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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von
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Flüssigkeiten in Ionenaustauschern Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von Flüssigkeiten in Ionenaustauschern
mit regenerierten Ionenaustauscherpartikeln, bei dem bzw. in der der zu behandelnde
Flüssigkeitsstrom durch ein Ionenaustauscherbett in einer Kolonne geführt wird,
an welches im Gegenstrom zu der zu behandelnden Flüssigkeit am einen Ende regenerierte
Ionenaustauscherpartikel mittels einer Tragflüssigkeit etwa in dem Maße herangetragen
werden, in welchem am anderen Ende desselben erschöpfte Ionenaustauscherpartikel
durch einen Teilstrom der zu behandelnden Flüssigkeit aus dem Ionenaustauscherbett
abgeführt und einer Regenerierstation zugeleitet werden.
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Es sind verschiedene Verfahren zum kontinuierlichen Behandeln von
Flüssigkeiten und zum Regenerieren von Ionenaustauscherpartikeln bekannt.
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Bei einem dieser bekannten Verfahren wird ein Wirbelbett verwendet,
dem die zu behandelnde Flüssigkeit von unten durch eine Füllkörperschüttung zugeführt
wird. Aus den verschiedenen Wirbelzonen werden die Flüssigkeiten abgezogen und auch
die erschöpften Ionenaustauscherpartikel werden durch die Füllkörperschüttung mit
dem Flüssigkeitsaufstrom transportiert und im erschöpften Zustand abgeleitet sowie
einer Regenerierkolonne unter Zwischenschaltung einer Vielzahl von Hilfseinrichtungen
zugeführt.
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Entsprechend dem Abzug von erschöpften Ionenaustauscherpartikeln werden
gleichzeitig dem Wirbelbett regenerierte Ionenaustauscherpartikel zugeführt.
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Infolge der Verwendung eines Wirbelbettes ist ein großer apparativer
Aufwand notwendig, welcher sich sowohl in einer sehr schlanken Beladungskolonne
als auch in einer großen Regenerierkolonne niederschlägt. Die Verwendung des Wirbelbettes
führt nur bei sehr schlanker und damit sehr hoher Ausbildung der Beladungskolonne
in ausreichendem Maße zu einer maximalen Annäherung an den gewünschten Reinheitsgrad,
und zwar deshalb, weil nur geringe spezifische Gewichtsunterschiede zwischen den
Ionenaustauscherpartikeln und den zu behandelnden Flüssigkeiten bestehen, wenn es
sich bei letzteren um Lösungen höherer Flüssigkeitsdichte handelt. Außerdem ist
bei Anwendung dieses Verfahrens eine elastische Fahrweise der Anlagen problematisch.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird mit einem portionsweisen
Durchsatz, einerseits der zu behandelnden Flüssigkeit und andererseits der Ionenaustauscherpartikel
gearbeitet. Die wechselweise Beschickung der Beladungskolonne mit zu behandelnder
Flüssigkeit und Ionenaustauscherpartikeln setzt dabei voraus, daß zwischen die Beladungskolonne
und die Regenerierkolonne noch eine besondere Rückspülkolonne eingeschaltet werden
muß.
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Daher ist dieses Verfahren nicht nur kompliziert, sondern es erfordert
auch noch zusätzliche Meßbehälter mit aufwendigen Regelungseinrichtungen, die den
regelmäßigen Wechsel zwischen Produktionszeit und Eintragszeit der Ionenaustauscherpartikel
sicherstellen. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht dabei darin,
daß durch den zeitlich bestimmten Volumentransport von Ionenaustauscherpartikeln
in dicht gepackter Form leicht Verstopfungen in den Anlagen entstehen und daß außerdem
ein hoher Partikelabrieb auftritt.
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Durch die DT-PS 2 118 949 ist auch ein Verfahren zum kontinuierlichen
Behandeln von Flüssigkeiten in lonenaustauschern bekannt
geworden,
welches in einem sogenannten Kompakt-Frei-Schwebebett abläuft, welches ohne ober-
und unterseitige mechanische Anschlagelemente arbeitet, so daß das Eintragen von
frischen bzw. regenerierten Ionenaustauscherpartikeln wie auch das Austragen von
erschöpften Ionenaustauscherpartikeln kontinuierlich erfolgen kann. Bei diesem Verfahren
findet fortlaufend ein axialer Transport der lonenaustauschersäule als Kompaktbett
statt, und zwar als Folge von Druckunterschieden in den einzelnen Bettabschnitten.
Der Transport der Ionenaustauschersäule im Gegenstrom zu der zu behandelnden Flüssigkeit
wird dadurch bewirkt, daß aus der die Kolonne verlassenden behandelten Flüssigkeit
ein Teilstrom abgezweigt und mittels einer Umwälzpumpe ständig im Kreislauf bewegt
wird. Das eben beschriebene Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise ohne großen
apparativen-Aufwand und ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen unter Verwendung einer
Ionenaustausch-Säule durchführen, wie sie durch die DT-PS 2 156 426 bekannt geworden
ist.
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Nachteilig bei allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln
von Flüssigkeiten in Ionenaustauschern ist, daß aufgrund der eigenartigen Flüssigkeitsführungen
der Durchsatz der verschiedenen am Verfahren beteiligten Flüssigkeiten von außen
nicht beliebig verhältnisändernd beeinflußt werden kann. Die wirtschaftliche Durchführung
des Verfahrensablaufs ist daher nicht in jedem Falle möglich.
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Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Behandlungsverfahren
auf ein Mindestmaß zu begrenzen. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von Flüssigkeiten
in Ionenaustauschern zu finden, bei dem bzw. bei der alle am Verfahren beteiligten
Flüssigkeitsmengen von außen zu jeder Zeit getrennt verhältnisändernd korrigiert
werden können und welches bzw. welche es außerdem ermöglicht, eine Reinigung der
Schlitzöffnungen in den Kolonnen durchzuführen, ohne die Behandlung der Flüssigkeiten
in diesen völlig unterbrechen zu müssen.
