-
Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer flüssigen Lösung Die
Erfindung betrifft die behandlung von Lösungen mit ionenaustauschenden Stoffen durch
Abwärtsführung in einer oder mehreren in einem geschlossenen Behälter befindlichen
Schichten eines Austauschermiaterials.
-
Eine anlage für Ionenaustauschreaktionen besteht gewöhnlich in einem
Behälter oder einer Zelle mit eine rSchicht eines geeigneten körnigen Ionenaustauschmaterials.
Ein solches material nimmt aus einer ionisierten Lösung ein Ion auf und gibt dafür
im austausch ein anderes ion der gleichen ladung ab. kationenaustauscher tauschen
positiv geladene Ionen, Anionenaustauscher negativ geladene Ionen aus.
-
Beim Durchgang durch die und in Berhruing mit der Ionenaustauschschicht
werden die entsprechenden Ionen zwischen Lösung und Austauscher so lange ausgetauscht,
bis der Austauscher mit den aus der Lösungs zu entfernenden Ionen gesättigt und
damit seine Austauschfähigkeit erschöpft ist. Die Austauschfähigkeit läßt sich durch
Behandlung mit einer geeigneten regenerationsflüssigkeit wiederherstellen. Die Hauptphasen
im Austauscherkreislauf sind. Sättigung einerseits und Regeneratoiin andererseits.
Der Austauscher kann immer wieder verwendet werden. die im kreislauf sich abspielenden
reaktionen sind reversibel.
-
Die Erfindung ist ganz allgemein auf Flüssigkeiten anwendbar, hat
aber besondere Bedeutung für die Reinigung von Zuckersäften, wobei ionisierte Verunreinigungen
oder gelöste Salze, die einen Teil des zuckers am Auskristallisieren hindern und
so einen Verlust in Form von Melasse verursachen würden, aus der Zuckerlösung entfernt
werden. Die folgende Beschreibung bezieht sich
daher insbesondere
auf die Behandlung von zuckersäften.
-
Die neuerliche Entwicklung der Verfahren zur Reinigung von zuckersäften.
basiert auf der Entfernung von ionisierten Verunreinigungen oder Salzen aus dem
Saft durch Ionenaustausch mittels eines körnigen organischen Austauschermaterials.
-
Die organischen Austauscstoffe sind als organolithe bekannt, zum Unterschied
zu den anorganischen Zeolithen, die bekanntermaßen in verschiedenen Arten von Industrieanlagen
zur Reinigung von WAsser verwendet werden. ein beispielsweiser prakischer Kreislauf
für die Reinigung von Zuckersaft durch Organolithe verläuft folgendermaßen: 1. Der
zu behandelnde Saft wird durch eine firsche, unter der Fl2ssigkeit liegende austauscherschicht
geleitet, bis dieselbe gesättigt ist; 2. der anhaftende Saft wird von oben nach
unten durch frisches Wasser aus der Schicht ausgewaschen; 3. zur Entfernung fester
Verunreinigungen wird von unten nach oben gewaschen; 4. Regenerationsflüssigkeit
wird durch die von Flüssigkeit bedeckte Schicht von oben nach unten geführt, bis
die Schicht regeneriert ist; 5. die Regenerationsflüssigkeit wird von oben nach
unten aus der Schicht ausgewasche, wonach diese für einen neuen Arbietsgang fertig
ist.
-
Die organolithe sind gegenüber Säuren oder Alkalien im wesentlichen
stabil, während es die Zeolithe nicht swind. Diese Eigenschft der Organolithe ist
wichtig, weil bei der Austauschbehandlung von Zuckersäften infolge des besonderen,
nachstehend beschriebenen austauschmechAnismus sowohl saure wie auch basische Verhaltnisse
auftreten. Zeolithe können nur in einem im wesentlichen neutralen Medium, wie z.
B. bei der Wasserreinigung, verwendet werden. Eine andere Schwierigkeit, die bei
der Wasserreinigung niemals Auftritt, besteht darin, daß Zuckerlösungen einen Wertstoff
(zucker) gelöst enthalten, der Nebenereaktionen eingeht (zuckerinversion), wenn
die Lösungen unzulässig lang sauer gehalten werden, d. h. ein Teil des kristallisierbaren
zuckers wird unter diesen Bedingungen in nicht kristallisierfähigen Zucker umgewandelt
(Invertzuker) und geht als Melasse verloren.
-
Gemäß der Erfindung ist die Verweilzeit der Zuckerlösung in der sauren
austauscherschicht verhältnismäßig kurz, so daß dadurch die Inversion herabgesetzt
wird.
-
Gemäß der Erfindung werden die Wirksamkeit und die ausbeure der austauschreaktion
dadurch erhöht, daß der Druck eines Gases über der flüssigen Schicht und der Strömungswiderstand
so aufeinander eingestellt werden, daß die Schicht im wesentlichen von Flüssigkeit
überdeckt und der flüssigkeitsspiegel zwischen einer oberen und unteren Grenze im
wesentlichen auf der obersten Höhe dr Schicht gehalten wird.
-
Es sit wichtig, die Austauscherschicht frei von Niederschlägen oder
festen Verunreinigungen zu halten, die entweder die Teilchen der Austauschermasse
überziehen oder einhüllen oder sich in den Zwischenräumen oder Lücken zwischen den
einzelnen austauscherteilchen ansammeln. Zuckerlösungen z. B. können solche Stoffe
mit sich führen. ein Teil der festen Verunreingungen kann sich in der Form von Niederschlägen
bei den die Austauschreamaktion begleitenden Reaktionen bilden.
-
Weiter soll das Gesamtvolumen oder die Gesamtkapazität der Schicht
gleichmäßig und wirksam bei der austauschreaktion ausgenutzt werden.
-
Daher soll die Austauscherschicht nicht nur gut ausgewaschen und von
erunreinigungen frei gehalten wrden, sondern auch von gelichmäßiger Tiefe und gleichförmigem
Widerstand über den ganzen querschnitt und gleichmäßig durchlässig für die von oben
nach unten strömende Flüssigkeit sein.die dem Ionenaustausch in der austauscherschicht
ausgesetzte Flüssigkeit soll für einen innigen und wirksamen Kontakt mit dem austauschstoff
von oben nach unten fließen, und die Schicht soll ein kleinstmögliches Volumen einnehmen.
