DE2123983C3 - Vorichtung zum Reinigen von unerwünchte Verunreinigungen tragenden Festkörperteilchen und Verfahren dazu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

In der US-PS 32 22 221 sind eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der vorstehenden Art beschrieben. jo

Bei dieser bekannten Vorrichtung fallen schwere, verunreinigte Teilchen, wie Sand, Schleifteilchen, Kugellager, Bolzen und dergleichen, lediglich aufgrund der Schwerkraft durch ein, innerhalb eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters angeordnetes Rohr, an dessen Außenwand die Ultraschall-Übertragungsmittel befestigt sind. Die gereinigten Teilchen fallen unterhalb des Rohres auf ein, ebenfalls in dem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter angeordnetes Förderband, das die Teilchen aus dem Behälter herausträgt.

In der G 3-PS 8 24 831 ist ein Verfahren zum Reinigen von verunreinigten Medien, einschließlich Ionenaustauscherharzen, die zur Flüssigkeitsreinigung benutzt worden sind, beschrieben, bei dem man das verunreinigte Medium Ultraschall aussetzt und es entweder 4> gleichzeitig damit oder anschließend wäscht.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die obige Vorrichtung sowie das Verfahren zur Reinigung der Festkörperteilchen durch Ultraschall dadurch zu verbessern, daß man für eine bessere Trennung der ίο Teilchen im Ultraschallteld sorgt und dabei gleichzeitig eine Abtrennung zerbrochener, unbrauchbar gewordener Teilchen von den brauchbaren bewirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vo "richtung durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 12|>elöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen von Vorrichtung und Verfahren finden sich in den Unteransprüchen. &n

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom: den bekannten Verfahren zur Harzreinigung darin, dal] die Verunreinigung von Harz dadurch entfernt witfii,. daß die Ultraschallenergie auf die einzelnen Hai'iEpartikel einwirken kann, da die Partikel zeitweise in einer Turbulenz in der Reinigungsflüssigkeit suspendier! sind. Auf diese Weise ist jedes einzelne Hartipartikel von der !rägerflüssigkeit umgeben, wenn die Ultraschallenergie auf das Harzparükel einwirkt, und das einzelne Harzparükel ist nicht durch andere Harzpartikel in einer kompakten Masse abgeschirmt, welche die Durchdringung der Harzmasse mit Uitraschallenergie verhindert Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dadurch eine gleichförmigere und gründlichere Reinigung auf allen Oberflächen der Harzpartikel, an denen die Bindung zwischen der an den Harzteilchen haftenden Verunreinigung durch die Ultraschallenergie gelöst wird. Die hydraulische Klassifizierung beseitigt auch alle Anteile kleiner Harzteilchen, die durch Zerbrechen während der Anwendung des Harzes für eine Behandlung von flüssigem Medium zerstört worden sind.

Die hydraulische Klassifizierung wird erreicht, wenn der wäßrige Strom mit den Harzteüchen an dem einen Ende der Behandlungszone und die Reinigungsflüssigkeit an dem gegenüberliegenden Ende der Behandlungszone mit einer größeren Geschwindigkeit als der Endgeschwindigkeit der zerbrochenen Harzpartike! und der von den Harzteüchen e^p'fernten Verunreinigungen eingeführt wird. In der Praxis beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit 0,03 bis 3,05 m/min, und sie ist der des Stromes mit den Harzteüchen entgegengesetzt Der Anteil von Wasser zu Ηργζ in der Behandlungszone kann von 1 : 1 bis 1 : 70 variieren. Es ist netwendig, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Harzteüchen die Bewegungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit übertrifft, so daß sich die Harzteilchen im unteren Abschluß des Gehäuses sammeln. In der Praxis läßt man sich die Harzteüchen unterhalb der Behandlungszone ansammeln, so daß eine Betthöhe von einigen 10 cm resultiert. Die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit wird so eingestellt, daß die Harzteüchen, die einen Durchmesser von '/2 oder mehr des Durchmessers der ursprünglichen Harzteilchen haben, nicht zusammen mit der Reinigungsflüssigkeit entfernt werden.

Die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen sind vertikal angeordnet, doch können sie auch etwas von der Vertikalen abweichen, ohne daß dadurch ihre F jnktionsfähigkeit verlorengeht. Unter Verwendung einer etwa 15 χ 30 cm großen rechteckigen Behandlungszone mit einer Höhe von etwa 180cm mit in der Zone angeordneten Ultraschalleinheiten wurde ein Harzvolumen bis zu ungefähr 4,25 mVh mit Erfolg behandelt und dabei ungefähr 95 Gew.-% der physikalisch adhärierenden und mit dem Harz verbundenen Verunreinigungen beseitigt.

