DE2823070A1

DE2823070A1 - Verfahren und vorrichtung zum regenerieren von ionenaustauschmaterial

Info

Publication number: DE2823070A1
Application number: DE19782823070
Authority: DE
Inventors: James Ratcliffe Emmet
Original assignee: Clarke Chapman Group Ltd
Current assignee: Rolls Royce Power Engineering PLC
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1978-12-07
Also published as: NL185708B; JPS628211B2; NL7805569A; FR2391768A1; BE867578A; FR2391768B1; DE2823070C2; NL185708C; IT1099554B; US4298696A; US4457841A; JPS541279A; IT7823880A0

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Ionenaustauschmaterial

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von IonenaustaHischmaterial.

Moderne Hochdruckboiler, insbesondere Durchlauferhitzer, erfordern eine hochgradige Reinheit ihres Speisewassers. Man muß dafür Sorge tragen, daß Korrosionsprodukte nicht in das Boilersystem eindringen, und die Geräte gegen das Eindringen löslicher Verbindungen durch Verdichterlecks und andere Beschädigungen schützen.

Hochreines Wasser wird oft auch in anderen Industriezweigen gefordert, beispielsweise beim Waschwasser in der Elektronikindustrie zum Waschen von elektronischen Bauteilen, die während der Herstellung absolut frei von Verunreinigungen sein müssen.

Eines der wichtigsten Wasserbehandlungsverfahren zur Erzielung derart hochreinen Wassers ist das Mischbett-Entionisierungsverfahren. Die Verwendung von Mischbett-Ionenaustauschmaterial bedeutet, daß das Speisewasser durch eine große Anzahl von Kation- und Anionschichten geschickt wird.

Die Regenerierung solcher Mischbetten erfordert, daß die Ionenaustauschinaterialien in diskrete Schichten getrennt werden. Dies wird durch stoßweises Waschen (back washing) des gemischten Materials erreicht, um das Anionmaterial, das die geringere Dichte hat, zu veranlassen, zu einer oberen Schicht aufzusteigen, die auf dem Kationmaterial ruht.

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Nach Trennung der Materialien in ihre jeweiligen Schichten können das Anion- und das Kationmaterial unter Verwendung von Natriumhydroxid und Schwefelsäure bzw. Chlorwasserstoffsäure regeneriert werden.

Es ist diese Stufe, bei der üngenauigkeiten aufkommen. Beispielsweise ist es in dem Grenzbereich zwischen den Schichten unmöglich, eine perfekte Trennung der Materialien zu erreichen, und folglich ist jede Schicht in gewissem Maße durch das Material der anderen Schicht verunreinigt. Für einen maximalen Reinheitsgrad des behandelten Wassers ist es wichtig, daß die Vermischung des einen Typs des Ionenaustauschmaterials mit dem jeweils anderen so weit als möglich ausgeschaltet wird.

Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß jegliches mit Anionmaterial vermischtes Kationmaterial beim Regenerieren mit dem regenerierenden Natriumhydroxid zusammenkommt, was zur Folge hat, daß das Kationmaterial in die Natriumform umgewandelt wird. Diese Natriumform des Kationmaterials kann anschließend während der Benutzung des Mischbetts das Eindringen von Natrium bewirken.

Bei dem Anionmaterial ist die Lage noch komplexer. Bei den zur Zeit gebräuchlichen Anionmaterialien hat man festgestellt, daß während ihrer Gebrauchsdauer eine Güteminderung stattfindet, indem einige der stark basischen Gruppen in minderwertigere schwach basische Gruppen umgewandelt werden. Wenn deshalb Anionmaterial in dem Kationmaterial zurückbleibt, werden die schwach basischen Gruppen in die Sulfat- oder Bisulfatform umgewandelt, wenn Schwefelsäure als Regeneriermittel verwendet wird, wobei die umgewandelte Form ein starkes Absorbent für Schwefelsäure ist. Das Verhältnis, in dem die absorbierte Schwefelsäure freigegeben wird, scheint sich mit dem Alter des Harzes zu verschlechtern. Dies führt bei dem Anionmaterial zunehmend dazu, daß die Säure während der Standardspülungsperiode zurückgehalten wird, wodurch während der Betriebsdurchströmung stärker ausgelaugt wird. Auch führt während des Behandlungszyklus die Hydrolyse des Anionmaterials zu einer Freigabe von Säure in das zu

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behandelnde Wasser hinein. Diese letztere Situation tritt auch auf, wenn die Chlorwasserstoffsäureform des Anionmaterials anwesend ist nach der Regenerierung des Kationmaterial;& mit Chlorwasserstoffsäure, wodurch Chlorwasserstoffsäure in das zu behandelnde Wasser freigegeben wird.