-
Zur aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades der Austauscherschicht
wird zunächst durch die Schicht ein gleichmäßig verteilter, nach oben gerichteter
Strom von Waschwasser derart geleitet, daß sämtliche Teilchen der Schicht in supsension
gehalten werden. Dies ist an sich bekannt und wird nachstehend als Schwebezustand
bezeichnet. Dabei trennen sich die Teilchen entsprechend ihrer Größe in verschiedene
Schichten, die gröbsten am Boden, die feinsten oben. Gleichzeitig wirbeln in den
erschiedenen Schichten die zwar suspendierten, aber in einer Art unstabilem gleichgewicht
befindlichen Teilchen ständig durcheinander. Dadurch wird nicht nur das lose Materila
zwischen den teilchen ausgespült, sondern gleichzeitig eine schwache Reibung zwischen
den einzelnen Teilchen herbeigeführt, so daß feste Verunreinigungen oder Niederschläge,
die an den Teilchen haften, aufgelockert und durch das aufwärts fließ4ende Waschwasser
fortgetragen und am oberen Ende der Zelle entfernt werden können.
-
Wird der aufwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom gestoppt, so setzen
sich die in Schwebe befindlichen Teilchen ab, und zwar in Schichten entsprechend
ihrer Größe die gröbsten unten und die fensten oben. daher muß über der abgesetzten
Schicht ein freier Raum vorgesehen sein, um die durch den Schwebezustand der Teilchen
hervorgerufene Ausdehnung der Schicht zu ermöglichen. Der freie Raum ist so bemessen,
daß keine Teilchen mit der verwendeten, den Schwebezustand bewirkenden flüssigkeit,
die am oberen Ende der Zelle abgezogen wird, fortgeführt werden.
-
In der Zelle solls standig ein solcher Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten
werden, daß die Schicht gerade von Flüssigkeit bedeckt gehalten wird, wodurch die
Nachteile, die sich bei einem Freiwerden der Schicht infolge Eindringen von Luft
in die hohlräume der Teilchen oder bei
einem anstauen vn Flüssigkeit
über der Schicht ergeben, vermieden werden. In letzterem Falle kann der Zuckersaft
unzweckmäßig lang sauer bleiben, wodurch die Zuckerinversion begünstigt wird.
-
Bei der Behandlung von zuckersaft z. B. kann ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels
in der Austauschelle durch die Erhöhung des Strömungswiderstandes infolge Absetzens
von Veruneinigungen und ein Absinken des Spiegels durch den Druck der aus dem Saft
frei gewordenen Luft verursacht werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann z. B. verdichtete
Luft in die Zelle eingeführt oder aus ihr abgelassen. werden. Die Wirkung der verdichteten
Luft in dem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ist mit der Wirkung eines Kolbens
vergleichbar, wobei die Zelle den zylinder darstellt, in wlchem dieser Kolben den
Flüssigkeitsstand steuert. Das Luftkissen von veränderlichem Druck wird daher im
folgenden auch als Luftkolben bezeichnet.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform erfolgt diese Regelung beim Ansteigne
bzw. Abfallen des flüssigkeitsstandes über bzw. unter eine festgelegte Grenze selbsttätig;
dies wird als selbsttätige Standreelung bezeichnet.
-
Zweckmäßig bestehen diese Regelmittel aus zwei durch die Flüssigkeitshöhe
beeinflußten photoelektrischen Vorrichtungen oder automatischen Schwimmersteuerungen
für die absinkung bzw. hebung des Flüssigkeitsspiegels durch Steuerung des Druckgases.
-
Weiter ist eine durchlochte Prallplatte orgesehen, die auf der die
Austauschschicht bedekcenden Foüssigkeit schwimmt und die auf die Oberfläche der
Schicht auftreffende Speiselfüssigkeit auffangt und verteilt. Durch die so erzeilte
Aufrechterhaltung einer ebenen Oberfläche der Schicht wird eine gleichmäßige wirksame
Tiefe und infolgedessen ein gleichmäßiger Strömungswiderstand und gleichmäßige wirksamkeit
der gesawmten Schicht aufrehcterhlten.
-
Die Prallplatte steig tmit dem sich hebenden Flüssigkeitssipegel.
aufwärts und ermöglicht so eine ungehinderte ausdehnung der Schicht, wenn sich die
Teilchen n Suspension befinden. Die aufsteigende Prallplatte wird innerhalb eines
über der eigentlichen Schicht aufrehtzuhaltenden Flüssigkeitsstandes arretiert und
dient so dauz, Störungen des Schwebezustandes der Schicht, die infolge des Abziehens
von Flüssigkeit am oberen Ende auftreten können, zu vereiden.
-
Die Austauscherzelle ist mit einer zentralen Speiseleitung und einem
Sprühventil versehen, aus dem die Speiseflüssigkeit unter Druck austritt, so daß
sie auf konzentrisch zum Ventil liegenden zonen der austauscherschicht auftrifft.
-
Die Speiseleitung steigt vom Unterteil der Zelle auf und ist von der
Austauschermasse umgeben.
-
Sie endigt in einem gewichtsbelasteten Ventil, durch das die Speiseflüssigkeit
über die Oberfläche der austauscherschicht verteilt wird. die die Speiseleitung
umgegende Austauscherischicht bildet also eine zusammenhängende und gleichförmige
Masse und kanna ls soche mit gelichmäßiger Tiefe und gleichmäßigem strömungswiderstand
aufrechterhalten werden.
-
Weiter getriffte die Erfndung Mittel, um die Teilchen der austauscherschicht
in suspension zu halten. diese Mittel umfassen eine gelochte Platte, auf der die
Austauschermasse ruht und die so gebaut ist, daß sie ein gleichmäßiges aufwärtsströmen
des Waschwassers durch die Gesamtfläche der Schicht mit einer Geschwindigkeit bewirkt,
die den Schwebezustand aller Teilchen der Schicht gewährleistet. Dank der vorstehend
erwähnten Größenschichtung der Teilchen der Austauscherschicht brauchen die Löcher
in der gelochten, die Schicht tragenden Platte nur so groß zu sein,um den Druchtritt
der größten Teilchen im unteren Teil der austrauscherschicht zu verhindern.
-
Die Erfindung wird im folgenden anHand der Zeichnung näher erlautert.