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Die verfahrenstechnische Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß
in erster Linie dadurch erreicht, daß durch einen von zwei getrennt in den Ionenaustauscher
geführten Strömen der zu behandelnden Flüssigkeit zunächst ein Fließbett gebildet
und hieraus dann der Teilstrom abgetrennt wird, der die durch ein Rieselbett tretenden,
erschöpften Ionenaustauscherpartikel aus dem Fließbett austrägt, daß der verbleibende
Teil des ersten Stromes durch das Rieselbett geführt und mit dem zweiten Strom vereinigt
zur Behandlung durch ein Kolbenbett geleitet wird, und daß durch die die regenerierten
Ionenaustauscher heranführende Trägerflüssigkeit ebenfalls ein Fließbett gebildet
wird, in dem die Ionenaustauscherpartikel sich auf der oberen Kolbenbettbegrenzung
absetzen, während die Trägerflüssigkeit den angrenzenden Kolbenbettabschnitt durchströmt
und aus diesem vor einer Strömungsberührung mit der zu behandelnden bzw. behandelten
Flüssigkeit abgeleitet wird.
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Es hat sich dabei als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die zu behandelnde
Flüssigkeit im Aufstrom durch das Ionenaustauscherbett geleitet und auf der Basis
eines konstanten Durchflußwiderstandes bei kleinster Aufströmmenge durch einen längsten
Kolbenbettabschnitt, bei größter Aufstrommenge aber durch einen kleinsten Kolbenbettabschnitt
geführt wird. Aus dieser Verfahrensart ergibt sich, daß die zwichen dem kleinsten
und dem größten Ausmaß liegenden Aufstrommengen sich entsprechend gleichzeitig auf
beide Kolbenbettabschnitte verteilen und den dazugehörigen Austritten aufgrund der
Einhaltung eines stets konstanten Durchflußwiderstandes in entsprechenden Mengenanteilen
zugeführt werden. Hierdurch ist sichergestellt, daß beim kontinuierlichen Verfahren
die Durchsatzleistungen nahezu beliebig verändert werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß
einerseits die aus der ersten Kolonne austretende Tragflüssigkeit in eine zweite
Kolonne eingeführt wird und andererseite; die aus einer ersten Kolonne abgezogenen,
erschöpften
lonenaustaus cherpartikel durch einen Flüssigkeitsabscheider
und mittels einer ersten Regeneriermittellösung in die zweite Kolonne eingeleitet
werden, daß dabei die Tragflüssigkeit in zwei getrennte Ströme ein Fließbett bildet,
aus dem ein Teilstrom als Tragflüssigkeit zum Abtransport regenerierter Ionenaustauscherpartikel
abgezweigt wird, während der Reststrom ein Rieselbett durchsetzt, bevor er mit dem
zweiten Strom vereinigt als Waschflüssigkeit einen ersten Kolbenbettabschnitt durchläuft,
daß währenddessen die erste Regeneriermittellösung mit den erschöpften Ionenaustauscherpartikeln
zunächst ein Fließbett bildet und anschließend unter Absetzung der Ionenaustauscherpartikel
auf der Kolbenbettbegrenzung den anschließenden Kolbenbettabschnitt regeneriert
und daß gleichzeitig eine zweite Regeneriermittellösung durch einen weiteren Kolbenbettabschnitt
strömt, der von dem von der ersten Regeneriermittellösung durchströmten Kolbenbettabschnitt
entfernt liegt und von dem von der Waschflüssigkeit beaufschlagten Kolbenbettabschnitt
durch ein Pufferbett getrennt wird. In diesem Falle ist vorgesehen, daß die den
ersten Kolbenbettabschnitt durchströmende erste Regeneriermittellösung, die den
zweiten Kolbenbettabschnitt durchströmende zweite Regeneriermittellösung und die
einen dritten Kolbenbettabschnitt durchlaufende Waschflüssigkeit aus der zweiten
Kolonne ins Freie abgeleitet wird.
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Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Waschflüssigkeit im Aufstrom
durch den dritten Kolbenbettabschnitt bis unter ein strömungsloses Pufferbett geführt,
die zweite Regeneriermittellösung von der Oberseite des Pufferbettes aus im Aufstrom
durch den zweiten Kolbenbettabschnitt geleitet und die erste Regeneriermittellösung
im Abstrom durch den ersten Kolbenbettabschnitt geführt wird. In diesem Falle ist
es wichtig, daß die beiden von den verschiedenen Regeneriermittellösungen durchströmten
Kolbenbettabschnitte durch ein zweites, strömungsloses Pufferbett voneinander getrennt
gehalten werden.
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Als vorteilhafte Weiterbildung gilt es nach der Erfindung ferner,
wenn die die regenerierten Ionenaustauscherpartikel in die erste Kolonne einführende
Tragflüssigkeit von der behandelten Flüssigkeit durch ein strömungsloses Pufferbett
getrennt gehalten wird.
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Für die angegebene Verfahrensart ist es aber besonders wichtig, daß
einerseits die regenerierten Ionenaustauscherpartikel in der Kolbenbettsäule der
ersten Kolonne durch ihre Gewichtsenergie entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
der zu behandelnden bzw.
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behandelten Flüssigkeit, und andererseits auch die erschöpften Ionenaustauscherpartikel
in der Kolbenbettsäule der zweiten Kolonne durch ihre Gewichtsenergie entgegengesetzt
zur Strömungsrichtung der Waschflüssigkeit und der zweiten Regeneriermittellösung
bewegt und im Verlauf der Bewegungen fortschreitend erschöpft bzw. regeneriert werden.
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Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag können die regenerierten Ionenaustauscherpartikel
aus dem Fließbett der zweiten Kolonne durch einen Injektor abgezogen und unter Zusatz
neuer Tragflüssigkeit in das Fließbett der ersten Kolonne getragen werden, während
die erschöpften Ionenaustauscherpartikel aus dem Fließbett der ersten Kolonne unter
Abscheidung der zu behandelnden Flüssigkeit und Beigabe der ersten Regeneriermittellösung
in das Fließbett der zweiten Kolonne getragen werden.