Die üblicherweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Reinigungsflüssigkeit ist Wasser, doch können verschiedene chemische Zusätze gemacht werden, wenn es erwünscht oder notwendig ist. die Behandlung des Harzes weiter zu verbessern. Diese Zusätze werden nicht weiter im Detail ausgeführt, da sie dem Fachmann bekannt sind und von eier Art des /u säubernden Harzes abhängen. Beispiele für solche Zusätze sind bis zu 10 Ge\v.-% Aceton oder ein wasserlöslicher Alkohol wie n-Butylalkohol. wenn Kohlenwasserstoffreste, wie Öle und Fette, von den Harzteilchen zu entfernen sind.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im vertikalen Schnitt,

Fig.2 eine Seitenansicht, teilweise im vertikalen Schnitt, der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 3 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrich-

tung zusammen mit einer Einrichtung zur zusüizlichen chemischen Behandlung und

Fig.4 und 5 eine Vorderansicht bzw. eine isometrische Ansicht der Behandlungszone der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterschiedlichen Anordnungen für die Ultraschall-Übertragungseinheiten.

In den P i g. I und 2 ist eine Vorderansicht im Schnitt bzw. eine Seitenansicht teilweise im Schnitt von einer Vorrichtung dargestellt, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt ist.

Diese Vorrichtung weist ein Gehäuse 9 auf, das eine Behandlungszone 10 von gewünschten Dimensioner einschließt. Für eine übersichtlichere Darstellung sind in F i g. 2 die Leitungen und Verbindungen am unteren Teil der Fig. 1 nicht dargestellt. Die Behandlungszone 10 endet nach oben dort, wo sich das Gehäuse 9 über die nach außen schrägen Teile 11 und 1Γ zur Kammer 16 erweitert, wobei insgesamt die Teile 11, 1Γ, 12, 12' und

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der Behandlungszone 10 liegt ungefähr bei dem Einlaß 25 für die zuströmende Reinigungsflüssigkeit.

Der Einlaß 13 ist mit der Rohrleitung 30 verbunden, die das Ionenaustauscherharz zuführt, welches in einem Maße verunreinigt ist, daß die Säuberung wünschenswert ist. Die Trennwand 14 ist in der Kammer 16 gegenüber dem Einlaß 13 angeordnet und dient der Bildung eines Kanals 31, der das zufließende verunreinigte Harz nach unten in die Behandlungszone 10 leitet. In der Kammer 16 befindet sich auf der dem Harzeinlaß 13 gegenüberliegenden Seite eine Auslaßöffnung 18 für die Reinigungsflüssigkeit, die an diesem Punkt Verunreinigungen und zerbrochene Harzteilchen mit sich führt, die von dem zugeführten Harz entfernt worden sind. Ein offener Kanal 19 mündet in die Auslaßöffnung 18 und ist mit dem anderen Endstück mit der Trennwand 14 baulich verbunden. Die Reinigungsflüssigkeit, die sich in der Kammer 16 ansammelt, fließt in die Rohrleitung 19 ein und durch den Auslaß 18 in eine damit verbundene, nicht dargestellte Rohrleitung, um die angesammelte Verunreinigung aus der Reinigungsflüssigkeit zu entfernen. Außerdem ist oberhalb der Auslaßöffnung 18 noch ein Überlauf-Sicherheitsauslaß 17.

Unterhalb des Kanals 19 ist ein Gitterteil 20 in der Kammer 16 angeordnet, welches sich zwischen dem Teil 12' des Gehäuses und der Trennwand 14 erstreckt, und durch das die verbrauchte Reinigungsflüssigkeit hindurchströmt, wenn sie sich in Richtung auf den Kanal 19 bewegt. Das Gitterteil 20 dient als beruhigende Absetzzone für die Harzteilchen, die zusammen mit der Reinigungsflüssigkeit in die Kammer 16 steigen, um so den Harzteilchen, die, wie oben ausgeführt, eine ausreichende Größe haben, die Möglichkeit zu geben, sich aus der Reinigungsflüssigkeit abzusetzen. In dem Raum zwischen der im wesentlichen vertikalen Trennwand 14 und dem schrägen Teil ti' des Gehäuses sind Ableitbleche 21 in einem Winkel zur Vertikalen angeordnet Diese Ableitbleche 21 dienen der Verringerung der Turbulenz der Reinigungsflüssigkeit und leiten die sich aufwärts bewegende Reinigungsflüssigkeit in die Kammer 16 und zum Gitterteil 20 hin.