-
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Seitenanscht der austauscherzelle,
teilweise im Schnitt, Fig. 2, 3 und 4 Schnitte längs der Linien 2-2, 3-3 bzw. 4-4
in Fig. 1, welche Einzelheiten der anordnung der Lochplatte im Unterteil des Behalters,
Einzelheiten der Prallpaltte und (insbesondere fig. 20 Einzehleiten der anordnung
der photoelektrischen Zellen für die selbsttätige Regelung des Flüssigkeitsssandes
in der Zell zeigen, Fig. 5 Einzelteile der austauscherzelle, um den Zusammenau drselben
klar werden zu lassen, Fig. 6,6a und 6b die wirkungsweis der photoelektrischen Zellen
fr die selbsttätige Regelung des Flüssigkeitsstandes in der Austauscherzelle; Fig.
6a und 6b sind senkreichte Teilschnitte längs der Linien 5-5 bzw. 5'-5', Fig, 7
eine Abwandlung der selbsttätigen Flüssigkeitsstandregelung, bei der die Regelung
durch Schwimmer bewirkt wird, Fig. 8 bis 13 schematische Ansichten, die die verscheidenen
Phasen des Arbeitsganges der Zelle zeigen, Fig. 14 und 15 schematisch die Erzseugeung
und Aufrechterhaltung der Schichtung der Teilchen des Austauschermaterials nach
ihrer Größe, Fig. 16, 17 und 18 Teilansichten, die die untere Grenze, die normale
oder mittlere Höhe und die obere grenze des flüssigkeitsspiegels über dem austauscherbett
und die entsprechenden Stellungen der Prallpaltte zeigen.
-
Da die Erfindung in bezug auf die Reinigung von Zuckersäften durch
ioneaustausch beschrieben werden soll, folgt nun eine kurze Beschreibung des chemischen
Austauschprozesses, mittels dessen ionisierte Verunreinigungen oder gelöste Salze
aus dem Zuckersaft ausgeschieden und durch molare Äquivalente von reinem und verdampfbarem
Wasser ersetzt werden.
-
Für die Extraktion von Fremdstoffen und insbesondere von Salzen aus
Zuckersaft oder -sirup werden zwei Haupttypen von Austauschermassen
verwendet.
die einen sind die Kationenaustauscher, d. h. solche, die im Wasserstoffionenzyklus
arbeiten und aus dem Saft die positiv geladenen ionen, wie Calcium, Magnesium, Natrium
und Kalium, aufnehmen. Wird der Kationenaustauschermasse (oder der die masse enthaltende
Zelle) Saft zugeführt, so daß er dieselbe durchströmt, so tauschen sich die Katinen
des Saftes mit den Wasserstoffionen des Austauschers aus, bis die Austauschfähigkeit
der Masse erschöfpt und diese so weit mit den Kationen gesättigt ist, daß sie im
wesentlichen keinen weiteren Austausch mehr bewirkt. hierauf muß die Kationenaustauscherschicht
durch Kontakt mit einem Regeneriermittel in Form einer iionisierten starken Säure,
wie Salzsäure oder Schwefelsäure, regeneriert werden. Während der Regeneratoin spielt
sich in dem Austauscher der umgekehrte Prozeß ab, d. h. die zurckgebliebenen kationen
tauschen sich mit den Wasserstoffionen der regenerierenden Säure aus, wobei die
Kationen aus der masse entfernt werden, bis die Schicht wieder völlig mit WAsserstoffionen
beladen ist.
-
Dem die Kationenaustauscherschicht verlassenden Saft sind die basischen
Verunreinigungen im wesentlichen entzogen; er enthält jedoch noch Chloride, Sulfate
und ähnliche negativ ionisierte Verunreinigungen. Daher wird der im wesentlichen
von seinen positiv ionisierten oder kationisierten Verunreinigungen befreite Sft
durch einen ionenaustauscher geleitet, der im hydroxylzyklus arbeitet. Beim Durchströmen
der anionenaustauscherschicht werden die Chlorid-, Sulfat- und anderen negativen
AIonen des Saftes mit den Hdyroxylionen der Schicht ausgetauscht, bis diese mit
den ausscheidenden Anionen gesättigt ist. Dann muß die Schicht durch kontakt mit
einem ionisierten alkalihydroxyd oder -carbonat, nsbesondere natriumhydroxyd oder
-carbonat, regeneriert werden. Während der Regeneration spielt sich der umgekehrte
Vorgang ab, d. h. die von dem Bett absorbierten Chlorid-, Sulfat- und anderen Ionen
tauschen sich mit den Hydroxylionen des basischen Regenerierungsmittels aus, wobei
die negativen Ionen oder Anionen aus der masse entfernt werden, bis die Anionenaustauschermasse
wieder mit den Hydroxylionen beladen is.t Beim Durchströmen der Anionenaustauscherschicht
wird der Saft im wesentlichen von seinen negativen oder salzbildenden Ionen befriet,
da diese in dem Austauscher zurückbleiben.Es werden also die sauren oder positiven
Ionen des Saftes beim Druchströmen einer Kationenaustauscherschicht aus ihm entfernt,
und die negativen oder Säure bildenden Ionen werden beim anschließenden Durchströmen
einer Anionenaustauscherschicht entfernt.
-
Die Sättigung einer frischen Austauscherschicht schreitet bei abwärts
gerichtetem Durchfluß der Lösung kontinuierlich vom oberen zum unteren Ende der
austauscherschicht vor. somit tritt allmählich eine Verringerung der Austauschintensität
ein. dies wird durch ein entsprechendes ansteigen des pH-Wertes der aus dem Austauscher
austretenden Lösung angezeigt und ist ein Zeichen dafür, daß ein frischer oder regenerierter
Austauscher an die Stelle des nahezu erschöpften zu treten hat. die Regeneration
einer Austauscherschicht shreitet in gleicher Weise allmählich durhc das Bett fort.
-
Die Austauscherschichten müssen jeweils sowohl vor als auch nach de
rRegenerierung gut mit Wasser ausgewaschen werden.Auf diese Weise können unerwunschte
Reaktionen zwischen ionisierten Bestandteilen des Saftes und der Regenerierlösung
in der austauscherschicht vermieden werden, und der austauscher kann mit im wesentlichen
unvermindertem Wirkungsgrad in regelmäßigem Kreislauf gehalten werden.
-
Geeignete säure- und alkalieständige austauschermaterialien sind synthetische
Harze, und zwar insbesondere solche, die durch Kondensation gelöser organischer
Verbindungen, wie sulfurierter phenole oder aromatischer Amine, mit einem Aldehyd
erhalten werden.
