DE6608623U - Geraet zur herstellung von entsalztem wasser. - Google Patents

Description

Hermann Wager/ Stuttgart

Gerät zur Herstellung von entsalztem Wasser

Geräte zur Herstellung von entsalztem Wasser, sogonanfttc Ionenaustauscher, ermöglichen die Enthärtung* die Teil« und Vollentsalzung von Wasser in Ein- oder Mehrbett£ilteranordnung oder Mischbettfilter. Dazu wird das Wasser durch eine Harzschicht geleitet und die aktiven Gruppen der Harze sind in der Lage, positiv geladene Kationen gegen die angelagerten Wasserstoff-Ionen und negativ geladene Anionen gegen die angelagerten Hydroxyl-Ionen auszutauschen.

Für derartige Filter v/erden in der Regel zylindrische, teilweise auch kegelstumpf förmige Behälter aus Stahl odez. Kunststoff verwendet. Diese ströTuungsgünstigen Behälter formen werden deshcilb bevorzugt, weil für die Leistung der völlig gleichmäßiges Durchsatz des Wassers vom Wassereintritt durch die eingelagerte Harzschicht zum Wasseraustritt von entscheidender Bedeutung ist, d.h. an jeder Stelle des Behälters soll in der gleichen Zeit die gleiche Menge Wasser durchfließen.

Bei diesen Geräten ist die Ausbildung dor Aus- und Einlaufe besonders wichtig. Sonst können unterschiedliche Strömungen im Harzbett und tote Zonen entstehen, durch welche das Wasser entweder garnicht? oder nur sum Teil hindurehstror.it. Je nach Durchlaufrichtung treten sum Baispiel bei der von untcTt FiSCu Οντϊϊϊ Sttwuiny aüccn äxö erforderliche Harzaus—

dehnung, Umschichtungen und Wirbel auf, die einen erhöhten Schlupf und damit geringero Leistungen zur Folge haben. Als Austrittsöffnungon werden am häufigsten SchlltsdUsen aus Kunststoff eingesetzt« Dia mit Harz ausgefüllten Zwischenräume zwischen den Düsen worden jedoch wiederum nicht oder nur schlecht durchströmt, so daß tote Zonen entstehen können. Auch sind Anwendungen von porösen Platten bekannt, öle zwar einen gleichmäßigen Durchfluß gestatten, jedoch auch einen erhöhten Druckverlust bedeuten.

Die bekannten Kleingeräte bis 25 Liter Harzvolumen benötigen wegen der notwendigen Durchflußmenge einen großen Querschnitt und weiseil eine geringe Bauhöhe auf. Von den Haraherstellers wird jedoch eine MindestSchichthöhe von 60 cm empfohlen.

Ein v/eiterer Verlust für die Gesamtaus tauschkapaz ität stellt der in Strömungsrichtung stattfindende Erschöpfungsgrad der Schichten dar. So ist kurz vor Ende der Laufzeit der Schlupf übermäßig groß und sine vollständige Ausnutzung der letzten, noch nicht erschöpften Zone wird verhindert.

Nach Stillstandsseitun und naeh Keuböäuhiekung bsw. rati'on entsteht auf Grund des geringen Dissosiationsgrades der Ionen das sogenannte Schlecht-Wasser, womit ebenfalls die Gesamtleistung herabgesetzt wird.

Bei Kleingeräten, bei welchen eine Frcmaregoneration vorgenommen, wird; also eine Regeneration außerhalb des eigentlichen Gerätes, ist es sehr wichtig, daß das Hars reibungslos und schnell aus- und eingebracht werden kann. Eine unzureichende und kleine öffnung erschwert die notwendige satte Füllung des Behälters. Die Folge davon sind LufteinsehlÜsse und Harzbettumschichtungen, welche den Wirkungsgrad einer Arbeitsperiode durch geringere Filterkapazität herabsetzen.

