30,5 cm (12 inch) Durchmesser und 30,5 cm (12 inch) Krümmungen verbunden sein.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen und veranschaulichten speziellen Ausführungeformen der vorliegenden Erfindung liegen für den lachmaim Variationen auf der Hand, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims (1)

1. Paten t a η. s ρ r ü ο h e ,,..,.

   1. Kontinuierliches zyklisches Verfahren sum Kontaktieren einer Flüssigkeit mit Peststoffen, wobei die Flüssigkeit eine zu entfernende -Verunreinigung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man

   (1) eine Flüssigkeit^ die eine Vexnmreinlgung enthält, in den oberen Teil eines ersten Abschnitts einer Kolonnen*· schleife₉ die ein verlagerbares Feststoffbett aufweist, einführt und die Flüssigkeit durch das Feststoffbett abwärts fließen läßt, um die Verunreinigung aus der !Flüssigkeit auf die Feststoffe zu überführen, wobei der erste Abschnitt der Kolonnenschleife benachbart aum oberen Ende der Kolonnensohleife angeordnet ist,

   (2) vom unteren Seil dee ersten Abschnitts die sich ergebende Flüssigkeit mit beträchtlich herabgesetzten Mengen der Verunreinigung abzieht,

   (3) ein Regenerieriragsmittel in oinsn zweiten Abschnitt der Kolonnensohleife, der die mit den Verunreinigungen aus Stufe (l) baladenen Feststoffe enthält, eiiiführt und das Rege<~ aerierungsmittel durch die mit Verunreinigungen beladenen Feststoffe fließen läßt, ^ ._Ä?

   (4) den Strom der Flüssigkeit und des Regenerierungsmittels unterbricht,

   (3) das Feststoffbett in der KoIonnensohleife aus einem Absohnitt in einen anderen angrenzenden Abschnitt verlagert, wodurch lumindest ein Teil der Feststoffe in dem oberen Seil des ersten Abeohnitts verdrängt wird, indem in den unteren Teil dee ersten Abschnitts Feststoffe eingeführt

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   werden» die vorher in dem zweiten Abschnitt regeneriert worden sind, und mindestens einen Teil der Feststoffe in dem unteren Teil des zweiten Abschnitte verdrängt, indem man in den öfteren Seil des zweiten Abschnitts Feststoffe, die die Verunreinigung tragen, die vorher aus der Flüssigkeit beseitigt worden ist, zu ihrer Regenerierung einführt,

   (6) aus dem zweiten Abschnitt e in Regenerierungsmittel abzieht, das die Verunreinigung enthält, und

   (7) die Stufen (1) bis (6) so oft wie gewünscht wiederholt.

   2ο Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, ä daß das Regenerierungsmittel unter einer Säure, einer Base und einem wasserlöslichen Salz ausgewählt ist.

   3. Verfahren nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Frischwasser ist=

   4β Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man das Frischwasser in den, oberen !eil dee ersten Absohnitts der Kolomienschleife in Stufe (1) ait einer Geschwindigkeit von etwa 151 bis 11360 Liter (40 bis 3000 gallons) pro Hinute einführt und daß das Harztett derart ist, daß 37,9 bis 284 Idter (10 Ms 75 gallons) WaBοer pro Minute pro 0,09 m (l square foot) Bett behandelt werden. {

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe Xonenaustauscherharsteilchea sind,

   6ο Verfahren nach Ansprach 5_f dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustaueoherharateilchen ein Katibnenaustausoherhara enthalten«,

   7. Verfahren nach Anspruch 5β dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenauetausoherhax-zteilohen ein Anionenaustauscherharz enthalten.

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   009817/1628 ^ßAD ORIGINAL

   8. YQTf.sTnen nach .Anspruch 5« daööz-ci

   daß die HarßteileliGE eins !!teilchengröße im Bereich von I₅17 0jl47 um (3.6 bis 100 meßli) haben*

   9« Verfahren nach Anspruch 8_$ daäuroh geksanaeichnst,

   daß die· Kar3"i;eilQhen eise 2eilc>/.es£iröi-£ im Bereich vor- 1.17 bis 0,59 ana (16 biß 30 rassh) haben.

   10. Yeriahren nach -Anspruch 5? äadurch gelc daß man clie Eiaaflilirung der- PlüGsigkeit abwü-r-cs durch das l^r08tsto.u€bei;t in der Kolo-ineneciileife λγ« S-'raie (1) imd die Eiiifülir-JiEg deB RegenerieruagsmittGls In Stufe (3) beide v/ähreiid einer erEx-sn TorliaGtiiEiutea Seitapaiine äurchftüirt und daß man die Yerlagexuiig d.32 Psst-etoffbet-tss in »Stufe (5) für eine sv/eite vorelOEtiEam-e 2e:L*uäauer durchführt.

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