DE2027901B2 - Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb und zur Regenerierung einer Ionenaustauschanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb und zur Regenerierung einer Ionenaustauschanlage mit einer jeweils ein Festbett enthaltenden Anzahl von Kolonnen in einer Reihen- und Parallelschaltung, bei dem aufeinanderfolgend nach Erschöpfung einer Kolonne eine andere Kolonne in Betrieb genommen wird, während die erschöpften Kolonnen rilckgespült und regeneriert werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 458 115) sind beispielsweise vier Paare von Kolonnen mit Anionen- bzw. Kationenaustauschern hintereinandergeschaltet, so daß zunächst die Kolonnen 1 bis 4 und dann die Kolonnen 3 bis 6 in Betrieb genommen werden, so daß die erschöpften Kolonnen fortschreitend regeneriert werden können. Bei dieser bekannten Anlage werden die einzelnen zu regenerierenden Kolonnen von der Anlage abgeschaltet, so daß durch jede Kolonne eine geeignete Regenerierlösung von oben nach unten durchgeleitet werden kann. Es wird deshalb als nachteilig angesehen, daß der Verbrauch an Regeneriermittel verhältnismäßig groß ist.

Es ist zur Einsparung von Regeneriermitteln bekannt, durch ein Bett hindurchgeleitete Regenerierlösung in Sammeltanks aufzufangen, um es erneut hindurchleiten zu können und einen praktisch vollkommenen Verbrauch zu ermöglichen (US-PS 2 754 261). Dabei wird jedoch als nachteilig angesehen, daß zusätzliche SammelJanks erforderlich sind und daß einem erschöpften Festbett zuerst frische Regenerierlösung und dann in den Sammeltanks vermischte, teilweise verbrauchte Regenerierlösung mit geringerer Konzentration zugeleitet wird.

Es ist ferner bekannt (US-PS 3 351 550), eine sekundäre Kolonne hinter eine primäre Kolonne mit einem Festbett in Reihe zu schalten und dadurch zu regenerieren, daß die Regenerierlösung über die sekundäre Kolonne durch die primäre Kolonne durchgeleitet und abgelassen wird. Diese Anlage ermöglicht jedoch keinen kontinuierlichen Betrieb während der Regenerierung und ermöglicht keine vollständige Erschöpfung der sekundären Kolonne und keinen weitgehenden Verbrauch der Regenerierlösung, weil diese in der Hauptsache nur in der primären Kolonne verbraucht und aus dieser abgeleitet wird.

Es ist andererseits bekannt (GB-PS 831 206), bei der Regenerierung eine Umwälzung des lonenaustauschermaierials durchzuführen. Dabei wird als nachteilig angesehen, daß die Regenerierung nicht in der Anlage selbst erfolgen kann und daß dazu ein beträchtlicher apparativer Aufwand erforderlich ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb und zur Regenerierung einer Ionenaustauschanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem unter Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten mit einem möglichst geringen apparativen Aufwand eine weitgehende Ausnutzung des Regeneriermittels gewährleistet ist, wobei eine größere Konzentration der Regenerierlösung bei aufeinanderfolgenden Regeneriervorgängen verwandt werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß frische Regenerierlösung beim letzten von mehreren Regenerierdurchläufen nur solchen Kolonnen zugeleitet wird, deren Austauscherfüllung bereits teilweise durch den Regeneriermittelablauf einer vorgeschalteten Kolonne regeneriert wurde.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bereits bei der Verwendung von nur drei Kolonnen während eines kontinuierlichen Betriebs mindestens einer der Kolonnen eine vorteilhafte Regenerierung erzielbar ist, wobei zweckmäßigerweise in jeder Kolonne zwei aufeinanderfolgende Regenerierdurchläufe mit jeweils erhöhter Konzentration der Regenerierlösung durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist auch besonders wirtschaftlich, weil einerseits der Aufwand für eine Umwälzung nicht erforderlich ist und weil andererseits ein Betrieb der Kolonnen in kontinu-

ierlicher Arbeitsweise bis zur vollständigen Erschöpfung der betreffenden Kolonne durchgeführt werden kann.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert w ;rden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer lonenaustauschanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Fließbild zur Erläuterung des Regenerierverfahrens in der lonenaustauschanlage in F i g. 1 und

F i g. 3 ein Fließbild bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf eine lonenaustauschanlage mit vier Kolonnen.