Auf der Innenseite der rechteckförmigen Behandlungszone 10 ist eine Anzahl von Ultraschall-Ubertragungsmitteln 22 angeordnet die Ultraschallenergiewellen abgeben, die sich horizontal quer durch die Behandlungszone 10 und die im wesentlichen vertikalen Richtungen des Gegenstromflusses von Reinigungsflüssigkeit und Harzteilchen in Behandlungszone 10 bewegen. Die für die Anwendung in der vorliegenden

25

30

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65 Vorrichtung ausgewählten Ultraschall-Überträger können eine Frequenz im Bereich von etwa 18 000 bis etwa 50 000 Hz erzeugen, vorzugsweise etwa 20 000 bis etwa 28 000 Hz. Entsprechende Einheiten werden durch die Branson Instrument Company hergestellt und haben die folgenden physikalischen Charakteristika: die als Überträger benutzten piezoelektrischen Kristalle sind innerhalb geschweißter, rechteckiger Einheiten aus rostfreiem Stahl, Typ 316, angeordnet. Die Überlrägereinheiten sind eintauchbar in Flüssigkeit und, wie in Fig. 1 dargestellt ist. innerhalb des Gehäuses 9 durch Schottenbefestigungszapfen 23 flüssigkeitsdicht befestigt. Die elektrischen Zuleitungen für die Überträger sind durch die elektrischen Verbindungen 50 gebildet, welche durch die abgedichteten Schottenbefestigungszapfen 23 mit den Überträgern verbunden sind.

Die Vorrichtung enthält acht Überschall-Überträger 22. Für die Befestigung der Ultraschall-Überträger 22 werden diese vorzugsweise se angeordnet, daß »wischen ihren Energieausstrahlungen keine Interferenz auftreten kann, was zu einer schlechteren Reinigungswirkung auf die Harzteilchen führen würde.

Fig.4 zeigt eine andere Vorrichtung, in der die Überträger 22 wechselweise auf den gegenüberliegenden Seiten der Behandlungszone 10 angebracht sind, wodurch die resultierenden Energiefelder in entgegengesetzte Richtungen ausgestrahlt werden.

Eine «,eitere Vorrichtung ist in F ig. 5 gezeigt, in der zwei Gruppen von je acht Ultraschall-Überträgern 22 innerhalb der Behandlungszone 10 befestigt sind, wobei die zweite Gruppe von acht Überträgern in einem V/inkel von ungefähr 90° zu der eisten Gruppe von acht Überträgern angeordnet ist. Obwohl die Anordnung in Fig.5 eine minimale Interferenz zwischen den beiden Überträgergruppen mit sich bringt, wird durch die größere Ultraschallenergieausstrahlung der durch die Interferenz verursachte Verlust mehr als kompensiert und ergibt damit eine hervorragende Reinigung der Harzteilchen.

Im unteren Teil des Gehäuses 9 nach F i g. 1 liegt der Einlaß 25 für die frische Reinigungsflüssigkeit, die durch die Rohre 61 kommt, und unterhalb des Einlasses 25 befindet sich ein zweites Gitterteil 24. Die gereinigten Harzteilchen sammeln sich darunter, und man läßt sie sich bis zu einer bestimmten Höhe über dem Auslaß 26 für die Harzteilchen auftürmen; durch diese angesammelten Harzteilchen oberhalb des Auslasses 26 wird die durch den Einlaß 25 einströmende Reinigungsflüssigkeit nach oben in die Zone 10 gelenkt Dies verhindert das Auslaufen der eingeleiteten Reinigungsflüssigkeit durch den Auslaß 26. Die zufließende Reinigungsflüsigkeit wirkt außerdem auf die unterhalb des Gitterteiles 24 gesammelten gereinigten Harzteilchen in der Weise, daß sie diese durch den Auslaß 26 hinausdrängt wenn dieser geöffnet ist Das Gitterteil 24 trägt dazu bei. daß die Ansammlung der Harzteilchen unter dem Teil 24 ungefähr horizontal erfolgt

Während die Vorrichtung in Betrieb ist, hält man das Ventil 28 offen. Die Sonden 27 und 27', die elektrische Signale erzeugen, sind mit einem Leitfähigkeitskontrollgerät 33 und einem Strom in Druck umsetzenden Konverter 34 verbunden. Ein elektrisches Signal von dem Konverter 34 aktiviert ein luftbetätigtes Ventil 51. das die Menge des durch die Leitung 52 zu der Ableitung 32 fließenden hochreinen Wasser vermehrt oder vermindert Während des Betriebes erhält die Ableitung 32 Wasser aus der Leitung 52, das die Harzteilchen von dem Auslaß 26 in die Leitung 29 bewegt

Die Melallsondcn 27 und 27' sind an einem gewünschten Punkt für die maximale und minimale Ansammlung des Harzes oberhalb des Auslasses 26 angeordnet. Wenn sich das Harz ansammelt und die Spitzen der Sonden 27 und 27' berührt, betätigen die "> Sonden elektrisch die Ableitung 32 über das Leitfähigkeitskontrollgerät 33 und den Konverter 34 durch leichtes Öffnen des luftbetätigten Ventils 51. Dies geslaUji-das Fließen des Wassers durch die Leitung 52 zu der Ableitung 32 und das Spülen der Harzteilchen in in die Leitung 29, durch die die Harzleilchen in einen Vorratstank oder zurück in einen Behälter für die Benutzung zum Säubern verunreinigter Flüssigkeiten befördert werden. Fällt die Harzhöhe unter die Sonden 27 und 27', betätigt dies die Ableitung 32 über das t> Kontrollgerät 33 und den Konverter 34 elektrisch, entweder das luftbetätigte Ventil 51 zu schließen oder zu drosseln. Dies beendet oder verringert den Wasscrduß in der Leitung 52 zu der Ableitung 32 und 1—-.-.— -1-.· -.-Inp.

