DE3442896A1

DE3442896A1 - Ionenaustauscher

Info

Publication number: DE3442896A1
Application number: DE19843442896
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 7100 Heilbronn Jung; Heinrich Dipl.-Ing. Seibel (FH), 7101 Hardthausen; Hermann 7101 Untereisesheim Steil
Original assignee: Cillichemie Ernst Vogelmann GmbH and Co
Current assignee: Cillichemie Ernst Vogelmann GmbH and Co
Priority date: 1984-11-24
Filing date: 1984-11-24
Publication date: 1986-05-28

Description

Ionenaustauscher
Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Ionenaustauscher einer Wasserenthärtungsanlage, der ein in einem vorzugsweise zylindrischen Behälter angeordnetes, von dem zu behandelnden Wasser von unten nach oben durchströmbares und im Gegenstrom durch Sole regenerierbares, aus Harzkörnern bestehendes Harzbett sowie eine Einrichtung zur Lagefixierung des Harzbetts aufweist.
Im Betriebszustand einer solchen Wasserenthärungsanlage wird das Hartwasser durch das Harzbett des Ionenaustauschers geleitet und tauscht dort Calcium- und Magnesiumionen gegen Natriumionen aus (Kationenaustauscher). Bei der beschriebenen Anlage wird das Hartwasser nach Art des Schwebebett-Verfahrens von unten nach oben durch das Harz geleitet. Im Falle der Erschöpfung des Ionenaustauschers wird dieser mit NaCl-Lösung regeneriert. Bei dem im folgenden allein berücksichtigten Gegenstromverfahren wird die Regenerationssole von oben nach unten durch den Ionenaustauscher geleitet. Vor oder nach der Regeneration kann das Austauscherharz rückgespült werden, indem vorzugsweise von unten nach oben Wasser mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit hindurchgeleitet wird, so daß eine Auflockerung im Harzbett erfolgt. Dabei werden Schmutzstoffe und Harzabrieb ausgespült.
Beim Schwebebettverfahren hebt sich das Harzbett während des Betriebszustands an und muß durch geeignete Maßnahmen in seiner Lage festgehalten werden, so daß Umschichtungen innerhalb des Harzbetts vermieden werden. Bei einem bekannten Schwebebett-Verfahren wird zu diesem Zweck über dem Austauscherharz angeordnetes, spezifisch leichteres Inertharz zur Bettfixierung verwendet. Allerdings ist in einer solchen Anordnung die für den Rückspülvorgang erforderliche Bettauflockerung nicht möglich, so daß ein zusätzlicher Spülbehälter vorgesehen ist, in den das Harz zum Reinigen zeitweilig verbracht werden muß. Eine solche Anlage ist sowohl in konstruktiver als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht recht aufwendig und daher für kleinere Haushaltsenthärter ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserenthärtungsanlage der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit der bei möglichst einfacher und somit für Haushaltsenthärter geeigneter Bauweise und Verfahrensführung ein guter Wirkungsgrad und eine hygienische Betriebsweise gewährleistet ist und nur relativ kurze Regenerations- und Reinigungszeiten benötigt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Fixierung des Schwebebetts durch rein statische Mittel ohne bewegliche Teile erfolgen sollte und daß dennoch innerhalb des Harzbehälters genügend Raum zur Bettauflockerung während des Rückspülvorgangs zur Verfügung stehen sollte, damit ein externer Reinigungskreislauf für das Harz entbehrlich ist.
Weiter wurde bei der erfindungsgemäßen Wasserführung darauf geachtet, daß das Regenerieren und Reinigen des Harzes in kürzestmöglicher Zeit druchgeführt werden kann.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich Enthärtungsraten von mehr als 22, 4 0d m3 Wasser/kg Salz erzielen. Dies entspricht einem Salzverbrauch von weniger als 45 g pro 0d und m3 Wasser. Die Regeneration- und Rückspülvorgänge, die bei geeigneter Auslegung der Anlage alle zwei bis vier Tage eingeleitet werden, dauern jeweils nur etwa 15 bis 30 Minuten.
Diese kurzen Regenerations- und Rückspülzeiten können im Verlauf des Tages- und Nachtzyklus so gelegt werden, daß während dieser Zeit mit großer Wahrscheinlichkeit keine Wasserentnahme erfolgt, so daß man ggf. auch mit einem einzigen Ionenaustauscher in einem Haushalt oder einer Haushaltsgemeinschaft auskommen kann.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ionenaustauschers in schematischer Weise dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Ionenaustauscher im Betriebszustand; Fig. 2 den Ionenaustauscher nach Fig. 1 im Zustand der Regeneration; Fig. 3 den Ionenaustauscher nach Fig. 1 und 2 im Zustand des Rückspülens.