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Zur Unterstützung des Verfahrens ablaufs erscheint es nach der Erfindung
sinnvoll, wenn wenigstens das Fließbett der ersten Kolonne von einem Gasdruckpolster
beaufschlagt wird. Besonders vorteilhaft erscheint es jedoch, wenn wenigstens einige
Abschnitte des lonenaustauscherbettes durch verschiedene Gasdruckpolster beaufschlagt
werden.
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Wird zur Durchführung der beschriebenen Verfahrensart eine Ionenaustauscher-Säule
verwendet, aus deren Ionenaustauscherbett die behandelte Flüssigkeit durch Schlitzöffnungen
austritt,
dann ist es verfahrenstechnisch weiterhin von Bedeutung,
daß zur Reinigung der Schlitzöffnungen von Rückständen ein der Austrittrichtung
der behandelten Flüssigkeit entgegengerichteter Druckstoß erzeugt wird. Dieses kann
entweder dadurch geschehen, daß zunächst die den Schlitzöffnungen nachgeordneten
Auslässe geschlossen und dann zusätzlich zu behandelnde Flüssigkeit im Bypaß in
die Kolbenbettsäule eingeleitet wird und daß währenddessen die Auslässe wechselweise
geöffnet und geschlossen werden; oder es wird zum gleichen Zweck so vorgegangen,
daß durch Schließen der Auslässe für alle austretenden Flüssigkeiten die Gasdruckpolster
mittels der einströmenden Flüssigkeit komprimiert werden, daß dann sämtliche Flüssigkeitseintritte
abgesperrt und anschließend der Auslaß für die erschöpften Ionenaustauscherpartikel
schlagartig ins Freie geöffnet wird.
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Eine Vorrichtung zur Ausübung des vorstehend im einzelnen beschriebenen
Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß besonders dadurch aus, daß zwei räumlich
getrennt angeordnete Kolonnen je eine Kolbenbettsäule mit einander weitgehend entsprechender
Schichtung von Kolbenbett-Abschnitten aufweisen, von denen die erste Kolonne den
Ionenaustauscher für die zu behandelnde Flüssigkeit bildet, während die zweite Kolonne
die Regenerierstation für die Ionenaustauscherpartikel ist, daß zwischen den beiden
Kolonnen drei verschiedene Strömungsverbindungen bestehen, von denen die erste erschöpfte
Ionenaustauscherpartikel aus der ersten Kolonne unter Beifügung einer Regeneriermittellösung
in die zweite Kolonne trägt, die zweite eine von frischen Ionenaustauscherpartikeln
entladene Tragflüssigkeit aus der ersten Kolonne als Waschflüssigkeit in die zweite
Kolonne leitet, sowie die dritte regenerierte Ionenaustauscherpartikel aus der zweiten
Kolonne unter Zumischung von Tragflüssigkeit in die erste Kolonne führt, und daß
die erste Kolonne mehrere Einlässe für die zu behandelnde Flüssigkeit sowie mehrere
Auslässe für die behandelte Flüssigkeit hat, während die zweite Kolonne einen Auslaß
für die erste Regeneriermittellösung, einen Einlaß und
einen Auslaß
für eine zweite Regeneriermittellösung sowie einen Auslaß für die Waschflüssigkeit
aufweist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich,
wenn nach der Erfindung die erste Kolonne in aufsteigender Richtung ein Fließbett,
ein Rieselbett, zwei Kolbenbettabschnitte, ein Pufferbett sowie ein weiteres Rieselbett
und ein weiteres Fließbett enthält, während die zweite Kolonne, ebenfalls in aufsteigender
Richtung mit einem Fließbett, einem Rieselbett, einem Kolbenbettabschnitt, einem
Pufferbett, einem zweiten Kolbenbettabschnitt, einem zweiten Pufferbett, einem weiteren
Rieselbett und einem weiteren Fließbett versehen ist Ein anderes wesentliches Erfindungsmerkmal
wird darin gesehen, daß der Auslaß der ersten Strömungsverbindung aus der ersten
Kolonneim Grenzbereich zwischen dem unteren Fließbett und dem unteren Rieselbett
liegt, während deren Einlaß in die zweite Kolonne über dem zweiten Fließbett derselben
liegt, und daß der Auslaß der zweiten Strömungsverbindung aus der ersten Kolonne
zwischen deren zweitem Rieselbett und dem Pufferbett angeordnet ist und deren erster
Einlaß zur zweiten Kolonne in das untere Fließbett derselben mündet, während deren
zweiter Einlaß zur zweiten Kolonne sich im Grenzbereich zwischen dem ersten Rieselbett
und dem daran anschließenden Kolbenbettabschnitt befindet.
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Wesentlich ist erfindungsgemäß auch eine Ausgestaltung der Vorrichtung,
bei der ein erster Einlaß für die zu behandelnde Flüssigkeit in die erste Kolonne
in deren unteres Fließbett führt, während der zweite Einlaß in den Grenzbereich
zwischen dem unteren Rieselbett und dem daran anschließenden Kolbenbettabschnitt
mündet, während der erste Auslaß für die behandelte Flüssigkeit. zwischen den beiden
Kolbenbettabschnitten und der zweite Auslaß hierfür zwischen dem oberen Kolbenbettabschnitt
und dem Pufferbett vorgesehen ist.
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Für die Ausgestaltung der zweiten Kolonne ist es von Bedeutung, daß
der Aus laß für die erste Regeneriermittellösung aus dieser zwischen dem oberen
Rieselbett und dem darunter befindlichen Pufferbett sitzt, der Einlaß für die zweite
Regeneriermittellösung im Grenzbereich zwischen dem unteren Pufferbett und dem darüber
befindlichen Kolbenbett und der Auslaß hierfür zwischen diesem Kolbenbett und dem
oberen Pufferbett liegt, und daß der Auslaß für die Waschflüssigkeit zwischen dem
unteren Kolbenbettabschnitt und dem unteren Pufferbett angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, daß zwischen dem Auslaß der
dritten Strömungsverbindung aus der zweiten Kolonne und deren Einlaß in die erste
Kolonne ein Injektor eingeschaltet ist, während sich in der ersten Strömungsverbindung
zwischen den beiden Kolonnen ein Flüssigkeitsabscheider bein.
