DE1958191A1

DE1958191A1 - Verbesserungen von Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett

Info

Publication number: DE1958191A1
Application number: DE19691958191
Authority: DE
Inventors: Jean Burriat; Fort Philipp Du
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 1968-11-20
Filing date: 1969-11-19
Publication date: 1970-06-04
Also published as: US3650948A; FR1592403A; GB1280859A; BE741909A; CH504893A; NL6917372A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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DEGREMOIiT, SOCIETE GENERALE D · EPURATION ET D'ASSAINISSEMENT,

Rueil-Malmaison (Hauts de Seine)/Frankreich

Verbesserungen von Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Regenerierung

von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett.

Wie es bekannt ist, bedarf die Anwendung von Ionenaustauschern für die Regenerationsmaßnahmen der Verwendung eines sauren chemischen Mittels für die Kationenaustauscher und eines alkalischen Mittels für die Anionenaustauscher. Der Verbrauch von chemischen Produkten, die so verwendet werden, macht den größten Teil der Benutzungskosten eines Ionenaustauschers aus. Aus diesem Grunde hat sich das Augenmerk der Benutzer bei den Regenerationsmaßnahmen auf weniger teuere chemische Mittel gerichtet, z.B. die Schwefelsäure für die Kationenaustauscher oder die Kalkmilch für die Anionenaustauscher. Jedoch ist die Ver-

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Wendung von einigen'dieser Produkte auf Grund ihrer Eigenschaften schwierig oder unmöglich geworden: Man kann tatsächlich die Schwefelsäure zum Regenerieren von Harzen, die Calcium enthalten, nicht anwenden, ohne eine Ausfällung von Calciumsulfat zu riskieren, die die Funktion der Vorrichtungen beträchtlich stört, sei es, daß der Niederschlag sich auf oder in den Austauscherkörnchen absetzt, sei es, daß er die Flüssigkeitsauffangvorrichtung und das Röhrensystem verstopf·-,* Diese Unbequemlichkeit kann vermieden werden, wenn man die Säure beträchtlich verdünnt, was zum Effekt hat, daß sich die Wirksamkeit der Regenerationswirkung der Säure vermindert, einen beträchtlichen Verbrauch von Wasser nach sich zieht und gewisse Teile der Vorrichtung vergrößert.

Das Problem ist noch viel größer beim Kalk, in Anbetracht der Tatsache, daß die Konzentration des Kalkwassers selbst extrem gering ist und man nur größere Konzentrationen erzielen konnte, wenn man Kalkmilch verwendete, was in Vorrichtungen, wie sie bisher bekannt sind, praktisch unmöglich ist.

Andererseits weiß man, daß die Regeneration von Ionenaustauscherharzen drei notwendige getrennte Maßnahmen umfaßt:

a) die Auflockerung, die zum Ziel hat, die bevorzugten Wege, die in den Harzbetten erscheinen können, aufzubrechen und Verunreinigungen, die sich auf der Oberfläche oder auf den Harzkörnchen abgeschieden haben, zu entfernen;

b) die eigentliche Regenerierung, d.h. das Durchseihen der reagierenden Mittel durch das Harz;

c) schließlich die Spülung, die notwendig ist, um das über- / schüssige Mittel und die Reaktionsprodukte zu entfernen, bevor der neue Funktionszyklus der Kolonne, die das Ionenaustauscherharz enthält, z.B. ein Entmineralisierungszyklus oder ähnliches, wiederbeginnt.

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Während bei Vorrichtungen, die diskontinuierlich arbeiten, die oben beschriebenen Maßnahmen durch ein einfaches Durchlaufen der Regenerierungsflüssigkeit und der Spülung längs des Harzbettes verlaufen, verlaufen die oben beschriebenen Maßnahmen bei bekannten kontinuierlichen Regenerationsverfahren durch einen Austausch im Gegenstrom, wobei das Harz und ddie Flüssigkeit gegeneinander in der gleichen Vorrichtung zirkulieren. Jedoch ist bei Vorrichtungen bekannten Typs das Harzbett kompakt und läßt keine "suspendierten Stoffe, die im . reaktiven Mittel enthalten oder gebildet worden sind, in das Eluat gelangen·