-
Die Austauscherzelle gemäß der Erfindung besteht aus einem senkrechten
zylindrischen Behälter 10 mit einem zylindrischen Teil 11, der mit Auflagern 11a
und einem ihn oben abschließenden an ihm mittels der mit der dichtung 13a versehenen
Flanschverbindung 13 befestigten Deckel 12 versehen ist und einen ihn unten abschließenden
Boden 14 aufweist, der mittels der Flanschverbindung 15 mit Dichtung 15a befestigt
ist. zwischen dem unteren Ende des zylindrischen Teiles 11 und dem Boden 14 ist
die Lochpaltte 16 angeordnet, welche die die Austauscherschicht bildende körnige
Austauschermasse trägt, die durch ihre Tiefe D bezeichnet ist. Die Lochplatte 16
ist sowohl an ihrer Ober- als auch an ihrer Unterseite eingeschlossen von einem
System von Rippen, die einerseits an dem Teil 11 des Behälters, andererseits am
Boden 14 angeordnet sind. die anordnung dieser Rippen ist aus den querschnitten
der Fig. 3 und 4 zu erkennen sowie aus Fig. 5, in der diese Teile auseinandergezogen
dargestellt sind.
-
Das untere Ende des Teiles 11 ist mit einem System von ringförmigen
konzentrischen Rippen 17 versehen, die ovn radialen rippen 18 gekreutzt werden.
Der Boden 14 weist konzentrische Rippen 19 auf, die mit den konzentrischen Ripen
17 fluchten.
-
Der Boden 14 der Zelle ist schwach konisch und hat eine äußere Wand
20 vom gleichen Durchmesser wie Teil 11 und vier radiale Kanäle 21, die in den mittleren
Schacht 22 münden.Durch diesen Schacht 22 rage nach oben in das Innere der Zelle
die Speiseleitung 23, die mittels des Flansches 25 gehalten wird. Der Flansch 25
sitzt an der Speiseleitung und ist mittels der flanschverbindung 25a nebst Dichtung
25b mit dem unjteren Ende des Mittelschacvhtes 22 verbunden. Die Speiseleitung 23
ist gegen die Lochpaltte 16, die von ihr durchdrungen wird, abgedichtet, um den
Übertritt von Austauschermasse in den schacht 22 zu verhindern. diese Dichtung besteht
aus dem hohlen kegeligen Teil oder Sitz 26, der gleichsam eine Nabe darstellt, von
der die radialen Rippen 18 ausgehen.
-
Der Sitz 26 besteht mit dem Teil 16 aus einem Stück. Die Dichtung
besteht ferner aus dem kege-
ligen Teil 27, das mit der Speiseleitung
23 aus einem Stück besteht und in eingebautem Zustand in den Sitz 26 paßt. Die Stellung
des teiles 11 mit seinem system von Rippen 17 und 18 und der Nabe 26, der Lochplatte
16, des Bodens 14 mit seinen konzentrischen rippen 19, seinen radialen Kanälen 21
und seinem mittelschacht 22 und der Speiseleitung 23 mit ihrem Flansch 24 und ihrem
kegeligen Teil 27 zueinander ist ersichtlich aus Fig. 5, in der diese Teile auseinandergezogen
dargestellt sind.
-
Die speiseleitung 23 ragt etwa bis zur halben Höhe in das Innere der
Zelle und endigt etwas oberhalb der Austauscherschiht d, wenn sich diese in abgesetztem
zustand befindet. Das obere Ende der Speiseleitung 23 ist mit einem Enlßventil 28
versehen, das aus dem Ventilkörper 29 und dem Ventilsitz 29a besteht. Der Ventilkörper
wird durch sein entsprechend bemessenes Gewicht auf den Sitz gedrückt. Die unter
einem geeigneten Druck durch die Speiseleitung aufsteigende Speiseflüssigkeit hebt
den Ventilkörper 29 so weit von seinem Sitz ab, daß die Speisefl2ssigkeit in Strahlen
aus dem Einlaßventil 28 austritt und auf zum Ventil konzentrische Zonen der Oberfläche
der Austauscherschicht trifft. Der Hub des Ventilkörpers 20 wird begrenzt durch
das nach unten ragende zylindrische Teil 28a, das oben am Deckel 12 der Zelle befestigt
ist. Flüssigkeit, die in dieser Weise durch das Enläventil eingeführt wurde, strömt
nach unten durch die Schicht D und durch die Löcher 16a der Lochpaltte 16, sammelt
sich mittels der radialen kanäle 21 im mittelschacht 22 und velräßt den Schacht
und den Austauscher durch das radiale Rohr 30. Dieses Rohr dient als Auslaß für
die behandelte Flüssigkeit oder auch für verbrauchte Regenerierlösung nach derem
abwärts gerichteten Durchtritt durch die Austauscherschicht. Es dient ferner als
Einlaß für eine umgekehrte Strömung, d. h. für Waschwasser, das unten einzuführen
ist und aufwärts durch das Austauscherbett, wie nachstehend beschrieben, geleitet
wird. Aus dem Rohr 30 kann die ustretende Flüssigkeit durch eines der Steigrohre
31, 32, 33 aufsteigen, deren Überlauf so hoch liegt, daß die austauschermasse der
Schicht normalerweise von Flüssigkeit bedeckt ist.
-
Für den Arbeitsgang dienen ferner folgende Leitungen und Ventile:
Eine Sammelleitung 34, in die die mit einem Ventil 36 versehene zuleitung 35 für
Regenerierlösung, die mit einem Ventil 38 versehene zuleitung 37 für die zu behandelnde
Flüssigkeit, beispielsweise Zuckersaft, die mit einem Ventil 40 versehene Wasserzuleitung
39 und die mit einem Ventil 42 ersehene Wasserumgangsleitung 41 münden ; letztere
gestattet dem radialen Rohr 30, WAsser unter Umgehung der Sammelleitung 34 zuzuführen.
Die Sammelleitung 34 ist ferner mit den Ventilen 43 bzw. 44 versehen, die zwischen
dem Einlaß 35 der Regenerierfl2ssigkeit und dem Safteinlaß 37 bzw. zwischen dem
Safteinlaß 37 und dem Wassereinlß 39 angeordnet sind. Ds radiale Rohr 30 ist mit
einem Absperrventil 45 versehen, das geschlossen wird, wenn Waschwasser über die
Umgangsleitung 41 und das Rohr 30 unten in die Austauscherschicht eingeführt wird.