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det. Ein besonders wichtiges Ausgestaltungsmerkmal der Vorrichtung
besteht nach der Erfindung darin, daß in der ersten Kolonne die einzelnen Bettabschnitte
in einem Mantel um ein Zentralrohr aufgebaut sind, welches durch Querwände in verschiedene
Abschnitte unterteilt ist, daß durch das Zentralrohr die einzelnen Ein- und Auslässe
in den Bereich der verschiedenen Bettabschnitte geführt sind, und daß das Zentralrohr
in verschiedenen Abschnitten mit Schlitzöffnungen versehen ist, die das Rohrinnere
mit einzelnen Bettabschnitten in Strömungsverbindung halten.
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In baulicher Hinsicht ist es dabei wesentlich, daß das Zentralrohr
aus mehreren Teilstücken besteht, von denen die beiden äußeren je in einem Zwischenboden
gehalten sind, unter- bzw.
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über dem sich ein Abschlußboden für den Mantel der ersten Kolonne
befindet., Eine andere erfindungswesentliche Gestaltungsform der Vorrichtung ergibt
sich dadurch, daß das im unteren Zwischenboden gehaltene Zentralrohr-Teilstück an
seinem oberen, Schlitzöffnungen aufweisenden
Ende mit einem nahezu
auf den Zwischenboden herabreichenden, dort einen Ringspalt bildenden Hutkörper
versehen ist, dessen Deckfläche die untere Begrenzung für einen weiteren, durch
das untere Ende des nächst oberen Zentralrohr-Teilstücks begrenzten Ringspalt bildet,
während zwischen dem unteren Ende des im oberen Zwischenboden gehaltenen Zentralrohr-Teilstücks
und einem Tellerkörper am oberen Ende des anschließenden Zentralrohr-Abschnitts
ein dritter Ringspalt gebildet ist.
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Nach der Erfindung kann es auch vorteilhaft sein, wenn der untere
Abschlußboden den Einlaß und eine Flüssigkeitskammer für den ersten Teilstrom der
zu behandelnden Flüssigkeit aufweist, während der obere Abschlußboden eine Flüssigkeitskammer
mit dem Auslaß für die Trägerflüssigkeit bildet, und daß durch die Abschlußböden
Einlaß- und Auslaßrohre in die verschiedenen Abschnitte des Zentralrohres geführt
sind.
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Schließlich ist nach der Erfindung noch in Vorschlag gebracht, daß
die Zentralrohr-Abschnitte in Höhe des Kolbenbett-Abschnittes Abstand voneinander
haben und durch schräg liegende Querwände abgeschlossen sind, wobei der Zwischenraum
zwischen den Querwänden vom Material des Kolbenbett-Abschnittes ausgefüllt ist.
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Anhand der Zeichnung wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren
und ein Ausführungsbeispiel der zu dessen Ausübung dienenden Anlage bzw. Vorrichtung
ausführlich beschrieben. Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Arbeitsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Beladungskolonne
einer erfindungsgemäßen Anlage zur Ausübung des Verfahrens.
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Die Fig. 1 der Zeichnung gibt einen Überblick über den Ablauf eines
Verfahrens zum kontinuierlichen Behandeln von Flüssigkeiten in Ionenaustauschern
und über den Aufbau der zu dessen Ausübung dienenden Anlage. Letztere besteht dabei
im wesentlichen aus der Beladungskolonne I und der Regenerierkolonne II.
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In die Beladungskolonne I wird die zu behandelnde Flüssigkeit von
unten her in aufströmender Richtung eingeleitet, und zwar in zwei voneinander getrennten
Teilströmen 1 und 7. Der Flüssigkeits-Teilstrom 5 bildet dabei zunächst am unteren
Ende der Beladungskolonne I ein Fließbett 2. Über dem Fließbett 2 ist ein Rieselbett
3 vorgesehen, und im oberen Grenzbereich des Fließbettes 2 wird aus dem Teilstrom
1 der zu behandelnden Flüssigkeit ein Zweigstrom 4 abgeleitet. Dieser Zweigstrom
4 wird über eine Rohrleitung 5 aus der Beladungskolonne 1 abgeleitet und in einen
Flüssigkeitsabscheider 6 geführt.
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Der zweite Teilstrom 7 der zu behandelnden Flüssigkeit wird ebenfalls
von unten her in aufströmender Richtung in die Beladungskolonne I geführt, und zwar
tritt er unmittelbar im oberen Grenzbereich des Rieselbettes 3 ein, von wo er unter
Vereinigung mit dem in der Beladungskolonne I verbliebenen Rest des Teilstroms 1
in einen Kolbenbettabschnitt 8 aufsteigt. Am oberen Ende des Kolbenbettabschnitts
8 führt ein Auslaß 1o aus der Beladungskolonne I und über dem Kolbenbettabschnitt
8 ist ein weiterer Kolbenbettabschnitt 9 mit einem Auslaß 11 an seinem oberen Ende
vorgesehen.
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In das obere Ende der Beladungskolonne I werden über eine Rohrleitung
13 frische bzw. regenerierte Ionenaustauscherpartikel eingeführt, und zwar mit Hilfe
einer Trägerflüssigkeit, die über einen Injektor 12 in die Rohrleitung 13 gegeben
wird. Die Trägerflüssigkeit bildet dabei am oberen Ende der Beladungskolonne I zunächst
ein Fließbett 14, das
nach unten durch ein Rieselbett 15 begrenzt
wird. Auf dem oberen Ende dieses Rieselbettes 15 setzen sich die regenerierten Ionenaustauscherpartikel
ab, während die Trägerflüssigkeit das Rieselbett 15 in Abwärtsrichtung durchströmt
und zu dessen unterem Ende durch einen Auslaß 16 die-Beladungskolonne I verläßt.
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Über eine Rohrleitung 17 wird dann die Trägerflüssigkeit von unten
her in aufsteigender Richtung in die Regenerierkolonne II eingeleitet und zwar in
zwei Teilströmen 18 und 22.
