DE2529145B2

DE2529145B2 - PROCESS FOR CONDITIONING ION EXCHANGER POWDER RESINS FOR PRE-SURFACE FILTER

Info

Publication number: DE2529145B2
Application number: DE19752529145
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 2000 Hamburg; Starz Engelbert Dr. 5020 Salzburg Ladendorf
Original assignee: Bran und Luebbe GmbH
Current assignee: Aqua Engineering 5020 Salzburg At GmbH
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1975-06-30
Publication date: 1977-06-23
Also published as: SE7607431L; DE2529145A1; FR2332046A1; FR2332046B3; ES449364A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung von Ionenaustauscherpulverharzen für Anschwemmfilter, bei welchen die Ionenaustauschpulverharze als Filterschicht auf Filterkerzen aufgebracht werden.The invention relates to a method for conditioning ion exchange powder resins for precoat filters, in which the ion exchange powder resins are applied as a filter layer on filter candles will.

Für die Aufbereitung des Speisewassers von Dampferzeugern, d. h. im wesentlichen des Turbinenkondensates mit eventuellen Anteilen an Zusatzwasser wie auch bei Kondensatorleckagen an Kühlwasser, an dessen Reinheit bei modernen fossilen und nuklearen Dampferzeugungsanlagen höchste Anforderungen gestellt werden, eignen sich im besonderen mit Austauscherpulverharzen beschickte Anschwemmfilter. Hierdurch besteht die Möglichkeit, sowohl eine mechanische Filterwirkung zu erzielen, als auch eine ionogene Reinigung durchzuführen.For the treatment of the feed water from steam generators, i. H. essentially of the turbine condensate with possible proportions of make-up water as well as in the case of condenser leaks in cooling water, in its The purity of modern fossil and nuclear steam generation systems is subject to the highest requirements, precoat filters loaded with exchange powder resins are particularly suitable. This makes it possible to achieve both a mechanical filter effect and a perform ionogenic cleaning.

Der Filteraufbau besteht üblicherweise aus Filterkerzen, auf welche die Austauscherpulverharze als Filterschicht aufgebracht werden. Ein gleichmäßiger Aufbau der Filterschicht über die gesamte Kerzenoberfläche ist jedoch problematisch. Während des Mischens von kationischen und anionischen Pulverharzen in Wasser ziehen sich die elektrischen Oberflächenladungen (zeta-Potentiale) mit umgekehrtem Vorzeichen an, es bilden sich aus beiden Harzen zusammengesetzte Agglomerate in Form von Flocken, deren Volumen 10 his 20mal so srroß ist wie die Summe der Volumina der einzelnen Harzkomponente. Bei der Anschwemmung entsteht hierdurch ein unregelmäßig aufgebauter, stark poröser Filterkuchen mit unterschiedlicher Dicke und Dichte. Insbesondere grobe Flocken führen zu langen Anschwemmzeiten und konischer Kuchenform.The filter structure usually consists of filter candles on which the exchanger powder resins as Filter layer are applied. A uniform structure of the filter layer over the entire surface of the candle however, it is problematic. While mixing cationic and anionic powder resins in Water attracts the electrical surface charges (zeta potentials) with the opposite sign, agglomerates composed of both resins are formed in the form of flakes, the volume of which is 10 is up to 20 times as large as the sum of the volumes of the individual resin components. At the alluvial surface This creates an irregularly structured, highly porous filter cake with different thicknesses and Density. Coarse flakes in particular lead to long precoating times and a conical cake shape.

Man hat bereits versucht, diese Nachteile zu eliminieren, indem man den Filteraufbau über eine Dosieranschwemmung durchführt (R. A. Vincent: »Erfahrungen bei der Anwendung von pulverförmigenAttempts have already been made to eliminate these disadvantages by using a Dosing precoat carries out (R. A. Vincent: »Experience with the use of powdery

ίο Ionenaustauschern«, VGB-Speisewassertagung 1970).ίο ion exchangers «, VGB feed water conference 1970).