Die in F i g. 1 dargestellte lonenaustauschanlage enthalt drei Kolonnen 10, 12 und 14. Jede Kolonne enthält ein Festbett an sich bekannter Art. Eine Haupteinlaß-Idtung 16 führt die zu behandelnde Flüssigkeit zu Einlassen 18, 20 und 22 auf der Oberseite der Kolonnen. Nach dem Durchfluß durch das lonenaustauschermaterial in den Festbetten gelangt die zu behandelnde Flüs- ao sigkeit durch Auslässe 24, 26 und 28 in eine Abflußleitung 30 für behandelte Flüssigkeit. In den einzelnen Leitungen sind die in der Figur dargestellten Ventile V vorgesehen.

Auf der Oberseite jeder Kolonne sind Einlasse 32, 34 und 36 für die Regeneriermittellösung vorgesehen. Am Boden jeder Kolonne sind ferner Auslaßleitungen 64, 46 und 48 sowie Rückspülleitungen 50, 52 und 54 angeschlossen, welche über eine Verbindungsleitung 56 mit der Haupteinlaßleitung 16 verbunden sind. Die Kolonnen sind mit Verbindungsleitungen 58, 60 und 62 miteinander verbunden, die jeweils von der Unterseite zu der Oberseite der nachgeschalteten Kolonne führen.

Im folgenden soll das Verfahren gemäß der Erfindung in Verbindung mit der Enthärtung von Wasser erläutert werden, obwohl auch andere austauschfähige Ionen enthaltende Flüssigkeiten mit einem derartigen Verfahren behandelt werden können. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei angenommen, daß das lonenaustauschermaterial in der Kolonne 10 erschöpft ist und eine Rückspülung dieser Kolonne erfolgt, während die Kolonne 12 enthärtetes Wasser an die Abflußleitung 30 liefert und die Kolonne nach einer durchgeführten zweiten Regenerierung abgeschaltet ist.

Zum Rückspülen der Kolonne 10 wird der Einlaß 50 und der Auslaß 38 geöffnet, so daß unbehandeltes Wasser durch diese Kolonne nach oben hindurchströmt. Während der Rückspülung der Kolonne 10 befindet sich die Kolonne 12 in Betrieb, wobei der Einlaß 20 und der Auslaß 26 geöffnet sind.

Nach der Rückspülung der Kolonne IC erfolgt die dritte Regenerierung der Kolonne 14, indem der Regeneriermitteleinlaß 36, die Verbindungsleitung 62 und die Auslaßleitung 44 geöffnet werden, so daß die Regenerierlösung nach unten durch die Kolonne 14 und anschließend durch die Kolonne 10 strömt, so daß bei der dritten Regenerierung in der Kolonne 14 noch nicht verbrauchtes Regeneriermittel für die erste Regenerierung der Kolonne 10 genutzt werden kann.

Als nächster Zyklus erfolgt eine Spülung der Kolonne 14 durch öffnen des Einlasses 22, der Leitung 62 und der Auslaßleitung 44, um aus der Kolonne 14 überschüssiges Regeneriermittel zu entfernen und der Kolonne 10 für die zweite Regenerierung zuzuführen.

