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lonenaustauschapparat für die labormäßige oder kleintechnische Wasserdeionisieruna
Anwendunrsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen lonenaustauschapparat
für kleintechnische oder Laboranwendung zur Deionisierung von Rohwasser.
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Charakteristik der bekannten technischen Bösunzen lonenaustauschreaktoren
werden als Pfropfenströmungsreaktoren grundsätzlich in Vertikalbauweise ausgeführt,
wobei der Querschnitt und die Länge der Reaktionskammern nach den erwünschten Prozeßparametern
gewählt werden. Fast alle bekannten Ionenaustauschapparate enthalten einen vom vertikalen
Reaktionsrohr lösbaren Deckel und einen abnehmbaren Boden.
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Nach der Gestaltung des Ionenaustauschprozesses werden das Getrenntbettverfahren,
das Mischbettverfahren und ein aus beiden kombiniertes Verfahren unterschieden.
Nach dem Getrenntbettverfahren arbeitende lonenaustauschapparate enthalten mindestens
zwei Reaktoren oder Reaktionskammern, von denen die eine mit einem Kationenaustauscher
und die andere mit einem Anionenaustauscher gefüllt ist.
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Die Reaktionskammern sind konstruktiv getrennte Einheiten und nebeneinander
oder/und hintereinander angeordnet, Die funktionelle Verbindung der Einzelreaktionskammern
erfolgt hierbei über starre oder elastische Rohre. Zur Steuerung der Stoffströme
durch
die einzelnen Reaktionskammern werden Ventile oder Hähne in der unterschiedlichsten
Bauform verwendet, die entweder direkt an den Anschlußstutzen an den Reaktionskammern
angeordnet oder Bestandteil des Rohrleitungssystems sind. Mit Hilfe dieser Ventile
oder Hähne kann während der Beladungsphase der Volumenstrom durch die Reaktionskammern
verändert oder während der Regenerationsphase der Regeneriermittelstrom eingestellt
werden. Ebenfalls werden solche Hähne oder Ventile zur Umschaltung der Reaktionskammern
von Beladung auf Regeneration oder umgekehrt benutzt. Die bekannten lonenaustauschapparate
für kleintechnische und Laboranwendungen weisen einige Nachteile auf. Das Rohrleitungesystem
einschließlich der Ventile zwischen den Reaktionskammern ist relativ aufwendig und
besonders bei mehreren Ventilen störanfällig. Bei Kleinanlagen wird deshalb meist
auf Umschalthähne und andere die Handhabung erleichternde Zusatzausstattung verzichtet,
auch weil der technische und ökonomische Aufwand hierfür meist höher als der für
die Reaktionskammern ist. Austauschapparate mit mehreren Verfahrensetufen zur Deionisierung
von Wasser haben einen hohen Platzbedarf.
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Ziel der Erfindung: Die Erfindung hat den Zweck, den Aufwand für das
Rohrleitungssystem zu senken, die Bedienung zu vereinfachen, die Funktionssicherheit
zu erhöhen und den Platzbedarf zu senken.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,
einen einfach zu bedienenden, kompakten lonenaustauschapparat ohne externes Rohrleitungssystem
zu entwickeln.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen: Die Reaktionskammern
werden durch ineinandergefügte Hohlzylinder, einen gemeinsamen Deckel und einen
gemeinsamen Boden gebildet. Die Zuleitung, die Ableitung und die Verbindung zwischen
den Reaktionskamrnern sowie die Zuleitung und die Ableitung für die Regenerationsinittel
sind im Deckel und im Boden angeordnet.
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Für die Umschaltung von Beladen auf Regeneration der Reaktionskammern
und umgekehrt ist zwischen der Verbindung der Reaktionskammern und der Ableitung
für die Regenerationsmittel ein Ventil
vorgesehen. In einem der
beiden die Reaktionekammern stirnseitig abschließenden Teile ist ein Leitfähigkeitsmesser
installiert.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieser Merkmale wird anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Awaführungsheispiel In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 die
perspektive Darstellung eines lonenaustauschapparat es Fig. 2 eine Schnittdarstellung
des lonenaustauschapparates (vereinfacht) mit Flußlinien für den Mediendurchsatz
Die Reaktionekammern 1, 2 des Ionenaustauschapparates werden durch zwei ineinandergesteckte
Rohre 5; 6 und einen diese abschließenden gemeinsamen Deckel 3 und gemeinsamen Boden
4 gebildet. Zur Aufnahme der Rohre 5; 6 sind der Deckel 3 und der Boden 4 mit konzentrischen
Ringnuten versehen, in die Dichtungen eingelegt sind Deckel 3, Boden 4 und Rohre
5; 6 sind miteinander durch Spannstäbe 23 verspannt. In den Deckel 3 sind ein Rohwasserzulauf
7 zur Reaktionskammer 1, ein Deionisationsabfluß 9 von der Reaktionskammer 2, ein
Regenerationsmittelzulauf 12 zur Reaktionskammer 1, ein Regenerationsmittelzulauf
14 zur Reaktionskammer 2 und zwei Einfüllschächte 19; 20 für die Austauscherharze
eingearbeitet. Außerdem ist ein Leitfähigkeitsmesser 21 im Deckel 3 untergebracht,
dessen Meßwertgeber 22 in die Reaktionskammer 2 eintaucht. Die Zuläuft 7 12; 14
und der Abfluß 9 münden in entsprechenden Anschlußstücken 8; 13; 15; 10, die am
Deckel 3 montiert sind. Die Einfüllschächte 19; 20 sind durch Verschlußkappen abgedeckt.