Es gibt bereits Geräte, die durch mehrere Kammern oder durch Einbau von Spiralen und Rohrschlangen die beschriebenen Nachteile behöben v/ollen, aber durch ihre Konstruktionsart ist entweder die gleichmäßige Durchströmung, oder der vollständige Ionenaustausch der Harze äußerst erschwert oder unmöglich.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Behälterform zu schaffen, die Qualitäts- und Kapazitätsverbesserungen bezüglich des zu entsalzenden Wassers zuläßt und das bei nicht selbst regenerierbaren Geräten notwendige Umtauschen der erschöpften Harze wesentlich erleichtert. Die Neuerung löst diese Aufgabe und schafft ein Gerät zum Herstellen von entsalztem Wasser/ insbesondre für die Kasseraufbereitung

unter Verwendung von filtern alier Art, bei eiern das Wesentliche aarin besteht, uaß es aus einem zylindrischen oder kugeligen Außengehciuse besteht, in cias ein zylindrischer oder kugeliger Innenbehälter bzw, linsenförmige Blenden eingebaut sind, so daß das durchgelcitats. Wasser gezwungen ist, das Gerät bauhöhenmäßig gesehen mehr als einmal zu durchfließen. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß der Schiechtwässeranteii auf Grund der größeren Edaichthöhe zu vergleichbaren Geräten und des Durchlaufprinzips sehr stark vermindert bzw. überhaupt nicht mehr vorhanden ist, da sich bei Inbetriebnahme der Dissoziationsgrad schneller erhöht, bevor es zum Wasseraustritt kommt.

Die Neuerung umfaßt noch weitere wertvolle Einzelheiten, die später näher beschrieben sind.

Die Zeichnungen erläutern die Neuerung an Ausführungsbeispielen, und zwar zeigen:

Abb. 1 Seitenansicht eines Gerätes im Schnitt, Abb. 2 Seitenansicht im Schnittmit gegenüber Abb. 1

geänderter Ausführungsform, Abb. 3 eine weitere Ausführungsform im Schnitt.

Abb. 1 zeigt eine Behälterkonstruktion, bei der der Wasserfluß durch zwei hintereinandergeschaltete und ineinanderliegende Kammern, die sich in ihrem Voluminas voneinander unterscheiden können, einmal von oben nach unten und von unten nach oben geleitet wird. Beide Kammern haben aus

Gründen der günstigen Strömungsverhältnisse zylindrische Form. Das äußere Rohr, in welchem das Wasser von oben nach unten strömt, stellt den geschlossenen Behälter dar und ist durch einen druckfesten Deckel 3 abgeschlossen. Im äußeren Rohr befindet sich getrennt von ihm ein kleines inneres Rohr. Das innere Rohr ist durch den Deckel 3 bis auf eine Auslaßöffnung geschlossen und reicht in der Länge bis fast auf den Boden des äußeren Rohres. Das V7asser tritt am äußeren Rand des Deckels durch eiüen Einlauf 1 in den äußeren Behälter ein, läuft nach unten durch die Öffnung des kleineren Rohres wieder nach oben über eine in der Zditte des oberen Deckels angebrachte kleine Öffnung aus.

Der Einlauf 1 ist dabei so gestaltet, daß der Wasseraustritt tangential in den Behälter einströmt und ein kleines Wasserdruckpolster Über dem ganzen oberen Querschnitt gebildet wird. Der Zufluß spritzt somit nicht direkt auf die obere Harzschicht auf und bewegt dieselbe auch nicht. Die durch den tangentialen Linfluß entstehende kleine Kreisströmung führt nicht £.u einer Ilarzschichtveränderung, hat aiber den Vorteil, daß keine toten Zonen entstehen können. Da weiter hin in jedem Wasser geringe Mengen an unlöslichen Schwebstoffen enthalten sind, können sich diese Stoffe nicht durch eine einseitige Strömung ansammeln und keinen kanalartigen Wasserfluß durch die Schicht verursachen, wodurch sich frühzeitiger Schlupf und häufig niedrigere Kapazität ergibt. Das kleine

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obere Wasserdruckpolster kann sich, solange ein Zufluß stat* findet, völlig gleichmäßig durch die äußere Filterschicht nach unten durchsetzen. Am Boden wird der Wasserfluß strömungsgünstig umgelenkt und fließt wieder völlig gleichmäßig durch das innere Rohr nach oben aus.