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die in die Leitung 29 gespült werden. Der Unterschied in der Leitfähigkeit zwischen Wasser und den gereinigten Harzteilchen ist groß genug, um einen elektrischen Stromkreis zu schließen, wenn die Harzteilchen die Sonden 27 und 27' berühren, diesen elektrischen Kreis r> jedoch zu unterbrechen, wenn die Harzteilchen keinen Kontakt mehr mit den Sonden 27 und 27' haben. Das Sondengerät arbeitet nach dem Prinzip, daß die durch die Leitung 52 fließende Wassermenge, die die Harzteilchen wegführt, direkt proportional der Menge m der Harzteilchen zwischen den horizontalen Teilen der Sonde.ι 27 und 27' ist. Das Wasser kann auch manuell in die Leitung 52 zu dem Ableiter 32 geleitet werden, um am Ende der Reinigung die Harzteilchen vollständig wegzuführen.

Zu Beginn einer Reinigung von verunreinigten Harzteilchen ist das Ventil 28 geschlossen und die Behandlungszone 10 und die Kammer 16 sind mit der Reinigungsflüssigkeit, wie z. B. hochreinem Wasser, durch den Einlaß 25 gefüllt, bis die Flüssigkeit die -to Leitung 19 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt werden die Ultraschall-Überträger 22 angeschaltet und auf Arbeitsbedingungen gebracht, woraufhin Energiefelder quer durch die Behandlungszone 10 wandern. Dann werden die zu behandelnden verunreinigten Harzteilchen durch -»5 den Einlaß 13 in die Zone 10 eingeführt und gelangen durch den Kanal 31 zwischen der Trennwand 14 gegenüber dem Einlaß 13 und dem Teil 12 des Gehäuses nach unten. Das Ventil 28 wird in seine voll geöffnete Stellung gebracht um das am Auslaß 26 gesammelte Harz zur Ableitung 32 zu lassen. Die Strömungsgeschwindigkeiten der Reinigungsflüssigkeit und der zufließenden Harzteilchen werden so eingestellt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Harzteilchen mit einem gewünschten Durchmesser nach unten in die Zone 10 größer ist als die Bewegungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit in Zone I'D in der entgegengesetzten Richtung. In Zone 10 herrscht eine Turbulenz, die die Harzteilchen vollkommen voneinander trennt so daß zeitweise jedes einzeln in der Reinigungsflüssigkeit to suspendiert ist und vollkommen von der Reinigungsflüssigkeit umgeben ist während die Ultraschallenergie von den Überträgern 22 auf diese einzelnen Harzteilchen einwirkt und sie dabei von der damit verbundenen Verunreinigung befreit Auf diese Weise werden die Harzteilchen, je näher sie dem Auslaß 26 kommen, immer sauberer, während die Reinigungsflüssigkeit wenn sie die Behandlungszone 10 verläßt und in die Kammer 16 eintritt, die höchste Konzentralion an von den Harzleilchen entfernter Verunreinigung aufweist.

Die Bchandlungszone 10 hat einen rechteckigen, runden oder quadratischen Querschnitt, der eine relativ gleichförmige Bewegungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit in Richtung Kammer 16 gestaltet. Wenn die Reinigungsflüssigkeit in Kammer 16 eintritt, vermindert sich die Geschwindigkeit wegen der Ausdehnung des Querschnittes der Kammer 16 gegenüber dem der Zone 10 beachtlich.

Diese Querschnittserweiterung führt so zu einer viel größeren Sinkgeschwindigkeit für jedes Harzteilchen von einer wie oben definierten Große, das noch von der Reinigungsflüssigkeil mitgenommen worden ist. so daß zu der Zeit, zu der die Reinigungsflüssigkeit die Ableitbleche 21 erreicht, nur noch ein Minimum von llarzteilchen in der Reinigungsflüssigkeit gehalten wird. Die Ableilbleche 21 verhindern die Ansammlung von Verunreinigungen in Kammer 16 und dienen dazu, die Ρ.β!Ρ.!"1!!!^σ5ί!ϋ55!^σ!ίε!ί !Π R'.rhHtna auf ι\ρη ntipnpn Kannl 19 zu befördern und die Reinigungsflüssigkeit von den zufließenden verunreinigten Harzteilchen getrennt zu halten. Das Gitterteil 20 dient zur Beruhigung jeder seitwärtigen Bewegung der Reinigungsflüssigkeit, um es ihr zu ermöglichen, sich zu sammeln, bis sie den Kanal 19 und die Auslaßöffnung 18 erreicht.