Die bekannten lonenaustauschervorrichtungen mit Festbett oder Wirbelbett setzen sich übrigens aus drei getrennten Gefäßen zusammen, die sich in Funktionsverbindung untereinander befinden und die außer der Ionenaustauschersäule eine Regenerationssäule und eine Spül säule enthalten. Eine solche Anordnung hat zahlreiche Nachteile und besonders den der gesteigerten Materialkosten und daß eine Vorrichtung mit einem großen Raumbedarf benötigt wird,, abgesehen von den wichtigen Nachteilen, die weiter oben erwähnt wurden und die die Unmöglichkeit der Anwendung von geeigneten chemischen Regenerationsmitteln betreffen, wenn diese sich in Suspension befinden oder eine Ausfällung hervorrufen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist deshalb, Verfahren und Vorrichtungen ,zur kontinuierlichen Regeneration und Spülung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett zu schaffen, die den Notwendigkeiten der Praxis besser entsprechen als die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen, die gleiches Ziel haben, besonders dadurch, daß diese Verfahren und Vorrichtungen es gestatten, jedes geeignete chemisches Regenerationsmittel zu verwenden, selbst wenn es sich um ein Produkt handelt, das in Suspension vorliegt, oder ein Produkt, das einen Niederschlag hervorruft und dadurch, daß die Regenerationsvorrichtungen und die Spülvorrichtungen der Ionenaustauscherharze im Wirbelbett,

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die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen werden, im weiteren einfacher und sicherer arbeiten als bekannte Vorrichtungen, die dasselbe "Ziel haben,und die einen geringeren Raumbedarf und einen niedrigeren Herstellungspreis haben als die Vorrichtungen, die bisher bekannt sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett, das darin besteht, daß man die Auflockerung, die eigentliche Regenerierung und die Spülung der regenerierten Ionenaustauscherharze in einem einzigen Gefäß in übereinanderliegenden aufeinanderfolgenden Zonen dieses Gefäßes ausführt, indem man gegebenenfalls die Aufstiegsgeschwindigkeit der Flüssigkeiten, die in jeder der besagten Zonen im Gegenstrom zum Harz zirkulieren, variiert und damit die obengenannten Maßnahmen ausführt, die in jeder der obengenannten Zonen ablaufen·

Dem erfindungsgemäßenVerfahren liegt die Feststellung der Anmelderin im Verlauf von Untersuchungen zugrunde, gemäß denen die zwei Maßnahmen, die eine Regenerationsanlage von Ionenaustauscherharzen bewirken muß, als da sind:

a) einerseits die Regeneration des gesättigten Harzes, d.h. der Austausch von Ionen zwischen dem erschöpften Harz und der regenerierenden Lösung, was eine im wesentlichen chemische Maßnahme ist,

b) andererseits das Waschen des Harzes, das zur Folge hat, daß es von dem überschüssigen reagierenden Mittel und den Produkten der Regenerationsreaktion befreit wird, durch eine im wesentlichen physikalische Maßnahme,

den gleichen Gesetzen folgen, obwohl diese beiden Maßnahmen völlig voneinander verschieden sind: insbesondere hangen sie einesteils von der relativen Geschwindigkeit der zwei Flüssigkeiten, die irr, Gegenstrom in der Vorrichtung, zirkulieren, und

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anderenteils von der mittleren Konzentration im Harz, d.h. vom Ausdehnungsgrad des Harzes, ab. Des weiteren hängt die Verteilung der zwei Flüssigkeiten, die die Ausbeute der einzelnen Maßnahmen bedingt, von den zwei Faktoren ab (Relativgeschwindigkeit der zwei Flüssigkeiten und Ausdehnungsgrad des Harzes), die gerade beschrieben wurden und die ihrerseits von der Aufstiegsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Vorrichtung abhängen. Jedoch sind die optimalen Bedingungen, um für jede Maßnahme eine maximale Ausbeute zu erhalten, nicht notwendigerweise die gleichen für jede dieser Maßnahmen, so daß die Ausführung der Regenerierungsmaßnahme und die Ausführung der Spülungsmaßnahme verschiedene Zirkulierungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten erfordern können.

Gemäß einer, vorteilhaften Anordnung des erfindungsgemäßen ■ Verfahrens steigt das Harz, das am oberen Teil des Gefäßes eintritt, der Gravitation folgend, durch das besagte Gefäß abwärts, durchquert zuerst eine Regenerierungszone, die an ihrem unteren Teile eine Zuführung für das Regenerierungsmittel, das im Gegenstrom zum Harz zirkuliert, trägt, dann eine Waschzone, die an ihrem unteren Teil eine Zuführung für das Waschwasser trägt, das im Gegenstrom zum Harz zirkuliert, das daraufhin in einer Dekantationszone, die sich am unteren Teil des Gefäßes befindet, dekantiert wird, von wo es die Vorri/chtung, der Gravitation folgend, verläßt, um erneut in den Kreislauf geführt zu werden.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Aufsteiggeschwindigkeit der Regenerierungsflüssigkeit ausreichend niedrig, damit der Ausdehnungsgrad des Harzes so gering wie möglich gehalten wird und daß als Folge davon die Konzentration im Harz so hoch wie möglich ist und daß sie ausreichend hoch ist, um eine Entfernung von Stoffen, zu ermöglichen, die im Verlauf der Regenerierungsreaktion auf den Harzkörnchen ausgefallen sind oder die im Reaktionsmittel vorhanden sind, während in der

