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IONENAUSTAUSCHFILTER
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Die Erfindung betrifft ein Ionenaustauschfilter mit einer von der
zu behandelnden Flüssigkeit zuerst durchflossenen ersten Filtereinheit und einer
nachgeschalteten zweiten Filtereinheit, wobei åede Filtereinheit ein Filterbett
aus lonenaustauschmaterial sowie Einspeisungen und Ableitungen für die Flüssigkeit
und die Regenerierlösung aufweist. Die Feinreinigung von Flüssigkeiten, z.B.
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Wasser, durch Ionenaustausch ist bekannt und in Ullmanns Enzyklopädie
der technischen Chemie, 4. Auflage (1977), Band 13, Seiten 279 - 346, ausführlich
beschrieben. Bekannt ist auch, zum Verbessern der Reinigungsleistung mehrere Filtereinheiten
hintereinander zu schalten.
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Es hat sich gezeigt, daß die Gegenstromregenerierung des Filterbettes
aus lonenaustauschmaterial wirksamer als die Gleichstromregenerierung ist und eine
höhere Reinheit der behandelten Flüssigkeit ermöglicht. Gegenstromregenerierung
bedeutet, daß die Regenerierlösung entgegengesetzt zu der Richtung durch das Filterbett
geleitet wird, in welcher die zu behandelnde Flüssigkeit durch
das
Filterbett fließt. Die zu behandelnde Flüssigkeit hinterläßt im Filterbett dort,
wo sie zuerst in das Bett eintritt, die stärkste Beladung bzw. Verschmutzun.
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Es ist deshalb zweckmäßig, die Regenerierlösung zunächst dort auf
das Filterbett aufzugeben, wo die geringste Beladung vorhanden ist. Dadurch bietet
sich die Gegenstromregeneri erung an.
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Bekannte Ionenaustauschfilter, die mit Gegenstromregenerierung arbeiten,
weisen aber verschiedene Nachteile auf. Das Filterbett ist von vornherein in seinem
Volumen festgelegt und damit auch die Kapazität der betreffenden Filtereinrichtung
fixiert. Bei sehr großen Filterdimensionen wird es problematisch, die Umschichtung
des Ionenaustauschmaterials bei der Durchströmung in Richtung von unten nach oben
zu vermeiden. Von Zeit zu Zeit wird eine gründliche Spülung des Ionenaustauschmaterials
außerhalb des Filtergehäuses notwendig. Hierzu sind separate Spüleinrichtungen erforderlich.
Die Anordnung von Dränagesystemen, Düsenböden und dergl. für die Ableitung der behandelten
Flüssigkeit kann zu Verstopfungen führen, da entweder Ableitungssysteme mit sehr
geringen Durchtrittsquerschnitten (kleiner 0,2 mm) gewählt werden müssen-oder aber
zusätzlich ein körniges Filtermaterial mit einer entsprechenden Filterwirkung zum
Schutz der Ableitungsvorrichtung vorgesehen werden muß. Ferner muß üblicherweise
eine Mindestdurchflußmenge zum Aufrechterhalten eines mehr oder weniger kompakten
Filterbettes gewährleistet sein.
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Zu den Nachteilen bekannter Ionenaustauschfilter mit Gegenstromregenerierung
gehört auch daß die zu behandelnde Flüssigkeit durch vorausgehendes Filtrieren von
groberen
Verunreinigungen möglichst frei gehalten werden muß, da ansonsten das Filter zu
stark verschmutzt und eine besonders gründliche Rückspülung erforderlich wird. Jede
Rückspülmaßnahme bedeutet jedoch eine unerwünschte Störung im Filter.
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Werden große Filterdimensionen von mehr als 4 m Durchmesser gewählt,
sind aufwendige Systeme für die Einspeisung der zu behandelnden Flüssigkeit und
der Regenerierlösungen erforderlich, wogegen bei der Gleichstromregenerierung nur
eine einzige Einspeisung und eine einzige Ableitung notwendig wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die jeweiligen Vorteile
der mit Gleichstrom- bzw. Gegenstromregeneri ening arbeitenden Ionenaustauschfilter
weitgehend zu verbinden. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die erste Filtereinheit
die Einspeisung für die zu behandelnde Flüssigkeit und für die Regenerierlösung
oberhalb des Filterbettes aufweist und etwa 60 bis 90 % des gesamten Ionenaustauschmaterials
enthält und in der zweiten Filtereinheit die Einspeisung für zu behandelnde Flüssigkeit
unter dem Filterbett und die Einspeisung für Regenerierlösung oberhalb des Filterbettes
angeordnet ist.