Fig. 3 zeigt innerhalb einer Energieerzeugungsanlage die Lage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 zur Reinigung verunreinigten Harzes, das aus einem Tank 46 kommt, z. B. einem Tank, der das Kondensat einer Dampfturbine aufnimmt. Eine zusätzliche Behandlung der Harzteilchen erfolgt im Bedarfsfall unter Benutzung einer im Tank 37 befindlichen Säure und einer im Tank 38 befindlichen Base, um deren Austauschfähigkeit wiederherzustellen. Dieser Schritt der chemischen Behandlung erfolgt wahlweise und wird normalerweise nach der Reinigung der Harzteilchen in dem Ultraschall-Harzreiniger 40 durchgeführt oder weggelassen, wenn er nicht erforderlich ist. In der Praxis gelangen die verunreinigten Harzteilchen vom Tank 46 in die Leitung 35 und, wenn die chemische Behandlung nicht oder nach der Ultraschallreinigung durchgeführt werden soll, schließt man die Ventile 36 und 45, während das Ventil 44 geöffnet ist. so daß die verunreinigten Harzteilchen aus der Leitung 35 direkt in den Ultraschallreiniger 40 eintreten können.

In dem Maße, in dem sich die gereinigten Harzteilchen am Boden des Ultraschallharzreinigers 40 sammeln, werden sie durch die Ableitung 32 in die Leitung 29 überführt, wonach sie in zwei Richtungen geleitet werden können, und zwar entweder in den Tank 41, wenn das Ventil 47 offen und das Ventil 59 geschlossen ist, oder in die Leitung 43, wenn das Ventil 47 geschlossen und das Ventil 59 offen ist. Im letzten Falie gelangen die Harzteilchen in den Tank 37, wo der Kationen austauschende Teil der Harzteilchen für eine Behandlung im Tank 37 abgetrennt wird, während der Anionen austauschende Teil durch die Ableitung 39 aus dem Tank 37 in die Leitung 48 zum Tank 38 für eine chemische Behandlung überführt wird. Nachdem der Kationen austauschende Teil der Harzteilchen chemisch behandelt ist, wird er aus dem Tank 37 durch die Ableitung 49 in die Leitung 56 überführt Wenn das Ventil 45 geschlossen und das Ventil 42 zu dieser Zeit offen ist wandert der Kationen austauschende Teil der Harzteilchen durch Ventil 42 und Leitung 56 in den Mischtank 41. Nachdem der Anionen austauschende Teil der Harzteilchen in dem Tank 38 behandelt worden

ist, wird er durch die Ableitung 57 über die Leitung 58 in den Mischtank 41 überführt. Der Mischtank 41 hai ein Mittel, welches die richtige Kombination des Kationen austauschenden und des Anionen austauschenden Teiles der Harzteilchen gestattet und eine Ableitung 60, um die ν Harzteilchen zurück in den Tank 46 zu bewegen.

Die aus dem Ultraschallreiniger 40 entnommenen gereinigten Harzteilchen können bei geöffnetem Ventil 59 und geschlossenem Ventil 47 durch die Leitungen 29 und 43 in den Tank 37 befördert werden. Wenn es ι« erwünscht ist, die Harzteilchen noch ein zweites Mal durch den Harzreiniger 40 zu leiten, kann man sie aus dem Tank 37 durch Ableitung 49 und die Leitungen 56 und 35 in den Ultraschallreiniger 40 zurückführen, indem man die Ventile 45 und 44 sowie die Ableitung 49 r> 6ffnet und die Ventile 42 und 36 schließt. Die ein zweites Mal in dem Harzreiniger 40 gereinigten Harzteilchen können dann durch die Leitung 29 in den Tank 37 lurücktransportiert werden, indem man das Ventil 59 tffnet und das Ventil 47 schhelSt. Wenn die aus dem Ultraschallreiniger 40 kommenden gereinigten Harzleilchen nicht chemisch reaktiviert werden sollen, werden sie durch die Ableitung 32 aus dem Harzreiniger 40 in die Leitung 29 überführt. Das Ventil 47 wird offen gehalten und das Ventil 59 geschlossen, so daß die Harzteilchen durch die Leitung 29 in den Mischtank 41 fließen.