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gleichen Zone die Zirkulationsgeschwindigkeit des Harzes und die Höhe der Regenerierungszone so bemessen sind, daß die Regenerierung der Ionenaustauscherkörnchen in dem Moment beendet ist, in dem es die Regenerierungszone verläßt.

Gemäß einer dritten vorteilhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens und besonders in den Fällen, in denen das Regenerierungsmittel eine Suspension ist, oder bei denen sich ein Niederschlag bildet, muß die Aufstiegsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit in der Ionenaustauscherwaschzone höher sein als die Geschwindigkeit der Regenerierungsflüssigkeit in der Regenerierungszone; die Höhe der Waschzone muß aureichend sein, um eine Separationsfront zwischen dem Eluat und der Waschflüssigkeit zu schaffen, so, daß das Ionenaustauscherharz am Ausgang der Waschzone völlig vom Eluat befreit wird.

Gemäß einer vierten vorteilhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens steigt die Waschflüssigkeit in dem Gefäß, bis sie die Regenerationsflüssigkeit erreicht, die dabei verdünnt wird, was eine Wirtschaftlichkeit des Wasserverbrauchs nach sich zieht, einerseits bei der Verdünnung des Regenerationsmittels und andererseits bei der Waschung.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett, de/ren wesentliche Charakteristika im folgenden beschrieben werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige Kolonne enthält, worin das Harz, der Gravitation folgend, von oben nach unten und die Flüssigkeiten , im Gegensinne zirkulieren, d.h. im Gegenstrom zum Harz. Diese Kolonne enthält von oben nach unten eine eigentliche Regenerierungszone, worin der Austausch von Ionen zwischen dem erschöpften Harz und der regenerierenden Flüssigkeit bewirkt wird, die am unteren Teil dieser Zone mit Hilfe einer geeig—

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neten Vorrichtung eingeführt wird und die im Gegenstrom zum. Harz fließt, eine Waschzone, worin das Harz von den Produkten der Reaenerierungsreaktion und von den überschüssigen Regenerierungsmitteln befreit wird mit Hi]fe von Waschwasser, das am unteren Teil dieserfcone mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung zugeführt wird und das im Gegenstrom zum Harz zirkuliert, und schließlich eine Lagerungszone, worin das regenerierte und gewaschene Harz sich befindet, das für einen neuen Verwendungskreislauf zur Verfügung steht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regenerierung von Ionenaustauscherharzen befindet sich die Zone der Regenerierung oberhalb der Harzwaschzone und unterhalb der Zone^ in die das Harz eintritt.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Verbindung zwischen der Regenerierungszone und der darunterliegenden Waschzone aus einem kegelförmigen Element, dessen Neigung so beschaffen ist, daß es eine progressive Verminderung der Aufstiegsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit hervorruft und somit eine gute Verteilung der Flüssigkeitskanälchen schafft und den Abfluß des Harzes aus im Raum des Bettes erleichtert.

Gemäß einer dritten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält die Waschzone eine Vorrichtung, die es erlaubt, das Harz mit Hilfe einer Aufwirbelung zu waschen, die durch eine Steigerung der Geschwindigkeit des Waschwassers hervorgerufen wird und die aus einem Kegelstumpf besteht, dessen Spitze nach unten geneigt ist und dessen Durchmesser der Ausgangsöffnung im Verhältnis zur Abflußmenge des Waschwassers berechnet ist, derart, daß man die gewünschte gesteigerte Geschwindigkeit erhält, wogegen der oben liegende Durchmesser des Kegelstumpfes gleich dem Durchmesser der Waschzone ist.

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Gemäß einer vierten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Verbindung zwischen der Einführungszone der gesättigten Harze und der Regenerierungszone des unteren Teils mit der Harzzuführungszone mit Hilfe eines konischen Leitungsrings ausgeführt, dessen Neigung entsprechend ausgewählt ist.