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Der Teilstrom 18 der Trägerflüssigkeit bildet dabei zunächst am unteren
Ende der Regenerierkolonne II ein Fließbett 19, das nach oben durch ein Rieselbett
2o begrenzt wird. Im Grenzbereich zwischen dem Fließbett 19 und dem Rieselbett 20
wird ein Zweigstrom aus dem ersten Teilstrom 18 der Trägerflüssigkeit durch eine
Rohrleitung 21 aus der Regenerierkolonne II abgeleitet und in den Injektor 12 geführt
Der zweite Teilstrom 22 der Trägerflüssigkeit wird unmittelbar in das Rieselbett
Zo gegeben, von wo aus er sich unter Vereinigung mit dem verbliebenen Rest der Trägerflüssigkeit
aus dem ersten Teilstrom 1-8 in aufsteigender Richtung als Waschflüssigkeit durch
einen Kolbenbettabschnitt 23 bewegt Das obere Ende des Kolbenbettabschnittes 23
ist durch ein Pufferbett 25 begrenzt, wobei im Grenzbereich ein Auslaß 24 für die
Waschflüssigkeit ins Freie führt Unmittelbar oberhalb des Pufferbettes 25 befindet
sich ein Einlaß 26 für eine zweite-Regeneriermittellösung, die in aufsteigender
Richtung durch einen Kolbenbettabschnitt 27 geführt wird Am oberen Ende-des Kolbenbettabschnittes
27 befindet sich ein Auslaß 28, aus dem die zweite Regeneriermittellösung ins Freie
treten -kann
Die erste Regeneriermittellösung 29 wird in das obere
Ende der Regenerierkolonne II eingeleitet, und zwar durch eine Rohrleitung 29. Dabei
zieht die erste Regeneriermittellösung die im Flüssigkeitsabscheider 6 befindlichen,
erschöpften Ionenaustauscherpartikel ab, nachdem diesen im Flüssigkeitsabscheider
6 die als Transportmittel dienende zu behandelnde Flüssigkeit entzogen und durch
den Aus laß 30 abgeleitet worden ist.
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Die die erschöpften Ionenaustauscherpartikel enthaltende erste Regeneriermittellösung
bildet am oberen Ende der Regenerierkolonne II zunächst ein Fließbett 31, das nach
unten durch ein Rieselbett 32 begrenzt ist Auf dem oberen Ende des Rieselbettes
lagern sich die erschöpften Ionenaustauscherpartikel an, während die Regeneriermittellösung
das Rieselbett 32 in Abwärtsrichtung durchströmt und durch einen Auslaß 33 am oberen
Ende eines Pufferbettes 34 ins Freie gelangt.
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Auch in der Beladungskolonne I ist ein Pufferbett 35 angeordnet, und
zwar im Bereich zwischen dem oberen Rieselbett 15 und dem oberen Kolbenbettabschnitt
9.
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DemPufferbett 25 in der Regenerierkolonne II kommt die Aufgabe zu,
eine Strömungsberührung zwischen der Waschflüssigkeit und der zweiten Regeneriermittellösung
zu verhindern. Das Pufferbett 34 dieser Regenerierkolonne II hat die Aufgabe7 eine
Strömungsberührung zwischen der ersten Regeneriermittellösung und der zweiten Regeneriermittellösung
zu verhindern.
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Das Pufferbett 35 in der Beladungskolonne I dient dem Zweck, eine
Strömungsberührung zwischen der behandelten Flüssigkeit und der Trägerflüssigkeit
für die regenerierten lonenaustauscherpartikel zu vermeiden.
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Der Verfahrensablauf in der aus Fig. 1 ersichtlichen Anlage ist folgendermaßen:
Die
zu behandelnde Flüssigkeit tritt von unten in die Beladungskolonne I ein und bewegt
sich durch diese in aufsteigender Richtung. Die frischen bzw regenerierten Ionenaustauscherpartikel,
welche zur Behandlung der Flüssigkeit erforderlich sind, werden am oberen Ende der
Beladungskolonne I eingebracht und wandern allmählich in absteigender Richtung bis
zu deren unterem Ende Dabei bewegen sie sich nacheinander durch das Rieselbett 15,
das Pufferbett 35, den Kolbenbettabschnitt 9, den Kolbenbettabschnitt 8 und das
Rieselbett 3. Auf ihrem Weg durch die Kolbenbettabschnitte 9 und 8 werden die Ionenaustauscherpartikel
durch den Kontakt mit der zu behandelnden Flüssigkeit allmählich erschöpft und zwar
umsomehr,je näher sie auf ihrem Abwärtsweg dem Rieselbett 3 kommen. Umgekehrt verhält
es sich bei der zu behandelnden Flüssigkeit, d.h. ihr Zustand wird in Richtung auf
die gewünschten Eigenschaften hin immer mehr verbessert, je weiter sie in der Beladungskolonne
I aufgestiegen ist.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit durchströmt die Beladungskolonne I
auf der Basis eines konstanten Durchflußwiderstandes dergestalt, daß bei einer größten
Aufstrommenge nur der Kolbenbettabschnitt 8, bei einer kleinsten Aufstrommenge jedoch
beide Kolbenbettabschnitte 8 und 9 durchlaufen werden. Bei Aufstrommengen, die zwischen
dem größtmöglichen und dem kleinstmöglichen Wert liegen, verteilen diese sich entsprechend
gleichmäßig auf beide Kolbenbettabschnitte 8 und 9. Die Flüssigkeit, welche nur
den Kolbenbettabschnitt 8 durchströmt, tritt dabei durch den Auslaß 1o aus der Beladungskolonne
I, während die Flüssigkeit, welche beide Kolbenbettabschnitte 8 und9 durchströmt,
dem Auslaß 11 zugeführt wird.
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Die erschöpften Ionenaustauscherpartikel werden durch den Zweigstrom
4 der zu behandelnden Flüssigkeit nach dem Austritt aus dem Rieselbett 3 von der
Oberfläche des Fließbettes 2 aus der Beladungskolonne I herausgeführt und in den
Flüssigkeitsabscheider 6 gebracht. Dort werden sie von der zu ihrem Transport benutzten
Behandlungsflüssigkeit getrennt, welche durch den Auslaß
30 abgeleitet
wird. Die erste Regeneriermittellösung, welche durch die Rohrleitung 29 zugeführt
wird, zieht die erschöpften Ionenaustauscherpartikel aus dem Flüssigkeitsabscheider
6 ab und bringt sie unter Bildung des Fließbettes 31 in die Regenerierkolonne II.