Der Kationen austauschende Teil der Harzteilchen wird mit Säure im Tank 37 behandelt, z. B. mit 10gew.-%iger wäßriger Schwefelsäurelösung und der jo Anionen austauschende Teil der Harzteilchen wird mit •iner Base behandelt, wie z. B. 4gew.%iger Nalriumhydroxydlösung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch der Anwendung in einem nichtkontinuierlichen Verfahren J5 angepaßt werden.

In der Praxis hat es sich als wünschenswert erwiesen, diese Vorrichtung so zu entwerfen, daß die Harzteilchen den Ultraschall-Energiefeldern von den Ultraschall-•berträgern 22 während einer Zeit von etwa 0,1 bis etwa « J₁O Minuten ausgesetzt sind, vorzugsweise für etwa 0,5 bis etwa 1,0 Minuten. Bei der praktischen Durchführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Harzteilchen für etwa 1,0 bis etwa 3,0 Minuten in dem Ultraschallharzrei- «iger zu haben, was dem Durchgang vom Einlaß 13 bis turn Auslaß 26 entspricht. Wenn eine zusätzliche Reinigung erforderlich oder gewünscht ist, kann das Harz für eine erneute Reinigungsoperation wieder in Üen Ultraschallharzreiniger zurückgeführt werden.

Die folgenden Beispiele zeigen ein repräsentatives Verfahren der vorliegenden Erfindung, um verunreinig- : Ie, mit gröberen Schmutzteilen beladene Harzteilchen tu behandeln, die benutzt worden sind, um Verunreinigungen und gröbere Schmutzteile aus einem Dampfturbinenkondensat einer nuklearen Energieerzeugungsanlage zu beseitigen.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, besteht aus einem Gehäuse mit einem rechteckförmigen Teil 9 von den Dimensionen 2^5 χ 30 cm und einer Höhe von 2^55 m, mit einem sich verjüngenden unteren TeiL der in dem Auslaß 26 endet. Die acht Ultraschallüberträger 22 sind auf einer der 30-cm-Flächen befestigt « nnd ragen etwa 7,5 cm von dem Teii 9 des Gehäuses, welches aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, vor. Die Kammer 16 des Harzreinigers hat etwa eine Höhe von 1,2 m und hat an ihrer maximalen Ausdehnung eine rechteckfönrige Gestalt von etwa 30 χ 75 cm.

Die acht Ultraschallüberträger sind solche der Branson Instrument Company und bestehen aus pizeo-elektrischen Kristallen, die innerhalb geschweißter, aus rostfreiem Stahl bestehender rechteckiger Kästen angeordnet sind, welche die ungefähren Dimensionen von 8,75 χ 15x45 cm Höhe haben, die Überträgerkästen sind eintauchbar und entlang dem Teil 9, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, befestigt (4 Einheiten übereinander entlang dem Teil 9 und 2 Einheiten nebeneinander). Die acht Einheiten arbeiten während der Reinigung der Harzteilchen mit einer Eingangsleistung von 4,8 kW.

Der untere Teil der Vorrichtung verjüngt sich zum Auslaß 26 hin, welcher einen Durchmesser von etwa 3,75 cm aufweist, während der Einlaß 13 für das War/ einen Durchmesser von etwa 5 cm hat. Der Auslaß 18 für die Reinigungsflüssigkeit hat einen Durchmesser von etwa 6.25 cm und der fciniaü 25 fur die Reinigungsflüssigkeit einen Durchmesser von etwa 2,5 cm. Das Gitterteil 24 besteht aus geschlitzten Platten aus rostfreiem Stahl, die eine Dicke von etwa 1,5 mm haben und so zusammengefügt sind, daß sie ein Gitter mit Öffnungen von etwa 6,5 cm² bilden. Das Gitterteil 24 füllt das Gehäuse 9, da seine Dimensionen etwa 22,5 cm χ etwa 30 cm mit einer Höhe von etwa 12,5 cm betragen. Das Gitterteil 20 ist identisch dem Gitterteil 24 konstruiert, ausgenommen, daß dessen Dimensionen etwa 60 cm χ etwa 30 cm betragen bei einer Höhe von etwa 12,5 cm. Der Überlaufsicherheitsauslaß 17 hat einen Durchmesser von etwa 7,5 cm.

Die Vorrichtung soll ungefähr 28 1 Harz/min verarbeiten, wobei ein ein Kondensat entmineralisierendes Harzbett von einem Harzturm zur Reinigung von Dampfturbinenkondensat aufgenommen wird. Das Harz ist ein Polystyrol/Divinylbenzolharz und hat eine Zusammensetzung von 2 Teilen Kationenharz mit funktionellen Sulfonsäure-Gruppen pro Teil Anionenharz mit funktionellen Amin-Gruppen.