Außer den Vorrichtungen, die oben beschrieben wurden, betrifft die Erfindung noch andere Vorrichtungen, deren Beschreibung im folgenden gegeben wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft besonders Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett gemäß den vorstehenden Vor- ' richtungen,-die geeigneten Elemente zur Ausführung dieser Verfahren und die Verwirklichung dieser Vorrichtungen sowie ^v die Verfahren und die Einrichtungen zusammen, worin die erfindungsgemäßen Verfahren und Regenerierungsvorrichtungen für Ionenaustauscherharze im Wirbelbett eingeschlossen sind·

Die Erfindung kann besser verstanden werden unter Einbeziehung der folgenden Beschreibungsergänzung, die sich-auf die Zeichnung bezieht, worin

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett und die ' . j

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus— führungsform einer solchen Regenerierungsvorrlchtung ·

darstellen.

Diese Zeichnung und die entsprechenden Beschreibungen werden . , zur zusätzlichen Erläuterung der vorliegenden Erfindung gegeben, ohne sie zu beschränken.

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Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscheyharzen im Wirbelbett, wie sie in der Fig. 1 gezeig-t ist, enthält eine Säule 1 mit zylindrischer Form und vertikaler Achse. Diese Säule enthält eine Zone 2, in die die gesättigten Harze eingeführt werden. Die zu regenerierenden Harze strömen, der Gravitation folgend, von oben nach unten durch die Säule 1. Die Säule 1 enthält weiterhin von oben nach unten eine Regenerierungszone 3, die unterhalb der Einführungszone 2 der zu regenerierenden Harze liegt, eine. Zone 4, wo die in der,Zone 3 regenerierten Harze gewaschen werden, die eine konische Vorrichtung zur Aufwirbelung enthält, und eine Zone 5, die der Dekantierung und der Lagerung des regenerierten und gewaschenen Harzes dient.

Die Regenerierungszone 3 trägt an ihrem unteren Teil eine' Vorrichtung 6, durch die die Regenerierungsflüssigkeit einströmt, die im Gegenstrom zum Harz zirkuliert, wogegen die Waschzone 4 an ihrem unteren Teil eine Vorrichtung 7 trägt, durch die das Waschwasser, einströmt, das im Gegenstrom zum Harz zirkuliert; jede der Zonen 3 und 4 ist weiterhin mit einer Vorrichtung 8 zur Verteilung des Harzes und der Flüssigkeiten, die in der Säule 1 zirkulieren, versehen.

Die Einführungszone 2 der gesättigten Harze ist vorteilhaft mit einer Vorrichtung zur Niveaukontrolle des Harzes (nicht gezeigt) versehen, die z.B. durch Ultraschalldetektoren, photoelektrische Zellen, Gammastrahlengeräte usw. gebildet werden kann.

Die Spitze der Säule 1 trägt weiterhin auf Höhe der Zone 2 eine Auslaufarmatur 9 und eine periphere Randrutsche 10 mit einem Auslauf 11, die zur Entfernung des Regenerierungseluats dienen.

Auf Grund der augenblicklich erhöhten Ausflußmenge der gesättigten Harze, die in die Zone 2 einströmen, hat diese einen größeren Durchmesser als die Regenerierungszone 3, wobei die

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Verbindung zwischen der Zone 2 mit großem Durchmesser und der . Zone 3 mit kleinerem Durchmesser mit Hilfe eines konischen Leitungsrings 12 mit geeigneter Neigung bewerkstelligt wird.

Die Waschmaßnahme, die in der Zone 4 stattfindet, zielt darauf ab, das regenerierte Harz vom Reaktionsprodukt der Regenerierung und den überschüssigen Regenerierungsmitteln durch Abtrennung zu befreien} diese Abtrennung ist besonders schwierig in dem Fall, wenn die Eluate Niederschläge enthalten und sie eine weit größere Ausdehnungdes Harzbettes erfordert als im Falle, wo die Eluate nur lösliche Salze enthalten. Tatsächlich dekantieren Harzkörnchen in einem Medium, das arm an Harzkörnchen ist, schneller als die Niederschlage, aber in der Säule werden die Niederschlage durch das Harz von ihren Aufenthaltsorten mitgerissen, und dies umso mehr, je kompakter das Harzbett ist; daraus resultiert eine größere Fluidität, die die Harzkörnchen besser trennt, und es den Niederschlagskörnchen gestattet,, sich leichter einen Weg durch die Harzkörn- ! chen zu bahnen, und erleichtert infolgedessen die Trennung. { Diese starke Ausdehnung wird dadurch erzielt, daß man dem ' Waschwasser eine gesteigerte Aufstiegsgeschwindigkeit verleiht; da sich aber eine solche Geschwindigkeit mit einer guten Rege- nerierungsausbeute nicht verträgt, versieht man die Regenerierung szone mit einem Abschnitt, der oberhalb der Waschzone liegt und der so berechnet ist, daß die zulässige Geschwindigkeit der Regenerierungszone nicht überschritten wird.