Bei diesem Verfahren wird eine große Wassermenge im Filter umgewälzt, während die Harzsuspension langsam in die Saugleitung der Umwältzpumpe z.B. durch eine Dosierpumpe zugegeben und derart stark verdünnt wird. Es gelingt zwar hierdurch, die aufgezeigten Nachteile zu vermindern und eine gleichmäßigere Filterschicht aufzubauen, ohne daß jedoch hierdurch eine hinreichend zufriedenstellende Lösung erreicht wird.In this process, a large amount of water is circulated in the filter while the resin suspension slowly added into the suction line of the circulation pump, e.g. by a metering pump, and so strong is diluted. It is possible in this way to reduce the disadvantages indicated and to achieve a more uniform one Build up the filter layer without, however, thereby achieving a sufficiently satisfactory solution will.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, daß Austauschergemisch mit einer wässrigen Lösung eines sogenannten Polyelektrolyten wie z. B. Polycrylsäure vorzubehandeln. Hierbei wirkt die Säure (Base) wie ein negativ (positiv) geladener Polyelektrolyt und maskiert die positiven (negativen) Oberflächenladungen der Anionen (Kationen) -harze. Bei direkter wie auch Dosieranschwemmung verbessert dieses Verfahren zwar im allgemeinen das Entsalzungsvermögen des Filterkuches, wobei jedoch die Maskierung eines Teils der positiven Oberflächenladungen der Anionenharze ihre ionogene Austauschkapazität wie auch ihre Fähigkeit, die meist negativ geladenen Kolloide von Metalloxyden zu fixieren, herabsetzt. Darüber hinaus tritt hiebei ein sich nachteilig auswirkender erhöhter Anfangsschlupf auf, der wohl darauf beruht, daß ein Teil des Polyelektrolyten in Lösung verbleibt oder wieder ausgewaschen wird. Ferner neigt der mittels Polyelektrolyt konditionierte Pulverharzkuchen meist zu starker Verklebung auf den Filterelementen und läßt sich folglich nur mit erhöhtem Aufwand absprengen bzw. spülen.It has also already been proposed that the exchanger mixture with an aqueous solution of a so-called polyelectrolytes such. B. to pretreat polycrylic acid. Here the acid (base) acts like an negatively (positively) charged polyelectrolyte and masks the positive (negative) surface charges of the Anion (cation) resins. This process improves both direct and metered coating in general the desalination capacity of the filter cake, but with the masking of a part of the positive surface charges of the anion resins their ionic exchange capacity as well as their Ability to fix the mostly negatively charged colloids of metal oxides, reduces. Furthermore if a disadvantageous increased initial slip occurs, which is probably due to the fact that a part of the polyelectrolyte remains in solution or is washed out again. Furthermore, the polyelectrolyte tends to conditioned powder resin cakes usually stick too strongly to the filter elements and can consequently only blast off or rinse with increased effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ionenaustauscherharze einer derartigen Konditionierung zu unterwerfen, daß ein erhöhter Anfangsschlupf sowie ein ungleichmäßiger Aufbau der Filterschicht vermieden wird.The invention is based on the object of conditioning the ion exchange resins in this way subject to that increased initial slip and an uneven structure of the filter layer is avoided.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die Harzmischung unmittelbar vor der Anschwemmung einer intensiven Scherkraftbehandlung unterwirft.According to the invention, this object is achieved in that the resin mixture immediately before the Subjecting alluvium to an intensive shear force treatment.

Für diese Scherkraftbehandlung verwendet man zweckmäßigerweise eine Mischvorrichtung, und zwar bevorzugt schnellaufende, multifrequente Mischturbinen, bestehend aus Rotor und Stator, die man innerhalb des Harzmischbehälters einsetzen kann. Die Scherkraftbehandlung wird bevorzugt im Dosieranschwemmverfahren durchgeführt.A mixing device is expediently used for this shear force treatment prefers high-speed, multi-frequency mixing turbines, consisting of rotor and stator, which are inside of the resin mixing tank can use. The shear force treatment is preferred in the metered precoating process carried out.