Das Harz wird in die Ultraschall-Harzreinigungseinheit durch den Einlaß 13 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 28 1 pro Minute eingeleitet. Das Wasser, das verwendet wird, um das Harz durch den Einlaß 13 in die Harzreinigungseinheit zu befördern, beträgt ungefähr 60 l/min. Das Wasser, das zusammen mit dem Harz am Auslaß 26 abgeleitet wird (auf der Basis eines ungefähren Porenvolumens von 0,5) betrug ungefähr 30 l/min. Die Reinigungsflüssigkeit, hier hochreines Wasser, wurde am Einlaß 25 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 13 I/min eingeleitet
^: Zu Beginn des Betriebes wird Ventil 28 geschlossen, so daß sich die Behandlungszone 10 mit Wasser vom Einlaß 25 füllt Wenn das Wasser durch die Auslaßöffnung 18 abzulaufen beginnt werden die Ultraschallüberträger 22 angeschaltet und auf Arbeitsbedingungen gebracht wobei sie 4,8 kW Leistung aufnehmen. Dann werden die verunreinigten Harzteilchen vom Einlaß 13 in den Kanal 31 geleitet Ventil 28 wird geöffnet und die Harzteilchen sammeln sich unterhalb der Zone 10 an und bilden dort einen elektrischen Kontakt mit den Sonden 27 und 27', woraufhin die elektrische Energie das Leitfähigkeitskontrollgerät 33 betätigt Das Kontrollgerät 33 gibt einen Strom an den Konverter 34, der das luftbetätigte Ventil 51 öffnet Das Ventil 51 läßt hochreines Wasser durch Leitung 52 und betätigt die Ableitung 32, um die gereinigten Harzteilchen in die Leitung 29 zu befördern.

liie Eingangsleistiing der Ultraschaliübertriiger von 4,8 kW ergab während des Tests ungefähr eine Leistung von 1 Watt/cm² der Überträgerfläche in Zone Ό. Das durch die Auslaßöffnung 18 abfließende Abwasser in einer Menge von etwa 95 l/min wurde nach Filtration dem Systemwasser der Anlage direkt wieder zugeführt, so daß keine flüssigen radioaktiven Abfälle die Anlage verließen. Durch eine visuelle Betrachtung der Ha. /teilchen, die vor und nach dem Ultraschallreinigen gesammelt worden waren und durch Vergleich mit ungebrauchten neuen Harzteilchen wurde festgestellt, daß im wesentlichen der gesamte gröbere Schmutz und alle Verunreinigungen von den Oberflächen der Harzteilchen entfernt worden wa-en.

Beispiel 2

Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wurde dasi Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, mil der Aijüriahme, daß ungefähr 56,6 j/nüin" verunreinigter Hai'zteilchen der gleiche» Zusammensetzung in die Ultraschall-Harzreinigungseinheit zur Behandlung eingeführt wurden. Eine visuelle Betrachtung der gereinigten Harzteiiclien ergab das gleiche hervorragende Aussehen wie in Beispiel Ii

Beispiel 3

Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung wurde übertrager 22 auf 3 kW reduziert wurde. Eine visuelle tias Verfahren von Beispiel I wiederh'öjt, mit der Betrachtung der gereinigten Harzteilchen ergab das Ausnahme, <iau die Eingatigsieistung der üiiraschaii- m gleiche ausgezeicnfieie Äussefien wie in Beispiel f.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Reinigen von unerwünschte Verunreinigungen tragenden Festkörperteilchen, mit einem Gehäuse, welches eine Behandlungszone enthält, Ultraschall-Übertragungsmitteln, welche ein Ultraschall-Energiefeld in der Behandlungszone erzeugen, einen Einlaß zum Einführen der zu reinigenden Festkörperteilchen in die Behandlungszone, Mitteln zum Aufnehmen und Wegführen der gereinigten Festkörperteilchen aus der Behändlungszone, einem Einlaß zum Einführen von Reinigungsflüssigkeit in das Gehäuse und einem Auslaß zum Wegführen der Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Gehäuse (9) einen mittleren Abschnitt umfaßt, der die Behandlungszone (10) bildet, in die als Festkörperteilchen verunreinigte Harzteilchen und die Reinigungsflüssigkeit im Gegenstrom eintreten und austreten, ein oberer Abschnitt des Gehäuses eine Kammer (16) mit größerer Querschnittsfläche als die der Behandlungszone (10) zur Trennung von Harz und Reinigungsflüssigkeit bildet und ein unterer Abschnitt des Gehäuses eine Zone zum Sammeln des gereinigten Harzes bildet,

b) der Einlaß (13) für die Harzteilchen im Bereich der Kammer (16) angeordnet ist,

c) der Auslaß (18,19) für die Reinigungsflüssigkeit inder Kammer(16) angeordnet ist,

d) zwischen dem Einlaß (13) und dem Auslaß (18, 19) eine Trennwand (14) in der Kammer (16) angeordnet ist, die eine Kanal (31) begrenzt und durch die die eingeführten Harzteilchen zum Ende der Behandlup ,szone (10) gelenkt ^}:> werden,