Die getrennten Schichten von Ionenaustauschmaterial können in dem Gefäß regeneriert werden, in dem sie getrennt wurden, wobei die jeweiligen Regeneriermittel an einem Verteiler/Sammler_t der an einer Zwischenstellung des Gefäßes angeordnet ist, in das Gefäß eingegeben oder aus ihm entnommen werden. Ein typisches Regenerierverfahren dieses Typs ist in der GB-PS 1 31S 102 beschrieben.

Bei diesem Verfahrenstyp wird deutlich, daß selbst dann, wenn der Grenzflächenbereich zwischen den Schichten mit der Lage des Verteilers/Sammlers übereinstimmt, einiges Material aus jeder Schicht mit dem falschen Regeneriermittel in Berührung kommt, weil der Grenzflächenbereich nur begrenzt definierbar ist. In der Praxis ist es sehr schwierig zu gewährleisten, daß der Grenzflächenbereich mit dem Verteiler/Sammler zusammenfällt, und folglich können relativ große Mengen der einen oder der anderen Schicht mit dem falschen Regeneriermittel in Berührung kommen.

Die getrennten Schichten können voneinander isoliert werden, indem beispielsweise die Anionschicht in ein anderes Gefäß übergeführt wird, bevor es regeneriert wird. Ein typisches Regenerierverfahren dieser Art ist in der US-PS 3 414 508 beschrieben.

Dieser Verfahrenstyp "hängt jedoch auch von der Definition das Grenzflächenbereichs ab und davon, ob dieser Bereich mit einam Auslaß für die Anionschicht zusammenfällt oder ob irgendeine Turbulenz des Oberführungswassers ein Vermischen der Schichten in diesem Bereich während der Überführungsstufe verursacht. Da

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das die Anionschicht verunreinigende Kationmaterial als das schwerer wiegende Problem von den beiden Situationen anzusehen ist, bemühte man sich sicherzustellen, daß durch geeignetes Einstellen des Auslasses die Überführung der Anionschicht nur Anionmaterial aufnimmt, selbst wenn durch das Zurücklassen von Anionmaterial in der Kationschicht Kosten entstehen.

Auch ist es bei Boilerspeisewasser die übliche Praxis, den pH-Wert des Speisewassers mit Ammoniak einzustellen. Um in dieser Situation zu unterbinden, daß das Kationmaterial Ammoniak von dem Boilerwasser abstreift, wird das Kationmaterial nach dem Regenerieren ammonisiert. Diese Ammonisierung kann auch auf die regenerierte Anionschicht angewendet werden, um die Natriumform des verunreinigten Kationmaterials in die erforderliche ammonisierte Form umzuwandeln, wie es in der US-PS 3 385 787 beschrieben ist.

Dies schafft jedoch nur eine unzulängliche Lösung des Problems und schaltet es nicht etwa aus; auch ist diese Lösung nicht brauchbar, wenn eine Ammonisierung des behandelten Wassers nicht erforderlich oder sogar unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Regenerieren von Ionenaustauschmaterialien, bei denen die Verunreinigung des jeweiligen Materials der einen Schicht mit dem jeweiligen Material der anderen Schicht während des Regenerierens auf einem Minimum gehalten wird.

Erfindungsgemäß werden die gemischten Ionenaustauschmaterialien voneinander isoliert, indem die Materialien in einem ersten Gefäß in eine obere Anionaustauschmaterialschicht und eine untere Kationaustauschmaterialschicht getrennt werden, die Kationschicht durch eine Leitung hydraulisch in ein zweites Gefäß übergeführt wird, wobei die Leitung mit einem Sinlaß in der Nähe des Bodens des ersten Gefäßes versehen ist, daß angezeigt wird, wann sich der Grenzflächenbereich beider Schichten

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in dieser Leitung befindet, wobei diese Überführung so beendet wird, daß dieser Bereich in der Leitung verbleibt. Das Anionmaterial wird dann in dem ersten Gefäß regeneriert, und das Kationmaterial wird in dem zweiten Gefäß regeneriert, wonach die regenerierten Materialien wieder vermischt werden.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Definition des Grenzflächenbereichs verbessert werden kann, indem Kationmaterial mit einer Teilchengröße von nicht weniger als etwa 0,5 mm Durchmesser und Kationmaterial mit einer Teilchengröße von nicht mehr als etwa 1,2 mm Durchmesser verwendet werden.

Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich ist ein inertes Partikelmaterial mit einer Dichte zwischen den Dichten des Kation- und des Anionmaterials anwesend und bildet eine Zwischenschicht, wenn die Materialien getrennt werden. Vorzungsweise hat das inerte Material eine Teilchengröße im Bereich von 0,5 mm bis 0,9 mm Durchmesser.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Vorrichtung enthält ein erstes Gefäß zum Trennen der Materia-

und
lien zum Regenerieren des Anionmaterials, ein zweites Gefäß zum Regenerieren des Kationmaterials, eine die Gefäße verbindende Leitung, wobei die Leitung mit einem Einlaß in der Nähe des Bodens des ersten Gefäßes versehen ist, und eine Anzeigevorrichtung, die anzeigt, wann der Grenzflächenbereich zwischen dem Kation- und dem Anionmaterial sich in dieser Leitung befindet.

Eine Form von Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung wird nachstehend beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In dieser Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung und

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Fig. 2 eine Aufzeichnung, die die änderung der Leitfähigkeit zwischen den Harzen zeigte

Fig. 1 zeigt eine Regenerieranlage, die das Trenn- und Anionregeniergefäß 10 und ein Kationregeneriergefäß 12 enthält. Die Gefäße 10 und 12 haben ein konusförmiges Unterteil·. Die eingeschlossenen Winkel betragen, wie der diametrale Querschnitt der Unterteile der Gefäße 10 und 12 zeigt, 30°. Die Gefäße IO und 12 enthalten in ihren Unterteilen jeweils Siebe 14 und 16, welche den Durchgang von Flüssigkeit gestatten, während sie lonenaustauschmaterial zurückhalten.

Die Gefäße ICt und 12 enthalten jeweils auch untere Einlaß/-Auslaß-Leitungen LS und 2Q.

Die Leitungen 18 und 2Φ sind verbunden mit:

a) einer Luftzuführungsleitung 22 über die Ventile 24 bzw. 26,

b) einer Y/asserzuführungsleitung 32 über die Zuflußregulierventile 34, 36, 38 bzw. 4fr und

c) jeweilige Abflußleitungen 42 und 44 über die Ventile 46

bzw» 48.

Die Luftzuführungsleitung 22 ist mit anderen Leitungen über die Ventile 28 und 30 verbunden, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.

Die Gefäße 10 uiu 12 weisen jeweils obere Einlaß/Auslaß-Leitungen 50 und 52 auf.

Die Leitungen 50 und 52 sind verbunden mit:

a) einer weiteren Wassereinlaßleitung 32a über Zuflußregulierventile 54, 56, 58 bzw. 60 und

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b) jeweilige Abflußleitungen 66 und 68 über die Ventile 70 bzw. 72.

Die Leitung 50 enthält auch eine Leitung 74, die sie mit der Äbflußleitung 66 über ein Zuflußregulierventil 76 verbindet.

Die Gefäße 10 und 12 enthalten jeweils Regeneriermitteleinlaßleitungen 78 und 80, wobei die Steuerung über die Ventile 82 bzw. 84 erfolgt. Die Leitungen 78 und 80 sind mit Verteilern bzw. 88 in den Gefäßen 10 und 12 verbunden.

Die Gefäße 10 und 12 enthalten obere Leitungen 90 bzw. 92, wobei die Steuerung durch jeweilige Entlüftungsventile 94 bzw. 96 erfolgt. Die Leitungen 90 und 92 sind auch mit der Luftzufuhrleitung 22 über die Ventile 28 bzw. 30 verbunden.

Das Gefäß 10 weist einen durch das Ventil 100 gesteuerten Einlaß 98 auf, durch den von einer Bedienungseinheit her Harz in das Gefäß 10 eingegeben werden kann.

Außerdem weist das Gefäß Io eine Abflußleitung 102 auf, die durch das Ventil 104 gesteuert wird, wobei die Leitung 102 mit der Leitung 78 verbunden ist.

Das Gefäß 10 weist auch eine Leitung 106 auf, die es mit dem Gefäß 12 verbindet und die ein Ventil 108 aufweist. Der Einlaß in die Leitung 106 befindet sich nahe de« Sieb 14 und ist mittig in dem Gefäß 10 angeordnet. Als Richtlinie wird vorgeschlagen, den Einlaß der Leitung 106 von dem Sieb 14 des Gefäßes 10 um etwa die Hälfte des Radius der Leitung 106 in Abstand zu halten.

Als Anzeigevorrichtung ist beispielsweise ein Leitfähigkeitsinstrument 110 in der Leitung 106 «ingeordnet.

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Eine von dem Ventil 114 gesteuerte Leitung 112 führt von der Leitung 106 zurück zu der Betriebseinheit. Das diese Überführung bewirkende Wasser kann über das Ventil 116, das eine hohe Durchflußmenge in das Gefäß 10 hinein gestattet, in die Leitung 18 eingegeben werden.