Die Steigrohre 31, 32, 33 sind mit Absperrentilen 31a, 32a, 33a versehen. Das radiale
Rohr 30 steht in Verbindung mti der Sammelleitung 46, von der die genannten Steigrohre
31, 32, 33 ausgehen und an die sich die mit einem absperrventil 48 versehene Leitung
47 anschließt, durch die die behandelte Flüssikgeit oder Lösung zur weiteren Behandlung
einer weiteren austauscherzelle zugeführt werden kann.
-
Wenn im Verlauf des Arbeitsganges die Schicht dr Austauschermasse
zwecks Entfernung fester Verunreinigungen od. dgl. ausgewAschen werden muß, so wird
nach Öffnen der Ventile 40 und 42 Waschflüssigkeit oder Wasser unter Druck durch
das radiale Rohr 30 eingeführt, wobei dieübrigen bis jetzt genannten Ventile geschlossen
werden. aus dem radialen Rohr 30 gelangt das Waschwasser in den Mittelschacht 22
und dann durch die radialen Kanäle 21 zu allen Punkten der Lochplatte 16 und durch
deren Löcher 16a und steigt die gesamte wirksame Höhe H der Zelle hinauf bis zu
dem Überlauf, der durch den Rand der am inneren Umfang des oberen Zellenendes angeordneten
Rinne 49 gebildet wird. Die Waschflüssigkeit steigt, bis sie in diese Rinne überfließt,
aus der sie in die mit einem Ventil 50a versehenen Abflußleitung 50 abströmt.
-
Normalerweise, d. h. wenn die durch das Einlaßventil 28 zugeführte
Flüssigkeit durch die austauscherschicht nach unten strömt, ist gemäß der Erfindung,
wie nachstehend beschrieben, ein mittlerer Flüsigkeitsstand L aufrechtzuerhalten,
der wenig oberhalb der Oberflache der austauscherschicht liegt und vorzugsweise
gerade ausreicht, um die Austauschermasse von Flüssigkeit bedeckt und damit die
tote Flüssigkeitsmenge oberhalb der AustauschermAsse auf einem Minimum zu halten.
Der mittelre Stand L wird durch Steuerorgane aufrechterhalten, wobei er entweder
von Hand eingestellt oder selbsttätig auf einen zwischen einer oberen Grenzlage
L1 und einer unteren Grenzlage L2 liegenden Stand geregelt wird. Fig.1 zeigt die
vom Flüssigkeitsspiegel beim mittleren Stand L getragene schwimmende Prallplatte
51, die so oberhalb der obersten Schicht des Bettes in der Lösung schwimmend gehalten
wird.
-
Wenn die Flüssigkeitsströmung durch die austauscherschicht umgekehrt
wird, d. h. wenn Waschflüssigkeit während des Auswaschens von unten nach oben durchgeleitet
wird, steigt die Prallplatte 51 mit dem steigenden Spiegel der aufwärts strömenden
Flüssigkeit empor, während das Schichtmaterila allmählich in den Suspensions-oder
Schwebezustand übergeführt wird. Die Höhe der Zelle und die Geschwindigkeit der
Waschflüssigkeit beim Aufwärtsströmen sind so bemessen, daß der gewünschte Schwebezustand
der Teilchen sich einstellt, ohne daß die Teilchen dabei den Überlauf der Zelle
erreichen. die aufsteigende prallplatte wird angehalten, wenn sie die Unterseite
der Rinne 49 erreicht (vgl. die gestrichelte Stellung in Fig. 1). Die überschüssige
Wasch-
flüssigkeit, die weiter durch das Bett aufsteigt und sie
im Schwebezustand erhält, tritt durch die Löcher 51a der Prallpaltte 51, fließt
über in die Rinne 49 und verläßt die Zelle durch die Abflußleitung 50 und das ventil
50a.
-
Nahe dem Boden ist die Austauscherzelle mit einem Ablaß 52 mit Ablaßhahn
oder -ventil 53 versehen. Im Deckel 12 ist ein Mannloch 54 angeordnet, dAs von der
mit Flansch 56 und Dichtung 56a versehenen Deckplatte 55 abgedeckt wird.
-
Die photoelektrische Steuerung, mittels derer der mittlere flüssigkeitsspiegel
oberhalb der Austauscherschicht selbsttätig aufrechterhalten und die Schwankungen
des Flüssigkeitsspiegels L innerhalb der Grenzlagen L1 und L2 gehalten werden sowie
ihre arbeitsweise sind aus Fig. 1 und 6 zu ersehen Die eine der beiden den Flüssigkeitsspiegel
regelnden photoelektrischen Zellen spricht an, wenn die untere Grenzlage des Spiegels
erreicht ist, und veranlaßt über Realis das ablAssen von Druckluft oder -gas Aus
der Zelle, während die andere photoelektrische Zelle anspricht, wenn die obere Grenzlage
des Spiegels erriecht ist, und übe Relais die Einlführung von Druckluft oder -gas
in die Zelle veranlaßt. Die beiden photoelektrischen.Zellen hawlten also selbsttätig
den Flüssigkeitsstawnd innerhalb vorbestimmter Grenzen und beschränken die unerwünschte
tote Menge an Lösung oder Zuckersaft über der austauschermasse auf ein Minimum.
-
Die photoelektrische steuerung wird nunmehr an Hand der Fig. 6, insbesondere
der Teilschnitte entlang der Linien 5-5 und 5'-5' beschrieben. Die Austauscherzelel
ist auf jeder Seite etwa in der Mitte mit einem Flüssigkeitsstandanzeigergehäuse
57 bzw. 58 versehen. Jedes dieser Gehäuse kommuniziert über eine unter eund eine
obere Öffnung mit dem Innern der Zelle.Die Öffnungen sind durch flüssigkeitsdurchlässige
Glieder 58a und 58b aus Sieb- oder Drahtgeflecht abgedeckt, durch die die Teilchen
der Austauschermasse von den Gehäusen 57 und 58 ferngehalten werden.Der Boden jedes
Gehäuses 57 und 58 ist mit einer Ablaß- oer Reinigungsöffnung in Form eines Ablaßhahnes
58c versehen, so daß Austauschermasseteilchen, die durch die Siebe 58a und 58b gedrungen
sind, entfernt oder ausgespült werden können. Jedes Gehäuse hat auf gegenüberliegenden
Seiten Fenster 59 und 60, so daß ein durch die Fenster geleiteter Lichtstrom entwder
hindurchgeht odr unterbrochen oder geschwächt wird je nachdem, ob die in dem Gehäuse
infolge der hdyraulischen Verbindung mit der austauscherzelle auf- und absteigende
Flüssigkeit in den Strahlengang tritt oder nicht.