Der in der Zeichnung dargestellte Ionenaustauscher einer Wasserenthärtungsanlage besteht im wesentlichen aus einem in einem zylindrischen Harzbehälter 10 angeordneten Harzbett 12, das mit dem zu behandelnden Wasser von unten nach oben durchströmbar und im Gegenstrom regenerierbar ist.
Das aus körnigem Material bestehende Harzbett 12 liegt unten auf einem Sieb- oder Filterboden 14 auf und ist über diesen hydraulisch mit einer darunter befindlichen Verteilerkammer 16 verbunden, die ihrerseits über ein sich über die gesamte Behälterhöhe erstreckendes Zentralrohr 18 mit einem Zentralstutzen 20 eines am Behälterdeckel angeordneten Mehrwegeventils 22 in Verbindung steht.
Im Bereich der Oberkante des Harzbetts 12 befindet sich zu dessen Lagefixierung eine trichterförmige Strömungsschikane 24, die eine Mehrzahl konzentrischer Ringschlitze 26 und die Ringschlitze voneinander trennender Ringstege 28 aufweist. Der radial außenliegende Ringbereich der Schikane ist durchbruchfrei. An der Unterseite der Trichterschikane 24 ist ein in die oberste. Harzschicht eingreifender Sammler 30 angeordnet, der über ein zum Zentralrohr 18 konzentrisches Ringrohr 32 mit einem Ringstutzen 34 des Mehrwegeventils 22 verbunden ist. Oberhalb der Trichterschikane befindet sich ein mit Wasser gefüllter Rückspülraum 36, der über einen weiteren Ringstutzen 38 mit dem Mehrwegeventil verbunden ist.
In dem in Fig. 1 durch Strömungspfeile angedeuteten Betriebszustand der Wasserenthärtungsanlage wird über den Zentralstutzen 20 des Mehrwegeventils 22 Hartwasser zugeführt und über den Ringstutzen 34 Weichwasser entnommen, während der mit der Rückspülkammer 36 über den Ringstutzen 38 verbundene Ventilweg geschlossen ist. Das Hartwasser gelangt über die Eintrittsöffnung 40, den Kanal 42 und das Zentralrohr 18 zur Verteilerkammer 16, durchsetzt dort von unten her den Sieb- oder Filterboden 14 und durchstörmt das Harzbett 12 von unten nach oben. Das hierbei entstehende Weichwasser wird von dem Sammler 30 aufgenommen und durch das Ringrohr 32 zur Austrittsöffnung 44 des Mehrwegeventils geleitet. Im oberen Bereich des Harzbetts sorgt die Trichterschikane 24 mit ihren als Wasserleitflächen wirkenden Ringstegen 28 dafür, daß das Weichwasser zum Sammler 30 umgelenkt wird, ohne daß es im Rückspülraum 36 zu einer Verwirbelung mit Harzaustritt kommt.
Beim Regenerations- und Besalzungsvorgang (Fig. 2) wird das Harzbett über das Ringrohr 32 und den Sammler 30 mit Kochsalzlösung beaufschlagt. Die Sole strömt von oben nach unten durch das Harzbett 30 und wird schließlich über die Verteilerkammer 16 in das Zentralrohr 18 geleitet, das über den Zentralstutzen 20 des Mehrwegeventils 22 mit dem Abwasserkanal verbunden ist. Die Durchströmung des Harzbetts 12 von oben nach unten kann ohne die Gefahr einer unerwünschten Harzumschichtung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit erfolgen, so daß die Regenerationszeit klein gehalten werden kann.
Zum Rückspülen und Auswaschen des Harzbetts 12 (Fig. 3), das zweckmäßig nach dem Besalzen erfolgt, wird der zum Sammler 30 führende Ventilweg geschlossen, während der mit der Rückspülkammer 36 über den Ringstutzen 38 verbundene Ventilweg zum Abwasserkanal hin geöffnet wird.
Durch das Zentralrohr 18 und die Verteilerkammer 16 hindurch wird Hartwasser zugeführt, das das Harzbett 12 ähnlich wie im Betriebszustand von unten nach oben durchsetzt.
Dabei wird ein so hoher Wasserdurchsatz eingestellt, daß das Harzbett angehoben und aufgelockert wird und sich durch die Trichterschikane hindurch in den Rückspülraum hinein ausdehnt. Die Harzteilchen werden von dem aufströmenden Rückspülwasser intensiv durchgewirbelt. Etwaige feinkörnige Verunreinigungen und Harzabrieb werden mit dem Rückspülwasser durch den Stutzen 38 in den Abwasserkanal ausgespült.
Nach Beendigung des Rückspülvorgangs setzen sich die Harzkörner im Rückspülraum 36 wieder nach unten durch die Schlitze 26 der Trichterschikane 24 hindurch zum Harzbett 12 hin ab.