e) der Einlaß (25) für die Reinigungsflüssigkeit an dem unteren Ende der Behandlungszone (10) angeordnet ist,

f) eine Einrichtung (32, 29) im Anschluß an einen Auslaß (26) des Gehäuses (9) vorhanden ist, um die Harzteilchen mittels einer Strömung aus der Sammelzone zu entfernen,

g) ein Gitterteil (20) unterhalb des Auslasses (18, 19) für die Reinigungsflüssigkeit in der Kammer ⁴^ (16) angeordnet ist, das als beruhigende Absetzzone für die mit der Reinigungsflüssigkeit aufsteigenden Harzteilchen dient und

h) eine Vielzahl von Ableitblechen (21) unterhalb des Gitterteiles (20) in der Kammer (16) ^w angeordnet ist. um die von der Behandlungszone (10) in die Kammer (16) eintretende Reinigungsflüssigkeit in Richtung auf das Gitterteil (20) zu leiten.

55

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere in der Behandlungszone (10) angeordnete Ultraschallüberträger (22).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (16) ein Uberlaufauslaß (17) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Kombination mit dem Einlaß (25) für die Reinigungsflüssigkeit zum Steuern des Gegenstromflusses aus verunreinigten Harzteilchen und Reinigungsflüssigkeit, um im Bereich der Übertragungsmittel (22) die Häfzteilcheii in der Reinigungsflüssigkeit voneinander zu trennen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Übertragungsmittel (22) in einem Bereich von 18 000 bis 50 000 Hz arbeiten können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behandlungszone (10) eine Vielzahl von Ultraschall-Überträgern (22) angeordnet und diese Vielzahl in zwei Gruppen geteilt ist, die im Winkel von etwa 90" zueinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behandlungszone (10) eine Vielzahl von Überschall-Überträgern (22) angeordnet und in zwei Gruppen geteilt ist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Behandlungszone (10) in einer Weise angeordnet sind, daß sich ihre Ultraschallwirkungen nicht gegenseitig stören.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Sainmeizone bildenden unteren Abschnitt des Gehäuses (9) und dem die Behandlungszone (10) bildenden Abschnitt des Gehäuses (9) ein weiterer Gittcrtcii (24) als Strömungsleitfunktion angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32, 29) beim Entfernen der Harzteilchen in Abhängigkeit von Sonden (27, 270 arbeitet, die in der Sammelzone angeordnet sind, wobei diese Sonden ein Ausgangssignal an die Einrichtung zum Entfernen der Harzteilchen geben, das der Höhe der angesammelten Harzteilchen entspricht.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß für die Entfernung der Reinigungsflüssigkeit einen offenen Kanal (19) umfaßt, der in einer Auslaßöffnung (18) endet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (14) mit dem Gitterteil (20) und dem Auslaß (18, 19) in der Kammer (16) baulich verbunden ir.t.

12. Verfahren zum Reinigen verunreinigter Festkörperteilchen, bei dem eine Reinigungsflüssigkeit kontinuierlich in ein Gehäuse eingeführt und in Berührung mit den zu reinigenden Festkörperteilchen gebracht wird, Ultraschall-Energie auf eine Behandlungszone angewandt wird, um die Verunreinigung von den Festkörperteilchen unter Bildung sauberer Festkörperteilchen und die Verunreinigung enthaltender Reinigungsflüssigkeit zu entfernen, und die die Verunreinigung enthaltende Reinigungsflüssigkeit aus dem Gehäuse und die gereinigten Festkörperteilchen aus der Behandlungszone weggeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Reinigungsflüssigkeit im Gegenstrom zu aus verunreinigten Harzteilchen bestehenden Festkörperteilchen in die Behandlungszone eingeführt wird.

b) der Gegenstrom so gesteuert wird, daß die Teilchen des Harzes ausreichend getrennt werden, um sie zeitweise in der Reinigungsflüssigkeit in der Behandlungszone aufzuwirbeln und eine hydraulische Klassifizierung der die zerbrochenen Harzteilchen einschließenden Harzteilchen zu erreichen,

c) die gereinigten Harzteilchen in einer unterhalb der Behandlungszone befindlichen Sammelzone gesammelt werden und

d) die gereinigten Harzteilchen in einer Strömung aus der Sammelzone weggeführt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Energie im ί Bereich von 18 000 bis 50 000 Hz angewandt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit Wasser, wasserhaltiger Alkohol oder wasserhaltiges Aceton ist ι ο

15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Harzteilchen mehrmals durch die Behandlungszone (10) geleitet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigten Harzteilchen Teilchen aus Ionenaustauscherharz sind.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstrom so gesteuert wird, daß sich in der Behandlungszone (10) eine Turbulenz ausbildet.