Bei einer Durchlaufrichtung von oben nach unten können Lufteinschlüsse trotz Entlüftung im oberen Teil nicht ganz vermieden v/erden. Lufteinschlüsse bedeuten aber, daß an diesen Stellen das Viasser um die von der Luft umschlossenen Harzzonen herumfließt und nicht ausgetauscht wird. Bei der Strömung von unten nach oben kann die Luft zwar austreten, es besteht jedoch hier die Gefahr der Bettausdehnung und der damit verbundenen Umschichtung der gesaraten Harzmassen. Desweiteren ist eine völlig satte Füllung eines Behälters, v/elche auch während einer ganzen Laufzeit bestehen bleiben sollte, nicht möglich, da sich die Bettausdehnung während der Erschöpfung Ündert.

Bei der vorliegenden Konstruktion werden aber eingebrachte Luftblasen ausgespült und Umschichtungen vermieden, da die Funktion einen verbundenen von oben nach unten wie auch einen von untcm nach oben strömenden Wasserfluß zuläßt und somit die beiden ungünstigen Faktoren ausscheidet.

Der Auslauf ist so goachaflen, daß keine Harze ausgespült v/erden und besteht aus einer über den ganzen Querschnitt gehenden Lochplatte 2 mit Piltergev/ebe.

Bei Kleingeräten ermöglicht die Behälterkonstruktion bei gleichgehaltenem Harzvolumen durch die zwei miteinander verbundenen Kammern ohne Veränderung des für die Durchflußleistung erforderlichen großen Querschnittes erstmals eine Mindestschichthöhe von 60 cm.

Die in ihrem Volnmen aufeinander abgestimmten Kammergrößen ermöglichen eine vollständigere Ausnutzung der Harze. Der am Ende der Laufzeit größer werdende Schlupf wird durch die letzte kleine Kammer und die längere Schichthöhe herabgesetzt. Der sog. Durchbruch findet bei ejner kleineren noch

nicht erschöpften Harzraenge statt, gegenüber Geräten mit ι

gleichbleibendem Querschnitt. Damit erhöht sich die Gesamtaustauschkapazltät um den Betrag der sonst zum Schluß übrigbleibenden und nicht ausgenutzten Harzschicht.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsiform für größere Geräte,, bei denen eine Mindestschichtliöhe von 60 cm von Haus aus schon erreicht ist. Sie verhindert bei zu großen Schichthöhen die durch das Eigengewicht entstehende größere Verdichtung der Harzkügolehen* Die Leistungsverbesserung von Ionenaustauschern wird durch Einbau von Blenden in einen Rundbehälter erreicht, die eino gleichmäßigere Durchströmung der porösen Filterschicht ermöglichen. Aus Gründen des geringeren Strömungswiderstandea können diese Blenden auch konvexlinsenförmig sein. Hierzu werden strömungsgünstige Kunststoffblenden in zwei verschiedenen Ausführungen abwechselnd übereinander in

zylindrische Behälter eingebaut. Die Ausfährung der Abb. 2 zeigt eine Konvexlinsenform. Das Gegenstück, die zweite Ausführung, hat die Form einer dicken Ringscheibe 5, welche sich zur Mitte hin stark verschmälert. Somit wird der Durchfluß durch die zwischen den Kunststoffblenden liegenden Harze in eine gerichtete Strömung gebracht, die bei gleichmäßiger Verteilung der Viassermenge das Karzbett ohne tote Zonen und ohne einseitige Kanalbildung durchströmt.

In Abb. 3 ist eine Behälterform zur besseren Ausnutzung des Ionenaustauschmaterials veranschaulicht, dieeinen geringeren Platzbedarf bei gleichen Leistungen erfordert. Da'zu v/erden

die Harze in einer für die Strömungsverhältnisse idealen Kugelform eingebracht. Das V/asser strömt unter Druck von der Kugeloberfleiche zum Kugelmittelpunkt und wird dort abgenommen. Das Abnahmesystem 6 in der Mitte der großen Kugel ist eine durchlöcherte Kugel mit einem Piltergewe.be, welches Harzausspülungen verhiidert. Es ist so gestaltet, daß das Wasser ohne zusätzlichen Druckanstieg gleichmäßig durch die ganze Oberfläche dor Abnahmokugel auslaufen kann. Um den Auslauf ist die iiarzschicht 7 kugelförmig aufgeschichtet und wird mitsamt dem Auslauf von einer harzundurchlässigen, jedoch wasserdurchlässigen dünnwandigen mittleren Hohlkugel 8 umfaßt, Diese Hohlkugel 8 wird wiederum von einer nur wenig größeren, jedoch dichten und druckfesten hohlkugeligen Außenummantelung 9 abgeschlossen. Der Wassereintritt erfolgt über die Außenummantelung 9 und breitet sich dort sofort gleich-