In den Zuläufen 7; 12; 14 und im Abfluß 9 sind nahe den Reaktionskammern 1; 2 Filterelemente
angeordnet. In den Boden 4 sind ein Überströmkanalsystem 11 zwischen den Reaktionskammern
1; 2, ein Regenerationsmittelabfluß 16 und ein Ventilsitz eines Ventils 18 für die
Umschaltung von Beladen der Reaktionskammern 1; 2 mit Rohwasser auf Regeneration
der Ionenaustauscher und umgekehrt eingearbeitet. Das Überströmkanalsystem 11 besteht
aus zwei Ringkanälen, von denen jeder über eine Anzahl Stichkanäle an die Reaktionskammern
1; 2 angeschlossen ist, und einem oder mehreren Verbindungskanälen zwischen beiden
Ringkanälen, Die Eintrittsöffnungen der Stichkanäle in die Reaktionskammern 1; 2
sind
ebenfalls mit Filterelementen versehen. Das Ventil 18 ist zwischen
dem Verbindungskanal und dem Regenerationsmittelabfluß 16 angeordnet, der in einem
Anschlußstück 17 endet. Zu seiner Betätigung besitzt er einen Griff 24.
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Der Rohwasserzulauf 7 mündet in die äußere Reaktionskammer 1.
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Der Deionisatabfluß 9 ist an die innere Reaktionskammer 2 geführt.
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Im Betrieb ist die Reaktionskammer 1 mit dem Kationenaustauscher und
die Reaktionskammer 2 mit dem Anionenaustauscher gefüllt. im Betriebszustand "Beladen"
strömt das Rohwasser durch das Anschlußstück 8 und den Rohwasserzulauf 7 in die
Reaktionskammer 1 (Fig. 2). Hier werden die Wasserstoffionen des Austauschers durch
die Kationen des Rohwassers ersetzt.
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Die Flüssigkeit gelangt anschließend durch den Überströmkanal 11 in
die Reaktionskammer 2. Dort werden deren Anionen gegen die Hydroxylionen des Austauscliers
ersetzt. Das deionisierte Wasser verläßt durch den Deionisatabfluß 9 die Reakslonskammer
2 und den lonenaustauschapparat. Die Austauschvorgänge verlaufen nach dem Massenwirkungsgesetz.
Die Ionenaustauscher reichen sich mit den Ionen des Wassers an bis die nutzbare
Kapazität der Ionenaustauscher erschöpft ist. Es muß eine Regenerierung der Austauscher
erfolgen. Zu diesem Zweck wird der lonenaustauschapparat in den Betriebszustand
"Regeneration" versetzt: Das Ventil 18 wird vermittels seines Griffes 24 in die
Stellung ~Regeneration" gebracht. Weiterhin werden Ventile in nicht darg?stellten
Leitungen zwischen den Anschlußstücken 13; 15 und Regenerationsmittelbehälter geöffnet.
In die Reaktionskammer 1 fließt eine Säure, in die Reaktionskammer 2 eine Lauge,
In beiden Kammern 1; 2 laufen die chemischen Gleiche wichtsreaktionen in umgekehrter
Richtung zur Beladung ab. Nach Abschluß dieser Reaktion werden die Ionenaustauscher
mit deionisiertem Wasser in zwei Schritten gespült, wobei der erste Schritt im Betriebszustand
"Regeneration" erfolgt und der zweite Schritt nach dem Umschalten in den Betriebszustand
"Beladen" mit Rohwasser durcXlgeCührt wird, ##jit Hilfe der Anzeige des Leitfähig
keitsmessers 21 wird der Spülprozeß bis zum Erreichen der gewünschten Deionisatleitfähigkeit
fortgesetzt.
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Überschreitet beim anschließenden Beladen die Leitfähigkeit einen
Grenzwert, muß eine erneute Regenerierung durchgeführt werden.
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AuSstellunz der verwendeten Bezugszeichen 1 Reaktionskammer 2 Reaktionskammer
3 Deckel 4 Boden 5 Rohr 6 Rohr 7 Rohwasserzulauf 8 Anschlußstück für Rohwasser 9
Deionisatabfluß 10 Anschlußstück für das Dejonisat 11 Überströmkanalsystem 12 Regenerationsmittelzulauf
13 Anschlußstück für Xegenerationsr:littel 14 Regenerationsmittelzulauf 15 Anschlußstück
für Regenerationsmittel 16 Regenerationsmittelabfluß 17 Anschlußstück für den Regenerationsmittelabfluß
18 Umschaltventil 19 Einfülischacht für Ionenaustauscher 20 Einfüllschacht für Ionenaustauscher
21 Leitfähigkeitsmesser 22 Meßwertgeber 23 Spannt ab 24 Griff