Claims

Ansprüche Ionenaustauscher einer Wasserenthärtungsanlage mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Behälter angeordneten, von dem zu behandelnden Wasser von unten nach oben durchströmbaren und im Gegenstrom durch Sole regenerierbaren, aus Harzkörnern bestehenden Harzbett sowie einer Einrichtung zur Lagefixierung des Harzbetts, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierungseinrichtung als eine das Harzbett (12) nach oben hin begrenzende, mit für die Harzkörner durchlässigen Durchbrüchen (26) sowie mit im wesentlichen quer zur Durchströmungsrichtung ausgerichteten Wasserleitflächen (28) versehene Schikane. (24) ausgebildet ist, daß unmittelbar unterhalb der Schikane (24) ein Sammler (30) zur Weichwasserentnahme und zur Solezufuhr angeordnet ist und daß im Behälterbereich oberhalb der Schikane (24) ein mit Wasser gefüllter, an seiner Oberseite einen verschließbaren Wasserauslaß (38) aufweisender Rückspülraum (36) angeordnet ist.
2. Ionenaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikane (24) die Gestalt eines nach unten weisenden Trichters aufweist, dessen Durchbrüche als zur Trichterachse im wesentlichen konzentrische Ringschlitze (26) und dessen Wasserleitflächen als die Ringschlitze voneinander trennende Ringstege (28) ausgebildet sind.
3. Ionenaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikane (24) in ihrem radial außenliegenden Bereich (29) durchbruchfrei ist.
4. Ionenaustauscher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (30) konzentrisch zur Trichterachse im mittleren Bereich der Schikane (24) angeordnet und über ein im wesentlichen axial durch den Behälter (10) geführtes Rohr (18) mit einem zur Behälteraußenseite führenden Ein- bzw. Auslaßstutzen (20) verbunden ist.
5. Ionenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine unterhalb des Harzbetts (12) angeordnete, mit einem zur Behälteraußenseite führenden Rohr (32) kommunizierende Verteilerkammer (16), die über einen wasserdurchlässigen Boden (14) mit dem Harzbett (12) verbunden ist.
6. Ionenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitflächen (28) als zum Sammler (30) weisende Umlenkflächen für das von unten anströmende Wasser ausgebildet sind.
7. Ionenaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Sammler (30), zur Verteilerkammer (16) und zum Rückspülraum (36) führenden Rohre (18,32,38) mit einem nach Maßgabe des jeweiligen Betriebszustands wahlweise umsteuerbaren Mehrwegeventil (22) verbunden sind.
8. Ionenaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil (22) unmittelbar am Behälterdeckel angeordnet ist und einen mit der Verteilerkammer verbindbaren Hartwassereinlaß bzw. Abwasserauslaß (Zentralstutzen 20), einen mit dem Sammler (30) verbindbaren Weichwasserauslaß bzw. Soleeinlaß (Ringstutzen 34) sowie einen mit der Rückspülkammer (36) verbindbaren Spülwasserauslaß (Ringstutzen 38) aufweist.
9. Ionenaustauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartwassereinlaß bzw. Abwasserauslaß (20) über ein Zentralrohr (18) mit der Verteilerkammer (16) und der Weichwasserauslaß bzw. Soleeinlaß (34) mit dem Sammler (30) über ein zum Zentralrohr (18) konzentrisches Ringrohr (32) verbunden ist.