mäßig im gesamten Hohlraum zwischen Außcnhohikugex und Harskugelschicht aus. Die mittlere Kugel S ergibt in ihrer über die ganze Oberfläche verteilten gleichmaßigen Wassordurchlässigkeit eine geringere Gesamtdurchlaufmenga als durch die äußere Kugel eintritt. So pflanzt sich das entstandene nasse·* druckpolster völlig gleichmäßig durch die Kugelharzschicht in die Mitte fort, bis es über das Abnahmesystem zum Auslauf kommt. Die Abnahmekugel 6 ist mit einem Rohr 10 verbunden, welches durch den gesamten Kugelbehälter hindurchgeht und das Auslaufen gestattet. Durch diese Konstruktion wird erreicht, daß die gesamte Harzmenge völlig gleichmäßig durchströmt wird, zur gleichen Zeit erschöpft ist und Restzonen von noch nicht beladenem Harz nicht mehr nutzbar gemacht werden können. Außerdem ermöglicht die Konstruktion Raumeinsparungen gegenüber vergleichbaren Geräten mit gleicher Leistung sowie höhere Druckbeaufschlagung.

Sowohl bei den hier beschriebenen, als auch bei bereits bekannten Behälterkonstruktionen, ist nach Erschöpfung der Harzfüllung eine Regeneration notwendig. Üblicherweise wird das Gerät dazu zu einer Regenerierstation gesandt, was erheblichen Zeitverlust bedeutet oder das Harz wird an Ort und Stelle umgetauscht. Das Herauslösen des unregenerierten und das richtige und kompakte Einfüllen des regenerierten Harzes ist sehr zeitraubend, teilweise werden dazu Rüttel- vorrichtungen _t Preßluft etc. benötigt.

Bei dein Gerät nach eier Neuerung werden die Ionenaustauscher-

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materialien und sonstige Filtermaterialien wie Sand, Chemikalien usw. so verpackt, daß sie nach Gebrauch entweder weggeworfen oder leicht ausgetauscht werden können. Hierzu solion Beutel ÜU8 Filtorgewebo, aus Natur- und Synthesefasern und Kunststoff-Folien mit geringem Materialpreis angewendet werden. Der Beutel kann in einen druckfesten Behälter mit einem Handgriff so eingelegt werden, daß nach Verschließen das Gerät sofort betriebsbereit ist und der gebrauchte Beutel entweder ausgetauscht oder vernichtet wird.

Der weitere Vorteil derartiger Beutel ist die einwandfreie, gleichmäßige und kompakte Harzfüllung, wodurch größtmögliche Leistung des Gerätes gewährleistet ist.

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Claims (9)

Schutzanspräche

1. Gerät zum Herstellen von entsalztem Wasser, insbesondere für die Wasseraufbereitung unter Verv/endung von Filtern aller Art, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem zylindrischen oder kugeligen Außengehäuse besteht, in das ein zylindrischer oder kugeliger Innenbehälter bzw. linsenförmige Blenden eingebaut sind, so daß das durchgeleitete Wasser gezwungen ist, das Gerät bauhöhenmäßig gesehen mehr .als einmal zu durchfließen.

2. Geriit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Deckel über dem Außenir.antel abnehmbar ist und einen einwandfreien und sehnrilleren. Umtausch des Filtermaterial ermöglicht,

3. Gerät nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum tangentialen Einleiten des Wassers vorgesehen sind,

4- Gerät, nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß eine Lochplatte mit Siebgewebe im Inivenrohr vorgesehen ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden waagerecht eingebaut sind.

6. Gerät nach üon Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der beiden hintereinander geschalteten Zylinder verschieden groß sind.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu regenerierenden Austauschstoffe in dem kugeligen Innenbehälter gelagert sind.

8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die harze aufnehmenden Filterbeutel aus einfachem Kunststoff-oder Filtergev/ebe bestehen.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterbeutel dem Gerätetyp und der Harzmenge angepaßt sind.