-
Die Flüssigkeit, beispielswiese zuckersaft, schwächt den Lichtstrahl,
und die photoelektrische Zelle ist so eingestellt, daß sie bei Schwächung des Lichtstrahles
einen Steuerimpuls abgibt. Umgekehrt kann die Einrichtung auch so eingestellt sein,
daß sie untätig ist, wenn der Lichtstrahl verdunkelt ist, jedoch einen Steuerimpuls
abgibt, wenn der Lichtstrahl ungehindert durch die Standanzeiger tritt.
-
Der durchschtige Teil des Standanzeigergehäuses 57 liegt im Weg eines
Lichtstrahles der photoelektrischen Einrichtung 61, während das andere Standanzeigergehäuse
58 im Weg des Lichtstrahles der anderen photoelektrischen Einrichtung62 liegt.
-
Die photoelektrischen Einrichtungen sind durch ausschwenkbare Schutzhauben
61a und 62a abgedeckt, und ihre Höhenlage kann mittels der senkrechten Spindeln
61b und 62b eingestellt werden.
-
Fig. 2 zeigt diese photoelektrischen Einrichtungen im Grundriß, während
Fig. 6a Teilsfchnitte 5-5 und 5'-5' zeigt, die ihre anordnung und Wirkungsweise
erkennen lassen. Gemäß Fig. 6 besteht die photoelektrische Enrichtung 61 aus einer
Lichtquelle 63 an der einen Seite des Standanzeigergehäuses 57 und einem Mchtempfindlichen
Relais 64 an der gegen2berliegenden Seite des Standanzeigergehäuses 57. Dementsprechend
besteht die andere photoelektrische Einrchtung 62 aus einer Lichtquelle 65 an der
einen Seite des Standanzeigergehäuses 58 und einem lichtempfindlichen. Relais 66
an der gegenüberliegenden Seite des Standanzeigergehäuses 58. Die photoelektrische
Einrichtung 61 ist so angeordnet und eingestellt, daß sie nicht anspricht, solange
die Flüssigkeit im Gehäuse 57 hoch genug steht, um den von der Lichtquelle 63 ausgehenden
Lichtstrahl zu verdunkeln. Dies ist der Fall, wenn der Flüssigkeitsspiegel sich
oberhalb seiner unterne Grenzlage L2, beispielswiese in seiner Mittellage L, befindet.Wenn
der Spiegel inifolge einer Änderung der Druckverhältnisse im innern der Zelle auf
seine untere Grenzlage absinkt, so geht der von der Lichtquelle 63 ausgehende Lichtstrahl
durch den durchsichtigen Teil des Standanzeigergehäuses 57 hindurch, trifft auf
das lichtempfindliche Relais 64 und läßt dieses einen Stromkreis schließen, durch
den das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 67 geöffnet und so zur Druckerniedrigung
ein Teil des gasförmigen Mediums in der Zelle, beispielsweise Luft, durch die Öffnung
68a des Teiles 28a und die Leitungen 68, 69 und 70 abgelasen wird. Im Deckel 12
des Behälters ist ein von Hand zu betätigender Hahn 70a angeordnet. In dem hohlen
Teil 28a ist eine von der Unterkante der Öffnung 68a ausgehende schräge Trennwand
68b angeordnet. Die Öffnung 68a ermöglicht das Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels,
solange Speiseflüssigkeit in die Zelle eingeführt wird. Die ansteigende Flüssigkeit
verdunkelt den durch das Standanzeigergehäuse 57 gehenden Lichtstrahl 57a wieder
und unterbricht hierdurch den die Spule des Ablaßventils 67 erregenden Stromkreis,
so daß sich dieses schließt. Der neue auf diese Weise sich einstellende flüssigkeitsstand
liegt innerhalb der festgelegten Grenzen und wird aufrechterhaltne, solange keine
unzulässigen Druckschwankungen im Innern der Zelle auftreten.
-
Die andere photoelektrische Einrichtung 62 arbeitet ahnlich und spricht
an, enn der Flüssigkeitsspiegel die obere Grenzlage L1 erreicht. die photoelektrische
Einrichtung 62 ist in bezug auf das ihr zugeordnete Standanzeigergehäuse 58 so angeordnet
und eingestellt, daß normalerweise und solange der Flüssigkeitsspiegel unter der
oberen Grenzlage L1 liegt, der von der Lichtquelle 65 aus
gesandte
Lichtstrahl 65a unverdunkelt bleibt, da sein Weg nicht durch einen unzulässigen
Anstieg der Flüssigkeit in der Anzeigekammer beeinträchtigt wird. Wenn jedoch ein
anwachsen des Strömungswiderstandes der Schicht oder eine Änderung des Luftdruckes
in der Zelle den Anstieg des Flüssigkeitsspiegels bis zu seiner festigelegten oberen
Grezlage hervorriuft, so wird hierdurch das normalerweise durch das Anzeigergebäuse
58 gehende Licht verdunkelt, und das lichtempfindliche Relais 66 schließt einen
die Spule des Druckluftentils 71 erregenden Stromkreis. Das Ventil 71, öffnet sich
und läßt verdichtete Luft aus der Druckluftleitung 72 über die Leitungen 73, 74,
68 in das Innere der Zelle treten. Für die elektromagnetisch gesteuertne Ventile
67 und 71 können die in dem Industrial Control Handbook der General Electric Co
vom Mai 1939, CR 9507, S. 5 und 6 gezeigten verwendet werden. In der Druckluftzuleitung
74 ist noch ein von Hand betätigtes Ventil 75 angeordnet.
-
Die beiden photoelektrischen Einrichtungen 61 und 62 werden über die
beiden Leite r76 und 77 von einer gemeinsamen Stromquelle gespeist.
-
Zweigleitungen 78 und 79 führen zu den Punkten 80 und 81, von welchen
aus die leiter 82 und 83 die Lichtquelle 63 speisen, während der parallele, aus
den Leitern 84, 85, 86 und 87 bestehende, das lichtempfindliche Relais 64 enthaltende
Stromkreis bei Schließung des Stromkreises durch diess Relais 64 das Ablaßventil
67 durch Erregung seiner spule betätigt.