Eine Wasserzuführungsleitung 118 ist auf einer beliebigen Seite des Ventils 108 über die Ventile 120 und 122 mit der Leitung 106 verbunden, um in die Leitung 106 einzubringendes Wasser auf irgendeiner Seite des Ventils 108 überströmen zu lassen.

Das Gefäß 12 ist durch eine Leitung 124, die durch ein Ventil 126 gesteuert wird, mit dem Gefäß 10 verbunden.

Sämtliche Zuflußregulierventile gestatten einen durch die durchzuführende Stufe bestimmten Durchfluß.

Die Betriebseinheit enthält beispielsweise Duolite ein Anionaustauschharz mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 0,9 mm Durchmesser Duolite; C26TR^{V y}, ein Kationaustauschharz mit einer Teilchengröße von nicht weniger als 0,7 mm Durchmesser; und Polystyrolkopolymerisat-Teilchen, ein inertes Harz mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,65 bis 0,85 mm Durchmesser und einer Dichte zwischen den Dichten des Anion- bzw. des Kationharzes. Diese Harze sind von der Firma Dia-Prosim UK Limited erhältlich. Andere Materialien sind von Rohm & Haas (U.K.) Ltd. als Ambersep 900^v ' (Anion) und Ambersep 200^v ' (Kation) sowie Ambersep Inert (R) im Handel.

Wenn die Harze im der Betriebseinheit einer Regenerierung bedürfen, werden sie über die Leitung 78 in das Gefäß 10 über geführt, wobei das Ventil 94 offen ist, um das Gefäß 10 zu entlüften.

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Das Ventil 24 ist geöffnet, um Luft einzulassen, und das Ventil 36 wird anschließend geöffnet, um Wasser zum stoßweisen Waschen einzuführen, das über das Ventil 70 zu der Abflußleitung 66 läuft. Dies dient der vorhergehenden Entfernung von Schmutz aus den Harzen, so daß eine bessere Trennung der Harze erreicht werden kann.

Die Ventile 24 und 94 werden geschlossen, und ein verstärkter Zufluß von Wasser in das Gefäß 10 wird durch Öffnen des Ventils 34 veranlaßt, um den Fluß durch die Leitung 18 zuzufügen. Das Wasser verläßt das Gefäß 10 erneut zu der Abflußleitung 66 über das Ventil 70.

Diese gesteuerte Wasserströmung durch das Gefäß 10 klassiert die Harze in eine obere Anionharzschicht, eine Inertharzschicht und eine untere Kationharzschicht, wobei die Inertharzschicht die Zwischenschicht zwischen der Anion- und der Kationharzschicht bildet.

Die Wasserströmung wird dann durch Schließen des Ventils 34 gedrosselt, um die klassierten Harze in gewissem Maße absitzen zu lassen.

Nach beendeter Klassierung werden das Ventil 70 geschlossen und die Ventile 76 und 96 geöffnet. Die Wasserströmung durch das Ventil 76 bewirkt in dem Gefäß 10 eine aufwärtige Strömung des Wassers. Das Ventil 108 wird dann geöffnet. D_as in das Gefäß 10 durch das Ventil 36 eintretende überschüssige Wasser über die das Gefäß 10 durch das Ventil 76 verlassende Menge verursacht eine hydraulische Überführung des Harzes durch die Leitung 106 in das Gefäß 12. Die Überführungsmenge muß relativ langsam gehalten werden, um die horizontale Lage des Grenzflächenbereichs, d.h. der Inertharzschicht, zwischen der oberen und der unteren Harzschicht weitgehend aufrechtzuerhalten. Sine zu rasche Überführung hat zur Folge, daß der Grenzflächenbereich

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im Mittelteil des Gefäßes einfällt. Die Anwendung eines Gefäßes mit einem konusförmigen Unterteil verkleinert die Fläche am Entnahmepunkt des Kationharzes.

Wenn auch der Grenzflächenbereich auf diese Weise ohne weiteres horizontal gehalten werden kann, so wird dies doch durch den Aufwärtsstrom des Wassers durch das Ventil 76 noch unterstützt. Es wird angenommen, Aß dies darauf zurückzuführen ist, daß der Aufwärtsstrom die Harze in einem leicht fluidisierten Zustand hält, was eine kontinuierliche Klassierung der Harze während der Überführungsstufe verursacht, was wiederum den Grenzflächenbereich scharf abgegrenzt hält, wenn er sich in dem Gefäß 10 abwärts bewegt. Ohne diese positive Aufwärtsströmung tritt auch noch eine Aufwärtsströmung in gewissem Maße auf, weil Harz aus dem Gefäß herausbefördert wird und ein Teil des eintretenden Wassers aufwärts strömen muß, um das Volumen einzunehmen, das zuvor von dem weggenommenen Harz eingenommen wurde.