Die Verbindung zwischen der Regenerierungszone 3 und der Waschzone 4 mit dem geringeren Durchmesser wird durch ein kegelstumpfförmiges Element 13 bewerkstelligt, dessen Neigung so / ist, daß sie eine zunehmende Verringerung der Aufstiegsgeschwindigkeit des Waschwassers hervorruft, womit man eine gute Verteilung der Flüssigkeitsfäden erzielt und man das Auslaufen des Harzes aus dem Harzbett erleichtert.

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In der Waschzone 4, wo die Abtrennung der Produkte der Regenerierungsreaktion und der überschüssigen Regenerierungsmit-'tel, die sich auf den Harzkörnchen befinden, bewirkt wird, let eine Zone vorgesehen, worin das Waschen des Harzes vollsogen wi£d: tatsächlich schlägt sich ein Teil des Niederschlags auf den Harzkörnchen nieder, und selbst wenn das Anhaften des Niederschlages gering ist, erfordert es dennoch, um die Abtrennung dieses Niederschlages zu bewirken, eine mechanische Wirkung, die beträchtlich intensiver ist als die, die in der Abtrennungε- und Waschzone erzielt wird. Deswegen versieht man die Abtrennungs- und Waschzone 4 mit einem Kegelstumpf 18, dessen Spitze nach unten geneigt ist und dessen oberer Durchmesser gleich dem Durchmesser der Abtrennungsund Waschzone 4 ist· Wenn man den Durchmesser der Ausgangs-Öffnung 14 in Abhängigkeit vom Ausfluß des Waschwassers berechnet, erzielt man ein Verrühren durch Steigerung der Geschwindigkeit des Waschwassers, ein Verrühren, das den Niederschlag, der noch an den Harzkörnchen anhaftet, abtrennt. Die an der Spitze des Kegels 18 erzielte Geschwindigkeit ist so, daß das Harz nicht durch das Diaphragma dekantieren kann. Um ein Auslaufen des Harzes zu gestatten, arbeitet man mit intermittierenden Übertragungen, indem man wie folgt vorgeht: ein Auslaufventiel 15, das durch alle geeigneten Arten, z.B. elektrisch, gesteuert werden kann und sich im unteren Teil der Säule 1, d.h. unter dem Diaphragma befindet, öffnet sich und ruft durch den Abfluß eine augenblickliche starke Abflußmenge hervor,"die beträchtlich größer ist als die Abflußmenge des Waschwassers, und bewirkt nicht nur ein Nichtigmachen der Aufstiegsgeschwindigkeit im Diaphragma, sondern ruft auch einen starken absteigenden Harzstrom durch das Waschwasser hervor. Der Betrieb des Ventils 15 wird vorteilhaft durch Niveaudetektoren gesteuert (nicht gezeigt), die in der Einführungszone 2 der gesättigten Harze an der Spitze der Säule 1 sich befindet. Wenn das Niveau hoch ist (wie in 16 angegeben), öffnet sich das Ventil 15 und ruft so eine Übertragung des Harzes hervor; das Harzniveau sinkt bis zur Höhe des niederen

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Niveaudetektors (dargeste] 11 durch gestrichelte Linien 17), * welcher das Ventil 15 schließt, gestattet somit sofort den Auslauf des Waschwassers durch das Diaphragma und stoppt vollständig das Auf?] auf en des Harzes. Der Teil des Harzes-p der so nach unten durch des Diaphragma getreten ist, dekantiert und wird einem letzten Waschen unterzogen und setzt sich unter dem Sanimei becken für das Waschwasser in der Lagerungszone 5 ab.

Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist besonders in den Fällen geeignet, in denen man Regenerierungsmittel, wie Schwefelsäure oder Kalk, verwendet, die Regenerierungseluate bilden, die Niederschläge enthalten; da die Säule. 1 an ihrem oberen Teil geöffnet ist und eine Auslaufarmatur 9 enthält, die weder Gitter noch Sieb aufweist, durch das der Abfluß der Mischung von V/asser und verbrauchtem Reagens abströmt, können die Stoffe, die in dem Regenerierungsmittel in Suspension enthalten sind oder im Verlauf der Regenerierungsreaktion gebildet werden, leicht entfernt werden,ohne ein Verstopfen hervorzurufen.