Während für die Herstellung einfacher nicht konditionierter Ionenaustauscher-Pulverharzsuspensionen ein Leistungseintrag von 0,2—0,5 KW/m' Suspensionsvolumen voll ausreicht, muß für die Konditionierung ein solcher von wenigstens 3 KW, vorzugsweise sogar ein solcher von 5—15 KW/m¹ Suspensionsvolumen angewendet werden. Zugleich soll der Energieeintrag bei definierter, wenngleich relativ geringer Gesamtumwälzung auf ein möglichst kleines Volumen beschränkt werden zugunsten einer hohen Energiekonzentration im Sinne von Prall-, Reib- und Schereffekten bei hoherWhile a power input of 0.2-0.5 KW / m 'suspension volume is fully sufficient for the production of simple, unconditioned ion exchanger powder resin suspensions, a power input of at least 3 KW / m, preferably even 5-15 KW / m, must be used for conditioning ¹ volume of suspension can be applied. At the same time, the energy input with a defined, albeit relatively low total circulation should be limited to the smallest possible volume in favor of a high energy concentration in the sense of impact, friction and shear effects with a high one

i.TipuIszahl. Radiale Stator-Störbleche bieten sich hierbei auch zur Vermeidung von Flotationserscheinungen (Trombenbildung) an.i.TipuIs number. Radial stator baffles are ideal here also to avoid flotation phenomena (vortex formation).

Weitere systematische Untersuchungen haben gezeigt, daß der gleiche Effekt der Scherkraftpulverharz- s konditionierung auch anwendbar ist auf Mischungen von gemahlenem Kationen- und Anionenaustauscherharzen mit sogenannten inerten, d.h. nicht ionogenaktiven feinkörnigen oder feinfaserigen Polymeren zur Erhöhung der mechanischen Feststoffkapazitäten bzw. zur Vermeidung von Rißbildungen während des Arbeitsspieles. Das inerte Harz kann sowohl in Mischung mit dem Ionenaustauscherharz der Konditionierung zwangsweise unterzogen wie auch nachträglich zugesetzt oder auch nur nachträglich angeschwemmt werden.More systematic investigations have shown that the same effect of Scherkraftpulverharz- s conditioning also is applicable to mixtures of ground cation and anion exchange resins with so-called inert, ie non-fine-grained ionogenaktiven or fibrillar polymers to increase the mechanical solids capacity and to avoid the formation of cracks during the Work cycle. The inert resin can be subjected to conditioning either in a mixture with the ion exchange resin or else added afterwards or only subsequently washed on.

Schließlich hat sich gezeigt, daß sich die Scherkraftpulverharzkonditionierung bei entsprechender Abstimmung von Leistungseintrag und Aufenthaltszeit auch mit Hilfe innerhalb der Leitungsführung angeordneter Mischer wiederum vorzugsweise in der Art multifrequenter Rotor-Stator-Ausführungen realisieren läßtFinally, it has been shown that shear powder resin conditioning works with the appropriate coordination of the service entry and the length of stay, also with the help of the line management Mixer, in turn, can preferably be implemented in the form of multi-frequency rotor-stator designs

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch diese Scherkraftkonditionierung eine beträchtliche Volumensverminderung der Flocken insgesamt und wie auch der Einzelflocke erzielt werden kann. Dabei tritt dieser Effekt bereits nach einer äußerst kurzen Behandlungszeit auf, die je nach Energieeinl/ag 2 Minuten bis 2 Stunden betragen kann.It has been shown, surprisingly, that a considerable by this shear force conditioning Volume reduction of the flakes as a whole and as well as the individual flakes can be achieved. It occurs this effect already appears after an extremely short treatment time, which depends on the energy input Can be 2 minutes to 2 hours.

Es wird vermutet, daß dieser Effekt auf die Änderung der elektrischen Oberflächenladungen (Zetapotentiale) der Teilchen infolge der Scherkraftbehandlung beruht. Auch wäre denkbar, daß es rein statistisch zur Bildung von relativ kleinen, nach außen elektroneutralen Sekun.däragglomeraten (Flocken) kommt, die untereinander kaum oder nicht mehr zu einer weiteren Agglomaration und damit zur Vergrößereung der Flocken führen.It is assumed that this effect on the change in the electrical surface charges (zeta potentials) of the particles due to the shear force treatment. It would also be conceivable that it is purely statistical for education comes from relatively small, outwardly electronically neutral secondary agglomerates (flakes) that are interconnected hardly or no more to a further agglomeration and thus to the enlargement of the Lead flakes.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es nunmehr möglich, ohne zusätzliches Konditionierungsmittel sogar eine stärkere Volumensverminderung der Harzflocken zu erzielen, als dies bislang möglich war. Von besonderem Vorteil ist noch, daß nach dem erfir.dungsgemäßen Verfahren kein Anfangsschlupf auftritt, wie dies beim Zusatz von Polyelektrolyten der Fall ist Außerdem werden auch die bekannten Verklebungen der Harze an den Filterelementen vermieden.According to the method according to the invention it is now possible without an additional conditioning agent to achieve even a greater reduction in volume of the resin flakes than was previously possible. It is also of particular advantage that after the method according to the invention there is no initial slip occurs, as is the case with the addition of polyelectrolytes. In addition, the known Adhesion of the resins to the filter elements avoided.