Der nächste zu beschreibende Zyklus ist nur dann erforderlich, wenn das Austauschermaterial der in Betrieb befindlichen Kolonne vollständig erschöpft werden soll. Dabei wird die Kolonne 10 nach Durchführung der zweiten Regenerierung abgeschaltet, während die Kolonne 12 bis zur vollständigen Erschöpfung des Austauschers von zu behandelndem Wasser durchströmt wird. Um diese vollständige Erschöpfung zu ermöglichen, wird die mit der Abflußleitung 30 für enthärtetes Wasser in Verbindung stehende Auslaßleitung 26 geschlossen, so daß das in der Kolonne 12 behandelte Wasser durch die Verbindungsleitung 60 in die Kolonne 14 strömt, in der eine vollkommene Enthärtung erfolgt Dieser Strömungsverlauf kann aufrechterhalten werden, bis praktisch die gesamte Ionenaustauschkapazität im Festbett der Kolonne 12 ausgenutzt und damit dieses Festbett praktisch vollständig erschöpft ist. Danach wird unbehandeltes Wasser nur noch der Kolonne 14 zugeleitet, während eine Rückspülung der Kolonne 12 erfolgt, indem die Einlaßleitung 52 und die Auslaßleitung 40 geöffnet werden. Bis zur Beendigung der Rückspülung der Kolonne 12 bleibt die Kolonne 10 abgeschaltet. Danach werden die Einlaßleitung 32 der Kolonne 10, die Verbindungsleitung 58 und die Auslaßleitung 46 der Kolonne 12 geöffnet, um die dritte Regenerierung der Kolonne 10 und die erste Regenerierung der Kolonne 12 durchzuführen. Danach werden die Einlaßleitung 18, die Verbindungsleitung 58 und die Auslaßleitung 46 geöffnet, um eine Nachspülung der Kolonne 10 mit unbehandeltem Wasser und die zweite Regenerierung der Kolonne 12 durchzuführen.

Nach der zweiten Regenerierung der Kolonne 12 kann diese abgeschaltet werden, wie in Verbindung mit der Kolonne 10 erläutert wurde. Zu diesem Zweck wird die Abflußleitung 28 geschlossen und die Verbindungsleitung 62 und die Auslaßleitung 24 geöffnet.

Nach der vollständigen Erschöpfung der Kolonne 14 wird diese rückgespült, während die Kolonne 10 in Betrieb ist und die Kolonne 12 abgeschaltet ist.

Bei sinngemäßer Weiterführung des Verfahrens ergibt sich dann ein in F i g. 2 dargestellter vollständiger Betriebszyklus, der aus den aufeinanderfolgenden Betriebszuständen a bis /der Kolonnen 10, 12 und 14 besteht. Für einen vollständigen Betriebszyklus sind entsprechend den obigen Ausführungen jedoch die Betriebszustände d, h und / nicht erforderlich, wenn keine vollständige Erschöpfung der in Betrieb befindlichen Kolonne bewirkt werden soll. Ferner können die Betriebszustände a, e und / gewünschtenfalls verkürzt werden.

F i g. 3 zeigt die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf eine lonenaustauscheranlage mit vier Kolonnen I bis IV. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß die Kolonne I zunächst erschöpft ist und rUckgespült wird, während die Kolonne II sich in Betrieb befindet und die Kolonnen III und IV abgeschaltet sind (Betriebszustand a). Beim folgenden Betriebszustand b wird der Regeneriermittelablauf der Kolonne III der Kolonne II zur zweiten Regenerierung durchgeführt, und der Regeneriermittelablauf der Kolonne IV wird der Kolonne I zur Durchführung der ersten Regenerierung zugeführt. Der Regeneriermittel ablauf der Kolonne I enthält dann praktisch kein Reseneriermittel mehr und wird abgelassen. Vor der Beendigung des Betriebszustands ökann eine Nachspülung mit unbehandeltem oder behandeltem Wasser in der dargestellten Reihenfolge erfolgen.

Beim nächsten Betriebszustand c erfolgt in der frisch regenerierten Kolonne III eine Nachbehandlung des durch die Kolonne II hindurchgeleiteten Wassers. Bei diesem Betriebszustand sind die Kolonnen I und IV abgeschaltet.

Beim Betriebszustand d erfolgt die Rückspülung der erschöpften Kolonne Ii, während die Kolonne III behandeltes Wasser liefert und die Kolonnen I und IV abgeschaltet bleiben. Beim Betriebszustand e wird der Kolonne IV frische Regenerierlösung zugeführt. Der Regeneriermittelablauf wird der Kolonne 1 und dann der Kolonne Il zugeleitet und dann abgelassen. Beim Betriebszustand /"sind die Kolonnen I und Il abgeschaltet, und das durch die Kolonne III geleitete Wasser wird der frisch regenerierten Kolonne IV zugeführt, bevor die Umschaltung auf die alleinige Behandlung des Wassers auf die Kolonne IV erfolgt.