Das Problem ist beträchtlich einfacher in den Fällen, in denen man Regenerierungsmittel verwendet, die keine Substanzen in Suspension enthalten und die keine Niederschläge hervorrufen, wie es besonders bei der Chlorwasserstoffsäure, dem Natriumhydroxyd und dem Ammoniak usw. der Fall ist, solche reagierenden Mittel rufen Regenerierungseluate hervor, die lösliche Salze enthalten.

Eine erfindungsgrnäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett, die zur Regenerierung von lonenaustauscherharzen mit Hilfe von Regenerierungsmitteln, die keine Niederschläge enthalten oder die Regenerierungseluate ohne Niederschläge bilden, geeignet ist, ist zur Erläuterung in der Fig. 2 dargestellt. Es handelt sich

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um eine -Vereinfachung der Vorrichtung, wie sie in Fig.. 1 abgebildet ist, für den Grenzfall, daß die Aufstiegsgeschwindiglceit des fcegenerierungsmittels und die Auf stiegsgeschv/indigkeit des Waschwassers gleich sein können und deshalb ^r'er Durchmesser der V/aschzone dem Durchmesser der Regenerier -ugsaone gleich sein kann.

Im übrigen ist es nicht notwendig , die Vorrichtung, wie sie schematisch in Fig. 2 abgebildet ist, mit einer Verrührungsvorrichtung in der Zone 4 noch mit einem Ventil 15 zu versehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung abläuft, wird in weiter detaillierter Form in den folgenden Beispielen beschrieben, die nur der Erläuterung dienen und keinen beschränkenden Charakter haben.

Beispiel 1

Regenerierung eines Kationenaustauscherharzes_t das mit Calcium gesättigt ist, mit Hilfe von Schwefelsäure

Dieses Beispiel erläutert die_v Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Fall, da das Eluat Niederschläge enthält, wobei eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 abgebildet ist, vorzugsweise in einem solchen Fall eingesetzt wird.

Die Säule 1 wird mit dem gesättigten Harz über einen dazwischenliegenden Meßtrichter beschickt. Dieser Trichter hat ein Volumen von 11. 1 und leert sich alle 3 Minuten vollständig, d.h. 20 mal pro Stunde, was einen Harzverbrauch von 220 1 pro Stunde bedeutet. Die mittlere Geschwindigkeit der Harzübertragung beträgt 1,5 m pro Stunde.

Die Menge der Schwefelsäure, die durch die Vorrichtung 6 eingeführt wird, beträgt 0,8 Säureäquivalente pro 1 Harz, was einen stündlichen Verbrauch von 176 Äquivalenten oder 44 1

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20%-iger Säure pro Stunde bedeutet.

Der Zufluß von Waschwasser, das durch die Vorrichtung 7 zugegeben wird, beträgt 9OO 1 pro Stunde.

Das Eluat enthält durchschnittlich 0,2 Äquivalente pro 1 Calciumsulfat, davon 80 % in Form eines Niederschlags.

Der Durchmesser der Regenerierungszone 3 beträgt 430 mm und die Geschwindigkeit 6,5 m pro Stunde.

Der Durchmesser der Waschzone 4 beträgt 24O mm und die Geschwindigkeit 2O m pro Stunde.

Der Durchmesser des Diaphragmas der kegelstumpfförmigen Vorrichtung 14 beträgt 5O mm und die Geschwindigkeit 450 m pro Stunde.

Die Übertragung des Harzes aus der Abtrennungszone, die oberhalb des Kegels 18 liegt, in den darunterliegenden Teil wird mit Hilfe des Ablaßventils 15 in Abhängigkeit von den hohen (16) und niedrigen (17) Niveaux des Harzbetts in der Einführungszone 2 des gesättigten Harzes bewirkt.

Die Übertragung der regenerierten und gewaschenen Harze von der Lagerungszone zu dem Beschickungstrichter der folgenden Säule (Kreislaufkolonne) wird in Abhängigkeit von dem Harzverbrauch in dieser Kolonne ausgeführt. Dieser Verbrauch folgt, einem Rythmus, der der Kreislaufkolonne eigen ist, d.h. alle 10 Minuten. Er kann niemals 220 l/Stunde übersteigen, da der y Abfluß von gesättigtem Harz aus der Kreislaufkolonne zur Regenerierungskolonne 1 durch den dazwischenliegenden Dosierungstrichter geregelt wird, dessen Betrieb durch ein Zählwerk gesteuert wird, das infolgedessen den stündlichen Verbrauch der Harze regelt.