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Die dadurch entstehende Filterkombination eignet sich ganz besonders
für Großanlagen, d.h. für den Dur-chsatz von mehreren 100 m3 zu behandelnder Flüssigkeit
pro Stunde, für Filter mit mehr als 3 m Durchmesser und lonenaustauschermengen von
mehr als 20 m3.
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Bei der Erfindung wird die erste Filtereinheit, die das Hauptfilter
darstellt, mit Gleichstromregenerierung betrieben. Für diese Filtereinheit ist keine
extreme Vor-
filtration der zu behandelnden Flüssigkeit erforderlich.
Die nachgeschaltete zweite Filtereinheit ist kleiner als die erste Einheit und arbeitet
mit Gegenstromregenerierung. Dadurch bleiben die Vorteile der Gegenstromregenerierung,
etwa verbesserte Qualität der behandelten Flüssigkeit und geringer Verbrauch an
Regenerierchemikalien, in vollem Umfang bestehen. Da nur ein Teil des gesamten Ionenaustauschmaterials
der Gegenstromregenerierung zu unterwerfen ist, wird auch nur eine verringerte Menge
an hochwertigem Waschwasser erforderlich.
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Um in der nachgeschalteten zweiten Filtereinheit das erwünschte kompakte
Filterbett aufrechtzuerhalten, genügt ein Bruchteil der normalerweise durchgeleiteten,
zu behandelnden Flüssigkeit. Dadurch wird in den meisten Fällen eine Kreislaufführung
von Flüssigkeit zum Kompaktieren des Filterbettes überflüssig.
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Der in der ersten Filtereinheit vorhandene relativ große Ausdehnungsraum
erlaubt die Nachfüllung von Ionenaustauschmaterial zwecks Erhöhung der Kapazität
der Anlage und erhöht damit deren Anpassungsfähigkeit; und Betriebssicherheit. Günstig
ist ferner, daß die Sonderqualitäten an lonenaustauschmaterial, die man für ein
mit Gegenstromregeneri erung betriebenes Filter gern verwendet, nur für das kleine
Volumen der zweiten Filtereinheit gebraucht werden. Das größere Hauptfilter, d.h.
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die erste Filtereinheit, bedarf solcher Sonderqualitäten nicht. Die
insgesamt eingesetzten Ionenaustauschermengen werden voll ausgenutzt, weil in dem
erfindungsgemäßen zweiteiligen Filter keine Blindvolumina an Ionenaustauschmaterial
vorhanden sind.
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Zu den mit dem erfindungsgemäßen Filter erreichten Vorteilen gehört
auch, daß die Rückspülung des Ionenaustauschmaterials im Hauptfilter ohne Störung
des Regenerierffektes durchgeführt werden kann, weil bei der Regenerierung die gewünschte
Abreinigung mit ausreichender Sicherheit stets erreicht wird. Will man das in der
zweiten Filtereinheit befindliche Ionenaustauschmaterial gründlich spülen, so kann
auf den sonst üblichen externen Spülbehälter verzichtet werden. Bei der erfindungsgemäßen
Filteranlage ist es nämlich'im allgemeinen möglich, das kleinere Volumen an Ionenaustauschmaterial
der zweiten Einheit der ersten Filtereinheit zusätzlich aufzugeben und dort die
Spülung durchzuführen.
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Zu den wichtigen Vorteilen der erfindungsgemäßen Filteranlage gehört
es auch, daß in den beiden Filtereinheiten unterschiedliche ionenaustauschmaterialien
vorhanden sein können. Es kann sich z.B. empfehlen, im Hauptfilter, d.h. in der
ersten Filtereinheit, einen schwach sauren Kationenaustauscher anzuordnen und die
zweite Filtereinheit mit einem stark sauren Kationen austauscher zu versehen. Natürlich
ist ebenso die Kombination schwach basischer Anionenaustauscher im Hauptfilter und
stark basischer Anionenaustauscher in der zweiten Filtereinheit möglich.