-
Ähnliche Zweigleitungne speisen die andere photoelektrische Einrichtung
62 und das ihr zugeordnete elektromagnetisch betatigte Druckluftventil 71. von den
Punkten 88 und 89 der gemeinsamen Speiseleitung führen Leiter 90 und 91 zu den Punkten
92 und 93, von denen aus der eine durch die Leite r94 und 95 gebildete Stromkreis
die Lichtquelle 65 speist, wahrend der andere aus deen Leitern 96, 97, 98 und 99
gebildete Stromkreis die Spule des elektromagnetisch betätigten Ventils 71 erregt,
wenn er durch das lichtempfinidliche Relais geschlosen wird.
-
Solgane der flüssigkeitsspiegel in der Zelle innerhalb der oberen
bzw. unteren Grenzlage L1 bzw. L2 liegt, sind die Relais der photoelektrischen Einerichtungen
ausgeschaltet, so daß die beiden elektromagnetisch gesteuertne Ventile 67 und 71
geschlossen bleiben. Wenn das Luftvolumen in der Zelle zunimmt, sei es, daß die
in der Speiseflüssigkeit eingeschlossene luft frei wird und sich als Luftkissen
über der Flüsigkeit sammelt, sei es, daß sich infolge mit dem Ionenaustaushc verbundener
chemischer Reaktionen in der Zelle Gase bilden, so wird durch diese Ansammlung gasförmiger
Stoffe der Flüssigkeitsspiegel hinuntergedrückt.Wenn die Absenkung die untere Grenze
L2# erreicht, so wird der Flüssigkeitsstand selbsttätig korrigiert, da die photoelektrische
Einrichtung 61 dann anspricht und das Albaßventil 67 so lange öffnet, bis sich wieder
die mittlere Flüssigkeitsspiegellage L eingestellt hat. Wenn andererseits der spiegel
bis zur oberen Grenzlage L1 ansteigt, was als Folge eines erhöten Widerstandes für
den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Schicht oder eine Reihe von Schichten eintreten
kann, dann spricht die photoelektrische Einrichtung 62 an, öffnet das Druckluftventil
71 und läßt so lange verdichtete Lfut in die Zelle eintreten, bis die mittlere Lage
L des Flüssigkeitsspiegels wiederhergestellt ist.
-
Die schwimmende Prallplatte 51 macht die Lageänderungen des Flüssigkeitsspiegels
in der austauscherzelle mit, wie Fig. 16, 17und 18 erkennen lassen. Wenn de rspiegel
die untere Grenzlage L2 einnimmt, liegt die Prallplatte auf der Austauscherschicht
auf (vgl. Fig. 16). Wenn der Spiegel die Mittellage L einnimmt (vg. Fig. 17), schwimmt
die Prallplatte auf einer dünnen, zwischen ihr und der Schicht befindlichen Flüssigkeitsschicht,
während die Flüssigkeitsschicht zwischen der Prallplatte und der Schicht etwas größer
ist, wenn der Spiegel die obere Grenzlage l1 einnimmt (vgl.
-
Fig. 18). In allen drei Stellungen jedoch wirkt die Prallplatte als
Flüssigkeitsverdranger, mit dem Erfolg, daß die über der Schicht befindliche Flüssigkeitsmenge
auf jeden Fall durch die Verdrängung duch die Prallplatte 51 verrngert wird. Dies
bedeutet, daß entsprechend kleinere Unterschiede der Flüssigkeitsmenge oberhalb
der Austauscherschicht die selbsttätige Steuerung des Flüssigkeitsstandes auslösen
und daß sich jederziet eine entsprechend kleienere menge überschüssiger Flüssigkeit
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet.
-
Mittels der beschriebenen photoelektrischen Einrichtung kann beispielsweise
der flüssigkeitsstand in der austauscherzelle so gesteuert werden, daß er beispielsweise
nicht mehr als 7,5 cm über l1 und 7,5 cm unte rL2 dem mittleren spiegel L liegt.
-
Die Stellung der beiden Grenzlagen kann beispielsweise so sein, daß
die untere Grenzlage l2 nicht mehr und nicht weniger als etwa 1,2 cm über der Oberflache
der austauscherschicht liegt. Der Flüssigkeitsstand wird als mit einer Gesamtabweichung
von 15 cm gesteuert, und der Flüssigkeitsspiegel liegt mindestens 1,2 cm und höchstens
16,2 cm über der Oberfläche der Austauscherschicht. Bei einer Schicht von 1,8 m
Tiefe mit 60 % Hohlräumen zwsichen den Körnern der Schicht bedeutet dies eine Änderung
der Verwelzeit des Saftes im Bett von angenähert 7 %.
-
Fig. 7 zeigt eine andere Bauart, bei der an Stelle der photoelektrischen
Einrichtung schwimmergesteuerte Ventile verwendet werden, di den Flüssigkeitsstand
in ähnlicher Weise steuern, so daß er selbsttätig durch Änjderung des Gas- oder
luftdruckes über dem Flüssgkeitsspiegel in der Zelle eingestellt wird. Diese Einrichtung
besteht aus den schwimmergesteuerten Ventilen 100 bzw.
-
101, von denen das eine einAblaßventil und das andere ein Zuschußdruckventil
ist. Das Ablaßventil 100 läßt überschüssigen Druck aus dem Innern der Zelle ab,
während das zuschußdruckventil 101 ein unter Druck stehendes gasfßrmiges Mittel,
wie verdichtete Luft, in das Innere der Zelle eintreten läßt.
-
Die ventilanordnung 100 besteht aus einer Schwimmerkammer 102, die
mit der das Austauscherbett bedekenden Flüssigkeit kommuniziert, einem Schwimmer
103 in dieser Kammer, von dem eine Ventilstange 104 durch eine Stopfbuchse 105 nach
oben ragt. die Stange 104 trägt einen Ventilteller 106, der mit dem Ventilisitz
107 des Ventilgehäuses 108 zusammenarbeitet. die Einführung der Stange 104 in das
Ventilgehäuse wird mittels der Stopfbuchse 109 abgedichtet. Das mittels der Konsole
108a am Deckel 12 befestigte Ventilgehäuse 108 weist eine untere Kammer 110 und
eine obere Kamemr 111 auf. In die untere Kammer 110 mündet die Druckablaßleitung
112, die über die durch die Mitte des Deckels 12 gehende Leitung 113 mit dem Innern
der Zelle in Verbindung steht.