Beim Betriebszustand g erfolgt eine Rückspülung der Kolonne III, während die Kolonne IV behandeltes Wasser liefert und die Kolonnen I und 11 abgeschaltet sind.

Beim Betriebszustand h wird der Kolonne I frische Regenerierlösung zugeleitet, und deren Regeneriermittelablauf wird aufeinanderfolgend durch Kolonnen Il und III hindurchgeleitet und dann abgelassen. Die dann ao das behandelte Wasser liefernde Kolonne IV kann dann im nächsten Betriebszustand i mit der Zuleitung der vollständig regenerierten Kolonne 1 für eine Nachbehandlung des Wasserablaufs der nahezu erschöpften Kolonne verbunden werden. Beim Betriebszustand j erfolgt eine Rückspülung der Kolonne IV, während durch die Kolonne I behandeltes Wasser geliefert wird und die Kolonnen Il und III abgeschaltet sind. Beim Betriebszustand k wird der Kolonne Il frische Regenerierlösung zugeführt, und der Regeneriermittelablauf dieser Kolonne und der Ablauf der Nachspülung wird über die Kolonne III der Kolonne IV zugeführt und dann abgelassen. Bei dem Betriebszustand /wird das in der Kolonne I behandelte Wasser für eine Nachbehandlung der frisch regenerierten Kolonne Il zugeführt, während die Kolonnen III und IV abgeschaltet sind. Damit ist ein vollständiger Betriebszyklus abgeschlossen.

Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Abwärtsstrombetrieb vorgesehen ist, kann auch in an sich bekannter Weise ein Aufwärtsstrombetriet oder ein Betrieb mit einer Kombination dieser Strömungsführungen erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb und zur Regenerierung einer Ionenaustauschanlage mit einer jeweils ein Festhett enthaltenden Anzahl von Kolonnen in einer Reihen- und Parallelschaltung, bei dem aufeinanderfolgend nach Erschöpfung einer Kolonne eine andere Kolonne in Betrieb genommen wird, während die erschöpften Kolonnen rückgespült und regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß frische Regenerierlösung beim letzten von mehreren Regenerierdurchläufen nur solchen Kolonnen zugeleitet wird, deren Austauscherfüllung bereits teilweise durch den Regeneriermittelablauf einer vorgeschalteten Kolonne regeneriert wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kolonne mindestens zwei aufeinanderfolgende Regenerierdurchläufe mit jeweils erhöhter Konzentration der Regenerierlösung durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer ersten erschöpften Kolonne der Regeneriermittelablauf einer zweiten Ko- »5 lonne zugeleitet wird, während sich eine dritte Kolonne in Betrieb befindet, daß der ersten Kolonne dann durch die zweite Kolonne durchgeleitetes Spülwasser zugeleitet wird, während die dritte Kolonne sich in Betrieb befindet, und daß dann der ersten Kolonne frische Regenerierlösung zugeleitet wird, während die zweite Kolonne sich in Betrieb befindet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer ersten erschöpften Kolonne der Regeneriermitttlablauf einer zweiten, mit frischer Regenerierlösüng beaufschlagten Kolonne Ober eine dritte, teilweise regenerierte Kolonne zugeleitet wird, während sich eine vierte Kolonne in Betrieb befindet, daß dann die erschöpfte vierte Kolonne der Regeneriermittelablauf der dritten, mit frischer Regenerierlösung beaufschlagten Kolonne •ber die erste Kolonne zugeleitet wird, während •ich die zweite Kolonne in Betrieb befindet, und daß dann der ersten Kolonne das frische Regeneriermit-IeI zugeleitet wird, deren Ablauf über die vierte Kolonne der dann erschöpften zweiten Kolonne zugeleitet wird, während sich die dritte Kolonne in Beirieb befindet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- so iprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor erneuter Inbetriebnahme einer Kolonne dieser ein Teil des Ablaufs der dann in Betrieb befindlichen Kolonne tugeleitet wird.

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