Wenn das Leitfähigkeitsinstrument 110 anzeigt, daß der Grenzflächenbereich sich in der Leitung 106 befindet, wird das Ventil 108 geschlossen, wonach die Ventile 36 und 76 geschlossen werden.

Das Kationharz in dem Gefäß 12 wird dann durch Öffnen des Ventils 26 einer Luftspülung unterzogen, was nach der erforderlichen Zeitdauer durch Schließen der Ventile 26 und 96 beendet wird.

Das Kationharz wird dann durch öffnen der Ventile 40 und 72 stoßweise gewaschen, wobei diese Ventile nach beendeter stoßweiser Wäsche nach der erforderlichen Zeitdauer wieder geschlossen werden.

Das Anionharz in dem Gefäß 10 wird durch Öffnen der Ventile 28 und 104 teilweise nach unten abgezogen, wonach die Ventile wieder geschlossen werden.

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Das Anionharz wird dann ähnlich wie das Kationharz durch Öffnen und Schließen der Ventile 24 und 94 und anschließendes Öffnen und Schließen der Ventile 38 und 70 einer Luftspülung und einer stoßweisen Wäsche unterzogen.

Diese Reinigungsstufe der Harze ist deren Hauptreinigung. Sie ist gründlicher als die früheren, weil sich kleinere Harzmengen in den Gefäßen befinden und eine größere Kraft angewendet werden kann, ohne daß Harz durch Abfluß verloren geht.

Durch die Leitung 78 wird Natriumhydroxid als Regeneriermittel in das Gefäß 10 eingeführt, welches das Gefäß 10 durch die Abflußleitung 42 über das Ventil 46 verläßt, und Schwefelsäure als Regeneriermittel wird durch die Leitung 80 in das Gefäß 12 eingeführt und verläßt es durch die Abflußleitung 44 über das Ventil 48. Um der Verdünnungswirkung des Wassers, das den Rest des Gefäßes 10 oberhalb des Anionharzes ausfüllt, entgegenzuwirken, können relativ stärkere Natriumhydroxidlösungen verwendet werden, so daß diese den erforderlichen Verdünnungsgrad in dem Gefäß 10 herbeiführen.

Nachdem die Regenerierung beendet ist, werden die Ventile 82 und 84 geschlossen und die Ventile 56 und 60 geöffnet, um Spülwasser in die Gefäße 10 bzw. 12 einzulassen.

Während des Spülens des Kationharzes wird die Kationüberführungsleitung 106 auf der Ventil 108-Seite des Gefäßes 12 durch Öffnen und anschließendes Schließen des Ventils 122 mit Wasser ausgespült. Wenn die Harze richtig gespült sind, werden die Ventile 48, 56 und 60 geschlossen.

Das Anionharz wird dann mit Luftdruck über das Ventil 28 abwärts abgezogen. Das Ventil 46 wird dann geschlossen.

Die Ventile 40, 58, 70 und 126 werden geöffnet, um das regenerierte Kationharz hydraulisch aus dea Gefäß 12 zurück in das

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Gefäß 10 zu überführen. Nach beendeter Überführung werden die Ventile 40, 58, 70 und 126 geschlossen. Das Gefäß 10 wird dann durch Öffnen und anschließendes Schließen der Ventile 28 und 104 teilweise abwärts abgezogen. Die Harze werden dann durch Öffnen und anschließendes Schließen der Ventile 24 und 94 vermischt.

Die gemischten Harze werden dann hydraulisch entweder zu einem Lagerungsgefäß, wo sie bis zu ihrer Verwendung verbleiben, oder direkt in die Betriebseinheit zurückgeführt. Das überführen geschieht durch Öffnen der Ventile 36, 38 und 54, um eine kombinierte Wasserströmung in die Leitung 106 einzugeben, und durch Schließen des Ventils 114. Nach beendeter Überführung werden diese vier Ventile wieder geschlossen und das Ventil 120 zu der Ausspülleitung 106 betätigt, um zu gewährleisten, daß jegliches in der Leitung 106 zurückgebliebenes Harz in das Gefäß 10 zurückgeführt wird.

Wenn die regenerierten Harze durch irgendeine (nicht dargestellte) Leitung in die Betriebseinheit zurückgebracht werden, muß die Leitung 106 trotzdem noch ausgespült werden, um alles darin verbliebene Harz in das Gefäß 10 hinein zu entfernen.