Dort setzen sich die erschöpften Ionenaustauscherpartikel zunächst auf der oberen
Begrenzungsfläche des Rieselbettes 32 ab, während die erste Regeneriermittellösung
dieses Rieselbett 32 durchströmt und oberhalb des Pufferbettes 34 durch den Auslaß
33 wieder austritt.
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Allmählich wandern die erschöpften Ionenaustauscherpartikel nach abwärts
durch das Rieselbett 32 und werden dabei durch die erste Regeneriermittellösung
in ihren Eigenschaften verbessert. Anschließend bewegen sie sich ohne Behandlung
durch das Pufferbett 34 und treten aus diesem zur Behandlung mit der zweiten Regeneriermittellösttg
in den Kolbenbettabschnitt 27 ein. Die zweite Regeneriermittellösung wird durch
den Einlaß 26 am unteren Ende des Kolbenbettabschnittes 27 zugeführt und verläßt
diesen an seinem oberen Ende durch den Auslaß 28. Durch die Behandlung der Ionenaustauscherpartikel
mit der zweiten Regeneriermittellösung sind sie in ihren Eigenschaften weiter verbessert,
woraufhin sie dann ohne Behandlung durch das Pufferbett 25 absinken.
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Sie treten sodann in den Kolbenbettabschnitt 23 ein, innerhalb welchem
Reste der beiden Regeneriermittellösungen aus den Ionenaustauscherpartikeln ausgewaschen
werden. Als Waschflüssigkeit dient dabei die Trägerflüssigkeit, welche die regenerierten
Ionenaustauscherpartikel zuvor in die Beladungskolonne I gebracht hat und die von
unten in die Regenerierkolonne II in aufsteigender Richtung eingeführt wird. Ein
Teil dieser Waschflüssigkeit wird dabei, wie bereits erwähnt, unmittelbar dem Kolbenbettabschnitt
23 zugeführt, während ein anderer Teil derselben zunächst das Fließbett 19 bildet
und sich dann über diesem so verzweigt, daß ein Zweigstrom die regenerierten Ionenaustauscherpartikel
über dietRohrleitung 21, den Injektor 12 und die Rohrleitung 13 in die Beladungskolonne
I transportiert.
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Wesentlich ist, daß während des Verfahrensablaufs in der Beladungskolonne
I eine Strömungsberührung zwischen der zu behandelnden Flüssigkeit und-der Trägerflüssigkeit
für die regenerierten Ionenaustauscherpartikel nicht stattfindet und daß in der
Regenerierkolonne ebenfalls Strömungsberührungen de Regeneriermittellösungen untereinander
und mit der Waschflüssigkeit vermieden werden. Auf diese Weise ist es nämlich möglich
alle Flüssigkeitsmengen von außen her zu jeder Zeit getrennt verhältnis ändernd
zu korrigieren und damit einen wirtschaftlichen Verfahrensablauf zur maximalen Annäherung
der zu behandelnden Flüssigkeit an die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.
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Anhand der Fig. 2 ist eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der
Beladungskolonne 1 gezeigt, die in ähnlicher Weise auch für die Regenerierkolonne
benutzt werden kann.
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Ein zylindrischer Mantelkörper lol ist an seinem oberen Ende durch
einen ebenen Zwischenboden 102 und an seinem unteren Ende durch einen entsprechenden,
ebenen Zwischenboden 103 begrenzt.Unterhalb des Zwischenbodens 103 schließt sich
ein gewölbter Abschlußboden 104 an und auch oberhalb des Zwischenbodens 1o2 ist
ein gewölbter Abschlußboden 105 angeordnet.
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Koaxial zum Zylindermantel lol erstreckt sich vom oberen Zwischenboden
102 zum unteren Zwischenboden 103 ein Zentralrohr 106, so daß zwischen diesem und
dem Zylindermantel 1o1 ein Ringquerschnitt gebildet wird. Innerhalb dieses Ringquerschnittes
befindet sich unmittelbar über dem Zwischenboden 103 das untere Fließbett 2. Darüber
liegt das untere Rieselbett 3. Über dem Rieselbett 3 sind die beiden Kolbenbettabschnitte
8 und 9 aufgebaut, wobei sich über dem letzteren das Pufferbett 35 befindet. Über
dem Pufferbett 35 liegt wiederum das obere Rieselbett 15, auf dem dann das obere
Fließbett 14 aufgebaut ist.
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Das Zentralrohr 1o6 wird von mehreren verschiedenen Rohrteilstücken
107, 108, 109 und 11o gebildet. Dabei ist das Rohrteilstück 107 im unteren Zwischenboden
103 so befestigt, daß ein unteres Ende um einen gewissen Betrag in den gewölbten
Abschlußboden 104 hineinragt. Das obere Rohrteilstück 11o ist im oberen Zwischenboden
102 befestigt, und zwar so, daß es mit diesem bündig abschließt, jedoch in Richtung
auf den oberen Abschlußboden 105 hin offen ist. Die beiden übrigen Rohrteilstücke
1o8 und 109 sind durch näher gezeigte Halte-und Verbindungsmittel innerhalb des
Zylindermantels 1 in koaxialer Lage ausgerichtet.
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Das Zentralrohr 106 bzw. die dieses bildenden verschiedenen Rohrteilstücke
107, 108, 109 und 11o sind in verschiedene Abschnitte unterteilt. Und zwar bildet
das Rohr-Teilstück 107 den unteren Rohrabschnitt 111, der nach oben durch einen
Hubkörper 112 begrenzt wird, dessen Rand den Rohrabschnitt 111 mit Abstand konzentrisch
umgibt und dessen unterer Begrenzungsrand Abstand von der Oberseite des Zwischenbodens
103 hat.
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An dieser Stelle wird daher zwischen dem Hubkörper 112 und und dem
Zwischenboden 103 eine Ringspalt 113 gebildet, welcher über Schlitzöffnungen 114
am Umfang des Rohrabschnitts 111 mit dessem Inneren in Strömungsverbindung steht.