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Die Regenerierungskolonne, deren Arbeiten oben beschrieben wurde, kann .in einer industriellen Anlage verwendet werden, die 44 m Wasser/Stunde mit einem SaI valenten/1 an Calcium behandeln kann.

die 44 m Wasser/Stunde mit einem Salzgehalt von 4 Milliäqui-

Der Verbrauch von Wasser für das Waschen und für die Verdünnung der Säure beträgt 4,5 Volumen pro Harzvolumen. Die Salzhaltigkeil des Wassers des Harzes ist praktisch die des Waschwassers; die Ausbeute des Waschens liegt in der Nähe von 100 %.

Beispiel ?

Regenerierung eines mit Calcium gesättigten Kationenaustauscherharzes rel*- Hilfe von Chlorwasserstoff säure

Dieser-Beispiel beschreibt die Ausführungsform des erfindunqsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Fall, in dem das Eluat frei von Niederschlagen ist. In diesem Fall verwendet man vorzugsweise eine Vorrichtung der Art, wie sie in Figj 2 abgebildet ist.

Die Verfahrensschritte der Beschickung der Kolonne mit gesättigten Harren und Üb^rführuno des regenerierten und gewaschenen Harres aus der Laqerzone zu der Kreislaufsau]e sind die gleichen v.-ie im Fe"! der Kolonne mit 2 Durchmessern, wie sie in Fig. 1 abgebildet ist» Die dazwischenliegende Übertragung vom oberen Teil der Kaschzone zu dem unteren Teil ist ausgelassen, da die kegelstumpfförmige Vorrichtung zur Steigerung der Geschwindigkeit nicht mehr notwendig ist.

Der Durchmesser der Säule ist 240 nm.

Der Verbrauch von Harz beträgt 75 1/Stunce, d.h. eine mittlere Übertragungsgeschwindigkeit von 1,67 m/Stunde.

Die Menge Chlorwasserstoffsäure, die durch die Vorrichtung "einströmt, beträgt O,8 Äquivalente pro 1 des Harzes, d.h.

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Äquivalente/Stunde, was 33 1 einer 20%-igen Säure/Stunde bedeutet.

Die Abflußmenge des Waschwassers, das durch die Vorrichtung -7 einströmt, beträgt 300 ]/Stunde, das bedeutet eine Geschwindigkeit von 6,7 m/Stunde in der Waschzone.

In der Regenerierungszone 3 beträgt die Abflußmenge 333 l/Stunde, was eine Geschwindigkeit von 7,4 m/Stunde bedeutet.

Der Verbrauch von Wasser für das Waschen und die Verdünnung der Säure beträgt 4,44 Volumen pro Harzvolumen.

Die Ausbeute des Waschens liegt in der Nähe von 100 %.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Anwendung wie auch die Ausf/Ührungsformen und die geeignete Ausführung ausgewählt sind, man Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustauscherharzen im Wirbelbett erzielt, die im Vergleich zu Verfahren und Vorrichtungen mit demselben Ziel, die bisher bekannt sind, wesentliche Vorteile haben, die bereits weiter oben erwähnt wurden.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Anwendungen, sie umfaßt im Gegenteil alle Varianten, die dem Durchschnittsfachmann nahegelegt werden, ohne daß er sich vom Rahmen oder der Tragweite der Erfindung entfernt.

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Claims

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Pat entan sprüch e

π, Verfahren zur Regenerierung von lonenaustauscherharzen im " Wirbelbett,dadurch gekennzeichnet, daß man die Auflockerung, die eigentliche Regenerierung und die Spülung der regenerierten Ionenaustauscherharze kontinuierlich in ei:,ep einzigen Gefäß in übereinanderliegenden, aufeinanderfolgenden Zonen, dieses Gefäßes ausführt, indem man gegebenenfalls die Aufstiegsgeschwindigkeit der Flüssigkeiten, die in jeder der einzelnen besagten Zonen im Gegenstrom zum Harz zirkulieren, in Abhängigkeit von der der oben genannten Maßnahmen, die in jeder der oben beschriebenen Zonen ablaufen, ν ei r i i t ■ r t =

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz, das am oberen Teil des Gefäßes eingebracht wird, der Schwerkraft folgend, durch das besagte Gefäß absteigt, zunächst, -ine Regenerierungszone durchläuft, die an ihrem unteren Teii einen Zulauf für das Regenerierungsmittel, das in. Gecjenstrom zum Harz zirkuliert, trägt, dann eine Wasch-.;c;.e, die an ihrem unteren Teile einen Zulauf für das Waschwasser trägt, das im Gegenstrom zum Harz fließt, durchläuft, dann in eine Dekan ti erungsr.one dekantiert wird, die am unteren Teil des Gefäßes liegt, und von wo aus es, der Schwerkraft foger.d, üie vorrichtung ./erläßt, um in den Kreislauf zurückgeführt zu werden.