Wenn auch parallelwandige Gefäße benutzt werden können, so sind doch Gefäße mit konusförmigem Unterteil zu bevorzugen, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind. Im Falle des Gefäßes 10 unterstützt ein solches Unterteil die überführung des Kationharzes daraus durch Verkleinerung der Entnahmefläche, und im Falle des Gefäßes 12 wird wiederum wegen der Verkleinerung der Entnahmefläche die Menge Wasser verringert, die für die Überführung des Kationharzes in das Gefäß 10 notwendig ist. Der bevorzugte eingeschlossene Winkel von 30° für das Unterteil zumindest des Gefäßes 10 wird gewählt, weil gefunden worden ist, daß bei eingeschlossenen Winkeln von mehr als 30° der Grenzflächenbereich weniger scharf abgegrenzt ist, und daß bei eingeschlossenen Winkeln von weniger als 30° die Höhe des Gefäßes 10 zu groß wird.

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Die Siebe 14 und 16 können Drahtsiebe oder durch gegossenen Sand gebildet sein, der mit Epoxidharz gebunden und beschichtet ist. Es wurde gefunden, daß ein Drahtsieb einiges Harz zurückhalten kann. Es wird angenommen,daß dies geschieht, wenn die Bewegungsrichtung der Harzkügelchen zu der Leitung 88 entgegengesetzt zu den Durchgangsöffnungen des Siebes ist. Dies führt typischerweise dazu, daß 20 bis 30 ml pro 100 1 Kationharz in dem Gefäß 10 zurückbleiben und das Anionharz verunreinigen. Wenn dieser Verunreinigungsgrad toleriert werden kann, dann kann ein solches Sieb eingesetzt werden. Im anderen Falle sollte das gebundene Sandsieb verwendet werden. Dieses hat auch den Vorteil, daß es so gegossen werden kann, daß es eine entgegengesetzte konische obere Fläche mit einem eingeschlossenen Winkel von beispielsweise 160° C hat, wie der diametrale Querschnitt6eigt, wobei der Mittelteil eine flache Platte aufweist, die so angeordnet ist, daß sie unterhalb des Einlasses zu der Leitung 106 liegt. So hält die Verwendung des gebundenen Sandsiebes die Menge der Kationverunreinigung des Anionharzes auf einem Minimum, was als Erfolg des Siebes verzeichnet werden kann.

Es wurde auch gefunden, daß das Anionharz durch Kationharzfeinteilchen verunreinigt werden kann. Diese Feinteilchen rühren aus zwei Quellen her, nämlich von den eingegebenen Harzen durch Mängel bei den gebräuchlichen Siebverfahren und von den während des Betriebs entstehenden Feinteilchen.

Im ersteren Fall wird das Kationharz in das Gefäß 10 gegeben und sorgfältig stoßweise gewaschen. Dies veranlaßt den kleinen Anteil an Feinteilchen und anderen unerwünschten Harzkügelchen, wie solche mit niedriger Dichte, zum Oberteil des Kationharzbettes aufzusteigen. Das Kationharzbett wird dann in das Gefäß 12 übergeführt, wobei die Überführung beendet wird, wenn abgeschätzt wird, daß das verbleibende Harz vorwiegend aus den unerwünschten Harzkügelchen besteht.

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Um die während des Betriebs entstehenden Kationfeinteilchen zu entfernen, werden die Harze in ihre jeweiligen Gefäße 10 bzw. 12 aufgeteilt, wie es vorstehend erläutert ist. Dann läßt man gesättigte Salzlösung durch das Gefäß 10 umlaufen, um die Harze zu klassieren, wobei die Anion- und Inertharze in der Lösung relativ zu dem Kationharz aufgeschlämmtwerden.

Wenn die Harze klassiert sind, wer->den die Kationfeinteilchen durch öine (nicht dargestellte) Abflußleitung in der Leitung 106 durch öffnen der Ventile 36 und 94 abgeführt. Danach wird das Anionharz salzfrei gespült und auf die vorstehend erläuterte Weise regeneriert.

Kationharzfeinteilchen können typischerweise in 6- bis 9-monatigen Intervallen entfernt werden. Diese Art der Entfernung der Kationfeinteilchen hat auch den Vorteil, daß die gesättigte Salzlösung angehäufte organische Bestandteile aus dem Anionharz herausreinigt.

Aus dem Anionharz entstehende Feinteilchen stellen kein Problem dar, weil diese während des stoßweisen Waschens durch einen Siebeinsatz in der Auslaßleitung 50 abgeführt werden, welcher so konstruiert ist, daß er keine Feinteilchen zurückhält.

Geeignete Leitfähigkeitszellen sind von Electronic Instruments Ltd. UK erhältlich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels im einzelnen erläutert.

Beispiel

Es wurde eine Versuchsanlage erstellt. Das Gefäß 10 hatte einen oberen parallelwandigen Teil von 1000 mm Höhe und 610 mm Durchmesser und einen unteren konischen Teil mit einer Höhe von 613 mm, einem unteren Durchmesser von 390 mm und einem eingeschlossenen Winkel von 30°. Die Überführungsleitung 106 hatte

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einen nominalen Innendurchmesser von 20 mm und deshalb einen Abstand zu dem Sieb 14 von 5 mm.