Da das Rohrteilstück 107 bzw. der Rohrabschnitt 111 mit seinem unteren Ende in den
Abschlußboden 104 hineinragt, ist somit eine Strömungsverbindung mit der vom Zwischenboden
103 und vom Abschlußboden 104 begrenzten Kammer 115 geschaffen. In diese Flüssigkeitskammer
115 wird der Teilstrom 1 der zu behandelnden Flüssigkeit eingeleitet, wobei dieser
unter die Einwirkung eines Gasdruckpolsters 116 gesetzt wird, welches in der Kammer
115 aufgebaut ist, und zwar in dem durch das untere Ende des Rohrteilstücks 107
und den Zwischenboden 103 begrenzten Raum.
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Durch die Flüssigkeitskammer 115, das Rohrteilstück 107 bzw.
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den Rohrabschnitt 111 und den Boden des Hutkörpers 112 führt ein Rohrstück
117 in den Bereich eines Ringspaltes 118, dessen
untere Begrenzung
durch den Boden des Hutkörpers 112 führt ein Rohrstück 117 in den Bereich eines
Ringspaltes 118, dessen untere Begrenzung durch den Boden des Hutkörpers 1-12 gebildet
wird und dessen oberer Begrenzung aus einem Flanschring 119 besteht, der am unteren
Ende des Rohrteilstücks 108 befestigt ist. Das Rohrteilstück 108 ist wiederum durch
eine Querwand 120 in einen Rohrabschnitt 12-1 und einen Rohrabschnitt 122 unterteilt,
wobei im Rohrabschnitt 121 zwischen der Querwand 120 und dem Ringflansch 119 ein
Gasdruckpolster 123 gebildet ist.
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Der Rohrabschnitt 122 ist nach oben durch eine schräg liegende Querwand
124 abgeschlossen, wobei unterhalb derselben ein Gasdruckpolster 125 vorgesehen
ist. Ein weiteres Rohrstück 126 führt durch den unteren Abschlußboden 104, das Rohrteilstück
107 bzw. den Rohrabschnitt 111, den Boden des Hutkörpers 112 und die Trennwand 120
in den Rohrabschnitt 122, wobei dieser Rohrabschnitt 122 unmittelbar oberhalb der
Trennwand 120 an seinem Umfang Schlitzöffnungen 127 hat.
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Das untere Ende des Rohrteilstücks 109 ist durch eine Querwand 128
abgeschlossen, die im Abstand parallel zur Querwand 124 am oberen Ende des Rohrteilstücks
1o8 verläuft. Durch eine weitere, in das Rohrteilstück 109 eingezogene Trennwand
129 ist ein Rohrabschnitt 130 begrenzt, in dessen oberem Teil ein Gasdruckpolster
131 vorhanden ist. Unmittelbar über dem höchsten Punkt der Querwand 128 weist der
Rohrabschnitt 130 an seinem Außenumfang Schlitzöffnungen 132 auf.
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Im Abstand über der Querwand 129 ist in Rohrteilstück 109 eine weitere
Querwand 133 angeordnet, so daß ein Rohrabschnitt 134 gebildet ist, in dessen oberem
Teil sich ein Gasdruckpolster 135 befindet.
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Unmittelbar über der Querwand 129 sind die Umfangswandungen des Rohrabschnittes
134 mit Schlitzöffnungen 136 versehen.
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Am oberen Ende des Rohrteilstücks 109 befindet sich ein tellerförmiger
Abschlußkörper 137, so daß zwischen diesem und der Querwand 133 ein Rohrabschnitt
138 begrenzt wird. In dessem oberen Teil ist wiederum ein Gasdruckpolster 139 vorhanden,
während unmittelbar über der Querwand 133 in den Wandungen des Rohrabschnittes Schlitzöffnungen
140 ausgebildet sind.
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Das untere Ende des im Zwischenboden 1o2 befestigten Rohrteilstücks
11o ist mit einer Querwand 141 versehen, welche so in den tellerförmigen Abschlußkörper
137 eingreift, daß zwischen der Querwand 141 und dem aufwärts gerichteten Rand des
tellerförmigen Abschlußkörpers 137 ein Ringspalt 142 gebildet ist.
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Aus dem oberen Abschlußboden 105 stehen vier Anschlußrohre vor, wobei
das Anschlußrohr 143 unmittelbar in eine vom Abschlußboden 105 und vom Zwischenboden
102 eingeschlossene Flüssigkeitskammer 144, die wiederum durch das Rohrteilstück
11o und ein in den Abschlußboden 141 eingesetztes Rohrstück 145 mit dem Rohrabschnitt
138 unterhalb des Gasdruckpolsters 139 in Verbindung steht. Das Anschlußrohr 146
ist durch den Abschlußboden 105 und die Querwand 141 des Rohrteilstückes 11o geführt
und mündet somit in den Richtspalt 142. Das Anschlußrohr 147 geht durch den Abschlußboden
105, das Rohrteilstück 11o, das Rohr 145 und die Querwand 133 bis in den Rohrabschnitt
134, und zwar in einen Bereich unterhalb des Gasdruckpolsters 135. Schließlich ist
das Anschlußrohr 148 durch den Abschlußboden, das Rohrteilstück 11o, das Rohr 145,
die Querwand 133 und die Querwand 129 in den Rohrabschnitt 130 geführt, wobei es
unterhalb des Gasdruckpolsters 131 mündet.
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Aus Fig. 2 der Zeichnung ist ersichtlich, daß das untere Fließbett
2 der Beladungskolonne I nach unten durch den Zwischenboden 103 begrenzt ist und
oben mit der Unterseite des Ringflansches 119 auf einer Ebene liegt. Der Teilstrom
1 der zu behandelnden Flüssigkeit wird über das Anschlußrohr 149 der Flüssigkeitskammer
115
zugeführt und tritt durch den Rohrabschnitt 111, dessen Schlitzöffnungen 114 und
den Ringspalt 113 zur Bildung des Fließbettes 2 über den unteren Abschlußboden 103.