Der Fortschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik wird im besonderen aus der beigefügten Darstellung ersichtlich. Zum Vergleich sind bei einer Dosieranschwemmung innerhalb 30 Minuten die Elektrolyt-Beladungskurven mit NaCl (Kochsalz) für das erfindungsgemäße Verfahren, die Konditionierung mit einem Polyelektrolyten und ohne die Verwendung eines Konditionierungsmittels einander gegenübergestellt. Es zeigt sich, daß ohne die Verwendung eines Konditionierungsmittels (gestrichelte Kurve) ein nahezu stetiger Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit erfolgt und der kritische Wert von 0,1/iS/cm bald überschritten wird. Bei der Verwendung eines Polyelektrolyten (strichpunktierte Kurve) läßt sich zwar der kritische Wert über einen erheblich weiteren Bereich unterschreiten, aber es zeigt sich am Beginn der Anschwemmung ein hoher Anfangsschlupf mit einer beträchtlichen Überschreitung des Wertes.The progress of the method according to the invention over the prior art is particularly evident can be seen from the attached diagram. For comparison, there are within 30 minutes the electrolyte loading curves with NaCl (table salt) for the method according to the invention, conditioning with a polyelectrolyte and without the use of a conditioning agent juxtaposed. It turns out that without the use of a conditioning agent (dashed Curve) there is an almost constant increase in electrical conductivity and the critical value of 0.1 / iS / cm will soon be exceeded. When using of a polyelectrolyte (dash-dotted curve), the critical value can be considerably wider Fall below the range, but it shows up at the beginning of the Alluvium a high initial slip with a considerable excess of the value.

Die weitaus günstigeren Werte werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht. Hierbei (ausgezogene Kurve) tritt im besonderen kein Anfangsschlupf auf, und die Kurve verläuft praktisch gradlinig ohne nennenswerten Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit. Sie überschreitet die 0,1-Grenze erst zu einem späteren Zeitpunkt und stellt somit einen praktisch idealen Verlauf dar.The far more favorable values are achieved by the method according to the invention. Here (drawn Curve), in particular, there is no initial slip, and the curve runs practically in a straight line without significant increase in electrical conductivity. It does not exceed the 0.1 limit until a later date Point in time and thus represents a practically ideal course.

Es wird hieraus ersichtlich, daß es durch die Erfindung gelungen ist, eine Konditionierung der Ionenaustauscherharze durchzuführen, die ohne den Zusatz eines besonderen Konditionierungsmittels zu einem optimalen Aufbau des Anschwemmfilters führt.It can be seen from this that the invention succeeded in conditioning the ion exchange resins perform that without the addition of a special conditioning agent to an optimal Structure of the precoat filter leads.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for conditioning ion exchange powder resins for precoat filters in which the ion exchange powder resins are used as a filter layer be applied to feed candles, characterized in that the resin mixture subjected to an intensive shear force treatment immediately before the alluvial surface of the filter

2. The method according to claim 1, characterized in that the energy input is in the range of about 0.2 to 15 KW / m ³ suspension volume.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the shear force treatment performs within a mixing device

4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that one is used for the shear force treatment a high-speed, multi-frequency mixing turbine consisting of rotor and stator is used.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the shear force treatment carried out inside the resin mixing tank.

6. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the shear force treatment carried out in a closed pipeline.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ion exchange resins in combination or in connection with non-ionically active, preferably polymeric Filter fabrics are used.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the shear force treatment takes place in the dosing precoating process.