Das Gefäß 12 war parallelwandig mit einer Höhe von 1300 mm und einem Durchmesser von 610 mm.

Tabelle 1 zeigt die typischen Betriebsbedingungen des Versuchs.

Stufe

Tabelle 1 m³/h

m/h

Hinuten

Stoßweises Waschen:

Anfängliche Durchflußmenge

Geschwindigkeit im: parallelwandigen Teil Konusteil
Zeit

Schließlich«} Durchflußmenge:

Geschwindigkeit im:

parallelwandigen Teil Konusteil

Zeit

Harzüberführung:

Einlaßdurchflußmenge (Ventil 36)

Geschwindigkeit am Unterteil des Konus AufwärtsströMung Absauggeschwindigkeit im: parallelwandigen Teil Konusteil

Harzüberführung und Wassertransport

Zeit

2,25

1,0

0,33

0,78

4,0 9,0

9,0

1.1 2,74

30

13

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In Versuchen wurde die Menge an Kationharz, die in dem Anionharz vorhanden war, durch Klassieren der Harze in dem Gefäß 10, Überführen aller Harze in das Gefäß 12 und Probenentnahme der Harze in der Überführungsleitung 106 ermittelt. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 2.

Tabelle 2

Versuch Kation (%H) Anion (%OH) Inertharz- % Kation in Nr. volumen (1) Anion (Vol/Vol)

1	78	keine	25	0,28
2	78	keine	30	0,27
3	78	keine	30	0,15
4	56	4	30	0,075
5	56	4	30	<0,l

Diese Versuche zeigen, daß der Grad der Kationverunreinigung auf einem äußerst niedrigen Niveau gehalten wird. Beispielsweise beträgt bei einem konventionellen Ionenaustauschverfahren der Prozentsatz der Kationen in dem Anionharz typischerweise 5 %.

Das Absinken der Wasserstoffionenkonzentration in dem Kationharz erhöht die Dichte des Harzes und scheint einen merklichen Einfluß auf den Verunreinigungsgrad zu haben. Beim Betrieb liegt die Wasserstoffionenkonzentration des Kationharzes typisch-erweise in dem Bereich von 10 % bis 30 %, wenn das Harz bereit zum Regenerieren ist.

Die Leitfähigkeiten der Harze wurden nur auf Vergleichsgrundlage gemessen. Fig. 2 zeigt ein Diagram mit der Aufzeichnung der Leitfähigkeiten, entnommen während einer vollständigen Überführung der klassierten Harze von dem Gefäß 10 zu dem Gefäß 12.

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Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die Leitfähigkeitszelle durch ein Instrument ersetzt sein, das zwischen den Harzen durch Anwendung von Lichttransmission oder Reflexion unterscheiden kann. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Leitung 106 einen durchsichtigen Abschnitt haben, so daß der Ausführende diesen Abschnitt einsehen und nach visueller Beurteilung des Grenzflächenbereiches manuell die Überführung beenden kann.

Es ist bekannt, daß, wenn während der Regenerierung Anionharz in Kontakt mit Kationregeneriermittel oder Kationharz in Kontakt mit Anionregeneriermittel gelangen, dies einen schädlichen Einfluß auf das Betriebswasser haben kann, wenn die Harze in die Betriebseinheit zurückgeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß dieses Problem mit zunehmendem Alter des Anionharzes schwererwiegend wird, wobei das Anionharz eine verstärkte Neigung hat, Schwefelsäurekationen zu absorbieren und langsam während des Betriebs wieder freizugeben.

Die vorstehend erläuterte Erfindung hält die Möglichkeit auf einem Minimum, daß ein Harz in dem jeweils anderen als Verunreinigung während der Regenerierung der Harze anwesend ist.

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25 Leerseife

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Regenerieren von lonenaustauschmaterial, bei dem die Materialien in einem ersten Gefäß in eine obere Anionaustauschmaterialschicht und eine untere Kationaustauschmaterialschicht getrennt, die Schichten voneinander isoliert, das lonenaustauschmaterial einer jeden Schicht regeneriert und die regenerierten Materialien wieder miteinander vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationschicht hydraulisch durch eine Leitung (106) in ein zweites Gefäß (12) übergeführt wird, wobei die Leitung (106) einen Einlaß in der Nähe des Bodens des ersten Gefäßes (10) aufweist, daß angezeigt wird, wann der Grenzflächenbereich zwischen den Schichten sich in der Leitung (106) befindet und daß die Überführung beendet wird, wenn dieser Bereich sich noch in der Leitung (106) befindet, bevor das Anion- bzw. das Kationmaterial in den Gefäßen (10) bzw. (12) regeneriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des hydraulischen überführens der Kationschicht in das zweite Gefäß (12) eine Flüssigkeitsaufwärtsströmung in