Ein abgezweigter Teilstrom aus der das Fließbett 2 bildenden Flüssigkeit fließt
durch den Ringspalt 118 in den Rohrabschnitt 121 und unter Mitnahme erschöpfter
Ionenaustauscherpartikel durch das Anschlußrohr 117 wieder aus der Beladungskolonne
I aus. Es handelt sich hier um den Teilstrom 4 aus Fig. 1. Der verbleibende Teil
der Behandlungsflüssigkeit steigt in dem Rieselbett 3 aufwärts und vereinigt sich
dort mit dem zweiten Teilstrom der zu behandelnden Flüssigkeit, welche durch das
Anschlußrohr 126 in den Rohrabschnitt 122 geführt wird und aus diesem durch die
Schlitzöffnungen 127 in das Rieselbett tritt.
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Der vereinigte Strom der zu behandelnden Flüssigkeit wandert nun in
Aufwärtsrichtung durch das Kolbenbett 8 und gegebenenfalls auch durch das anschließende
Kolbenbett 9. Der nur das Kolbenbett 8 durchströmende Flüssigkeitsteil gelangt durch
die Schlitzöffnungen 732 in den Rohrabschnitt 130 und wird von dort über das Anschlußrohr
148 als behandelte Flüssigkeit aus der Beladungskolonne I abgeführt. Der auch durch
das Kolbenbett 9 strömende Flüssigkeitsteil gelangt durch die Schlitzöffnungen 136
in den Rohrabschnitt 134 und wird von dort über das Ans.chlußrohr 147 als behandelte
Flüssigkeit aus der Beladungskolonne I hinausgeleitet. Das Anschlußrohr 148 entspricht
also dem Auslaß 1o und das Anschlußrohr 147 dem Auslaß 11 der Fig. 1.
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Durch das Anschlußrohr 146 wird die Trägerflüssigkeit mit den regenerierten
Ionenaustauscherpartikeln zugeführt, so daß diese durch den Ringspalt 142 austritt
und das obere Fließbett in der Beladungskolonne I bildet. Nach Absetzen der regenerierten
Ionenaustauscherpartikel auf der oberen Begrenzung des Rieselbettes 15 tritt die
Trägerflüssigkeit in Abwärtsrichtung durch dieses und gelangt dann durch die Schlitzöffnung
140 in den Rohrabschnitt 138. Aus diesem wird die Trägerflüssigkeit über das Rohr
145, das Rohrteilstück-11o, die Flüssigkeitskammer 144 und das Anschlußrohr 143
abgezogen, wobei das Anschlußrohr 143 dem Auslaß 16 nach Fig. 1 entspricht. Das
Pufferbett 35
ist zwischen der Unterkante der Schlitzöffnungen
140 und der Oberkante der Schlitzöffnungen 136 gebildet und liegt damit im Bereich
des Rohrabschnittes i34 bzw. des Gasdruckpolsters 135. Es verhindert wirksam eine
Strömungsberührung zwischen der Trägerflüssigkeit und der zu behandelnden bzw. behandelten
Flüssigkeit. Es ist jedoch so aufgebaut, daß es die vom oberen Fließbett 14 aus
in Abwärtsrichtung nach dem unteren Fließbett 2 hin wandernden Ionenaustauscherpartikel
2 in ihrer Bewegung nicht behindert.
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Zu erwähnen ist noch, daß der untere Kolbenbettabschnitt 8 sich zumindest
auf einem Teil.seiner Höhe den gesamten Querschnitt des Mantels lol ausfüllt, und
zwar in demjenigen Bereich, welcher zwischen den beiden schrägen Querwänden 124
und 128 liegt.
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Da sich die Schlitzöffnungen 114, 127, 132, 136 und 140 in den Wandungen
der einzelnen Rohrabschnitte allmählich verstopfen können, ist es erforderlich,
diese von Zeit zu Zeit einem Reinigungsvorgang zu unterwerfen. Dieser Reinigungsvorgang
wird durch einen der Austrittsrichtung der behandelten Flüssigkeit entgegengerichteten
Druckstoß bewirkt.
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Da sich Rückstände hauptsächlich an den Schlitzöffnungen 132 und 136
für die behandelte Flüssigkeit bilden, werden in diesem Falle zum Zwecke der Reinigung
zunächst die den Schlitzöffnungen 132 und 136 nachgeordneten Auslässe (148 und 147)
geschlossen und dann wird zusätzlich zu behandelnde Flüssigkeit im Bypaß in die
Kolbenbettsäule 8, 9 eingeleitet. Während dessen werden dann die Auslässe 147 und
148 wechselweise geschlossen und geöffnet, so daß ohne Unterbrechung des Behandlungsvorganges
eine Rückspülung stattfindet.
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Ist es notwendig, sämtliche Schlitzöffnungen 114, 127, 132, 136 und
140 zu reinigen, dann werden die Auslässe (117,143,147 und 148) für alle austretenden
Flüssigkeiten geschlossen, so daß
durch die weiter hinzugeführten
Flüssigkeiten die Gasdruckpolster 123, 125, 131, 135 und 139 kompremiert werden
Anschließend werden dann auch sämtliche Flüssigkeitseintritte 126, 146 und 149 abgesperrt.
Sodann wird der Auslaß 117 für die erschöpften Ionenaustauscherpartikel schlagartig
geöffnet, so daß jedes einzelne Gasdruckpolster entspannen kann und die Rückstände
im Bereich der Schlitzöffnungen ablöst. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist vorgesehen, daß die zu behandelnde Flüssigkeit in der Beladungskolonne I von
unten und die regenerierten Ionenaustauscherpartikel von oben zugeführt werden.
Bei der Regenerierkolonne II wird die Waschflüssigkeit und die zweite Regeneriermittellösung
mit Bewegungsrichtung von unten nach oben zugeführt, während die erschöpften Ionenaustauscherpartikel
mit der ersten Regeneriermittellösung von unten nach oben bewegt werden. Es ist
natürlich ohne weiteres möglich, das Verfahren auch in umgekehrter Weise zu betreiben
und zwar sowohl in der Beladungskolonne I als auch in der Regenerierkolonne II.