■''erfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die' Auf stir-"-; ^£.-ge&chwii-:digkeit der Reaenerierungsf lüsägkeit in der (Mf/qf-.'f-risruia; ;:one genügend schwach ist, damit der Ausdehnung.· -i.-io des Harzes so schwach wie rog Lieh ist und damit info"g"dessen die Konzentration des Harzes so hoch wie möglich i^t und er doch genücend groß ist, um eine Abtrennung von Stoffen, die im Verlauf der Hegenerierungsreaktion oder die im reagierenden Mittel¹ enthalten sind, die auf den Harzkörnchen niedergeschlagen sind, zu entfernen, wogegen in der

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gleichen Zone die Zirkulierungsgeschwindigkeit des Harzes und die Höhe der Regenerierungszone so sein müssen, daß die Regenerierung des Ionenaustauscherkorns in dem Moment beendet ist, wo jedes Austauscherkorn die Zone der Regenerierung verläßt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Regenerierungsmittel eine Suspension ist oder eines, das einen Niederschlag hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstiegsgeschwindigkeit der Waschflüssigkeit in der Waschzone des lonenaustauscherharzes höher ist als die Geschwindigkeit der Regenerierungsflüssigkeit in der Regenerierungszone, daß die Höhe der Waschzone ausreichend ist, um eine Trennfront zwischen dem Eluat und der Waschflüssigkeit zu bilden, derart, daß am Ausgang der Waschzone das Ionenaustauscherharz völlig von dem Eluat befreit ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit in dem Gefäß steigt, bis sie auf die Regenerierungsflüssigjeeit trifft und sie damit verdünnt, was eine Wirtschaftlichkeit des Verbrauchs von notwendigem Wasser einesteils bei der Verdünnung des Regenerierung smittels und andererseits beim Waschen bewirkt.

6. Vorrichtung zur kontinuierlichen Regenerierung von Ionenaustausch erharz en im Wirbelbett, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige Säule enthält, worin das Harz,der Schwerkraftfolgend, von oben nach unten und die Flüssigkeiten im ^Gegensinn, d.h. im Gegenstrom zum Harz, zirkulieren, worin die Säule von oben nach unten eine Harzeinführungszone, eine eigentliche Regenerierungszone, worin der Ionenaustausch zwischen dem erschöpften Harz und der regenerierenden Flüssig-¹ keit erfolgt, die am unteren Teil dieser Zone mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung einströmt und die im Gegenstrom zum Harz zirkuliert, eine Waschzone, worin das Harz von den Reaktionsprodukten der Regenerierung und den überschüssigen Regenerierungsmitteln befreit wird mit Hilfe von Waschwasser,

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das am unteren Teil dieser Zone mit Hilfe einer geeigneten· Vorrichtung einströmt und das im Gegenstrom zum Harz zir-, kuliert, und schließlich eine Lagerungszone, worin, das re<generierte und gewaschene Harz sich zu einem neuen Anwendungszyklus bereit befindet.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch" gekennzeichnet, daß der Teil der Regenerierungszone oberhalb der Waschzone des Harzes ist und unterhalb der Einführungszone des Harzes.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch ge-

;. kennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Regenerierungszone und der Waschzone des unteren Teils durch ein kegelstumpf förmiges Zwischenelement gebildet wird, dessen Neigung derart ist, daß sie eine zunehmende Verminderung der Aufstiegsgeschwindigkeit des Waschwassers hervorruft und so eine gute Verteilung der FlOssigkeitskanalchen sichert und das Auslaufen des Harzes aus dem Harzbett erleichtert.

9. Vorrichtung^ gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschzone eine Vorrichtung trägt, die es gestattet, das Waschen des Harzes mit Hilfe einer Verrührung, die durch einen Anstieg der Geschwindigkeit des Waschwassers bewirkt wird und die durch einen Kegelstumpf, dessen Spitze nach unten geneigt ist, gebildet wird und dessen Durchmesser der Austrittsöffnung in Funktion der Auslaufmenge des Waschwassers so berechnet ist, daß man die gewünschte gesteigerte Geschwindigkeit erzielt, während der obere Durchmesser des Kegels gleich, dem Durchmesser der Waschzone ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Einführungszone der gesättigten Harze und der Regenerierungszone des darunterliegenden Teils zu der Harzzuführungszone mit Hilfe eines kegelstumpfförmigen Leitungsrings mit geeignet ausgewählter Neigung gebildet wird.

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Bad

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