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MÜNCHEN: TELEFON (0 89) 22 5S86 KABEL: PROPINDUS · TELEX OSS 24244

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS-TELEX O1 84O57

ORIGINAL INSPECTED

dem ersten Gefäß (10) stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das regenerierte Kationmaterial zum Vermischen mit dem regenerierten Anionmaterial wieder in das erste Gefäß (10) zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationmaterial eine Teilchengröße von nicht weniger als etwa 0,5 mm Durchmesser hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße nicht weniger als 0,7 mm beträgt.

β. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anionmaterial eine Teilchengröße von nicht mehr als etwa 1,2 mm Durchmesser hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße nicht mehr als 0,9 mm beträgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertteilchenmaterial mit einer Dichte zwischen den Dichten des Kation- und des Anionmaterials anwesend ist und eine Zwischenschicht bildet, wenn die Materialien getrennt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertmaterial eine Teilchengröße von etwa 0,5 mm bis 0,9 mm Durchmesser hat.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße im Bereich von 0,65 bis 0,85 mm liegt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche«, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Gefäß ein konusförmiges Unterteil hat.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil einen eingeschlossenen \i
diametralen Querschnitt, aufweist.

Unterteil einen eingeschlossenen Winkel von 30°, gesehen im

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Gefäße (10, 12) ein Sieb (14, lö) an seinem unteren Teil aufweist, das Material zurückhält, aber Flüssigkeit hindurchläßt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzflächenbereich in der [Leitung (.1.0(5) durch eine Leitfähigkeitszelle (110) angezeigt wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzflächenbereich in der Leitung (lOö) durch ein Instrument angezeigt wird, das in der Lage ist, zwischen den Harzen unter Anwendung von Lichttransmission oder Reflexion zu unterscheiden.

Iu. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Leitung (106) um etwa die Hälfte des Radius der Leitung (106) zu dem Boden des ersten Gefäßes (10) in Abstand gehalten wird.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Überführung des Kationmaterials in das zweite Gefäß (12) eine Flüssigkeit mit einer solchen Dichte, daß die Anion- und Inertmaterialien relativ zu dem Kationmaterial aufgeschlämmt werden, in dem ersten Gefäß (10) umlaufen gelassen wird zum Heraustrennen von Kationmaterialfeinteilchen, die dann durch die Leitung (106) abgeführt und verworfen werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit gesättigte Natriumchloridlösung ist.

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19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 18, gekennzeichnet durch ein erstes Gefäß (10) zum Trennen und zum Regenerieren von Anionmaterial, durch ein zweites Gefäß (12) zum Regenerieren von Kationmaterial, durch eine Leitung (106), die die Gefäße (10, 12) miteinander verbindet, wobei die Leitung (106) einen Einlaß in der Nähe des Bodens des ersten Gefäßes (10) aufweist, und durch eine Anzeigevorrichtung (110), die anzeigt, wann der Grenzflächenbereich zwischen dem Kation- und dem Anionmaterial sich in dieser Leitung befindet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das erste Gefäß (10) einen konusförmigen Unterteil aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil im diametralen Querschnitt einen Winkel von 30° einschließt.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Gefäße (10, 12) ein Sieb (14, 16) in seinem unteren Teil aufweist, das Material zurückhält, jedoch den Durchtritt von Flüssigkeit gestattet.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe (14, 16) Drahtsiebe sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Sieb (14) des ersten Gefäßes (10) aus mit Epoxidharz beschichtetem Sand gegossen ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das gebundene Sandsieb (14) eine entgegengesetzte konische obere Fläche aufweist.

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26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadunh gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der oberen Fläche im diametralen Querschnitt 160° beträgt.

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Leitung (106) vom Boden des ersten Gefäßes (10) um etwa die Hälfte des Radius der Leitung (106) in Abstand gehalten ist.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gefäß (10) mit einer Wasserzuführungsleitung (32) und einer Abflußleitung (66) zum Errichten einer Aufwärtsströmung von Flüssigkeit in dem ersten Gefäß (10) verbundene Leitungen 18, 36, 50, 74, 76) aufweist.

29. Verfahren nach Anspruch 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (110) eine in der Leitung (106) angeordnete Leitfähigkeitszelle enthält.

30. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (110) ein Instrument enthält, das in der Lage ist, zwischen den Materialien unter Verwendung von Lichttransmission oder Reflexion zu unterscheiden.

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