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Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform des Ionenaustauschfilters,
wobei die beiden Filtereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
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Die kompakte Anlage weist das gemeinsame Filtergehäuse 1 auf, das
Zylinderform hat. Im Innern des Gehäuses 1 befindet sich ein zentrales Rohr 2, welches
die zweite
Filtereinheit umschließt. Zur zweiten Filtereinheit gehört
das Filterbett 22.
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Konzentrisch um die zweite Filtereinheit ist die erste Filtereinheit
mit ihrem Filterbett 11 angeordnet.
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Oberhalb des Filterbettes 11 befindet sich eine ringförmige Einspeisungsvorrichtung
3, die sowohl für die zu behandelnde Flüssigkeit als auch für die Regenerierlösung
verwendet wird. Den unteren Abschluß des Filterbettes 11 bildet ein flüssigkeitsdurchlässiger
Filterboden 4. Die innerhalb des flüssigkeitsdichten Rohres 2 befindliche zweite
Filtereinheit besitzt die Filterböden 5 und 6. An die Stelle der Filterböden können
auch an sich bekannte Dränagesysteme treten.
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Bei der Erläuterung der zum Filter gehörenden Leitungen und ihrer
Funktionen wird auf Erklärungen zum Öffnen und Schließen von Ventilen verzichtet.
Für den Fachmann versteht es sich nämlich von selbst, daß er die Ventile in einer
auf Durchfluß geschalteten Leitung öffnen muß und die Ventile anderer Leitungen
zu schließen hat.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit fließt durch die Leitungen 12 und 13
zur Einspeisungsvorrichtung 3 und tritt von oben nach unten durch das Filterbett
11 aus Ionenaustauschmaterial hindurch. Vom unteren Sammelraum 7 gelangt die Flüssigkeit
durch die Leitungen 14 und 15 zur zweiten Filtereinheit und strömt von unten nach
oben durch das Filterbett 22 Die behandelte Flüssigkeit verläßt die zweite Filtereinheit
durch die Leitung 16 und wird in der Leitung 17 abgezogen.
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Zum Regenerieren des Ionenaustauschmaterials kommt die Regenerierlösung,
üblicherweise Säure oder Lauge, aus der
Leitung 18, fließt durch
die Leitung 16 zunächst in die zweite Filtereinheit und durchdringt das Filterbett
22 von oben nach unten im Gegenstrom zur Fließrichtung der zu behandelnden Flüssigkeit
Von der zweiten Filtereinheit gelangt die Regenerierlösung durch die Leitungen 15
und 19 zur Leitung 13 und von da in die Einspeisungsvorrichtung 3 der. ersten Filtereinheit.
Das Filterbett 11 wird der Gleichstromregenerierung unterzogen und gebrauchte Regenerierlösung
wird vom unteren Sammelraum 7 aus in der Leitung 20 entfernt.
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Zum Entfernen von restlicher Regenerierlösung aus dem lonenaustauschmaterial
wird mit Wasser nachgewaschen.
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Dieses Waschwasser kommt aus der Leitung 21 und fließt von der Leitung
16 zunächst durch das Filterbett 22 und dann durch die Leitungen 15, 19 und 15 zur
Einspeisungsvorrichtung 3. Gebrauchtes Waschwasser wird schließlich aus dem Sammelraum
7 durch die Leitung 20 abgeführt.
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Gelegentlich muß das Filterbett 11 rückgespült werden, um das Bett
aufzulockern und Abrieb des Bettmaterials zu entfernen. Eine Rückspülung für das
Filterbett 22 ist dagegen nur selten erforderlich. Die Rückspülung der ersten Filtereinheit
mit dem Filterbett 11 erfolgt durch die Leitungen 12, 19 und 14, mit Aufwärtsstrom
der RUckspülflüssigkeit durch das Bett 11 zum oberen Sammelraum 8.
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Die Rückspülflüssigkeit wird in der Leitung 23 abgeführt.
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Die Rückspülung des Filterbettes 22 erfolgt durch die Leitungen 12,
19 und 15, wobei Austauschmaterial durch die Leitungen 24 in den Sammelraum 8 gespült
wird. Der Rücktransport des Materials geschieht durch Wasserzufuhr über die Leitungen
12, 19, 14 und 24. Das Transportwasser tritt durch die Leitung 25 aus.
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Patentansprüche
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