-
Ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels in der Zelle läßt den Schwimmer
103 absinken, wodurch der Ventilteller 106 nach unten aus seinem sitz 107 bewegt
wird und Überdruck aus dem Innern der Zelle in die obere Ventilkammer 111 und von
drot durch eine Abzugsleitung 114 nach außen entweicht. gleicherweise besteht das
Zuschußdruckventil 101 aus einer Schwimmerkammer 115, die mit der Flüssigkeit in
der Austauscherzelle in Verbindung steht, einem Schwimmer 116 in der Schwimmerkammer,
von dem eine Ventilsange 117 sich durch eine Stopfbuchse 118 nach oben ersteckt.
Das obere Ende der Ventilstange 117 trägt eine Ventiltelle r199, der mit einem in
dem Gehäuse 121 befindlichen Ventilsitz 120 zusammenarbeitet. Die ventilstange 117
ragt durch die Stopfbuchse 122 in das Ventilgehäuse hinein Das mittels der Konsole
121a am Deckel 12 befestigte Ventilgehäuse 121 besitzt eine obere Kammer 123 und
eine untere Kammer 124. Die untere Kammer steht mit einer druckluftzuleitung 125
in Verbindung, die zu der Leitung 113 führt. Die Druckluftzuführungsleitung 125
und die Druckluftableitung 112 besitzen ein gemeinsames verbindungsstück 113a mit
der is Innere der Zelle führenden Rohrleitung 113. Die obere Kammer 123 ist mit
einer von einer Druckluftsammelleitung 127 kommenden Druckluftzuschußleitung 126
in Verbindung und besitzt ein handbetätigtes Ablaßventil 128. zur Druckangabe im
Innern der Zelle ist ein Manometer 129 vorgesehen.
-
Die Ventilanordnung 100 zum Ablassen des Druckes arbeitet im entgegengesetzten
Sinn wie die Ventilanordnung 101 zur Erhöhung des Druckes.
-
Das heißt, wenn der Flüssigkeitsspiegel bis auf einen vorherbestimmten
untersten Wert L2 absinkt, öffnet sich das ventil 100 durch Abheben des Ventilteller
106 von seinem Sitz 107, wodurch dann der Überdruck aus dem innern der Zelle durch
die Leitung nach außen entweichen und der Flüssigkeitsspiegel wieder ansteigen kann,
vorausgesetzt, daß weiter gleichmäßig speisefl2ssigkeit zugeführt wird. der Ventilteller
119 der anderen Ventilanordnung 101 dagegen bleibt unter dem Einfluß seines Gewichtes
auf seinem Sitz 120 und hält so die Druckluft aus der Leitung 127 vom innern der
Zelle fern. Steigt andererseits der Spiegel in der Zelle bis zu dem festgelegten
Maximum L1, so wird der Ventilteller 106 des Ablaßventils nach oben bewegt und das
Ventil geschlossen, während der Ventilteller 119 des Zuschußdruckventils von seinem
Sitz 120 abgehoben wird, wourch, unter der Voraussetzung, daß das Druckventil 128
offen ist, Druckluft durch die Leitung 125 in das Innere der Zelle geleitet wird.
Durch entsprechende Anordnung und Einstellung der beiden schwimmergesteuerten Ventile
100 und 101 relativ zueinander und zur Lage de rOberfläche der austauscherschicht,
kann der Fl2ssigkeitsspiegel über der Austauscherschciht so geregelt werden, daß
er zwischen einer oberen und eienr unteren festgelegten Grenze liegt, genau wie
mit der in Fig. 1 und 6 dargestellten photoelektrischen Einrichtung.
-
Im folgenden wird eine Reinigung von zuckersaft beschireben: Während
dieses Vorgangs strömen der zu behandelnde Zuckersaft, das den Zucker auswAschende
Wasser und im Anschluß daran die Regenerierlösung und endlich das diese auswaschende
Wasser von oben nach unten durch die Austauscherschicht. Der zuckersaft wird durch
die mittlere Speiseleitung 23 und das gewichtsbelastete Ventil 28 unter Druck in
die Zelle eingeführt. Der eintretende Saft wird von dem Ventil 28 in strahlen auf
ringförmige, das Ventil umgebende Zonen verteilt. Dabei wird er von der schwimmenden
gelochten Prallplatte 51 aufgefangen, die die Flüssigkeit gleichmäßig über die Oberfläche
der Schicht verteilt und ein unmittelbares Auftreffen derselben auf dieser Flache
und amit eine Störung oder ein Aufwühlen der obersten Schicht des Bettes verhindert.
der zuckersaft wandert, wie oben beschrieben, durch die Schicht D bis in das Abflußrohr
30. Während dieser Zeit muß das Überlaufventil 50a am oberen ende der Zelle wegen
de rin der Zelle mittels der photoelektrischen oder schwimmergesteuerten Einrichtungen
eingestellten Druckverhältnisse geschlossen sein.
-
Bei dem, wie bereits beschrieben, erfolgenden anschließenden Auswaschungen
strömt das Waschwasser von unten nach oben und versetzt dabei die Teilchen der Schicht
in den Schwebezustand.
-
Fig. 14 und 15 zeigen die Schicht einmal im Schwebe- und einmal im
abgesetzten Zustand.
-
Fig. 14 zeigt schematsich einen Behälter 131 mit einer in einem bestimmten
Abstand von dessen Boden angeordneten gelochten Platte 132, die die Austauscherschicht
133 trägt (s. Fig. 15). Wie durch den Pfeil 134 angedeutet, tritt WaschwAsser durch
das Ventil 135 in den Raum 136 zwsichen dem Boden 137 des Behalters und der gelochten
Platte 132, während das Ventil 138 des Steigrohres 139 geschlossen ist. Unter bestimmten
Voraussetzungen strömt die durch die Lochplatte 132 dringende Flüssigkeit mit einer
bestimmten Geschwindigkeit durch die Austauscherschicht, wodurch die körnigen Teilchen
der masse erst aufgelockert und dann in Suspension versetzt werden. auf diese Weise
wird bei fortgesetzteem Aufwärtsstrom der Flüssigkeit einen im Schwebezustand
befindliche
Schicht gebildet, in welcher die Teilchen sich frei bewegen und sich, den Gesetzen
der hdyraulik folgend, der Größe nach i Schichten ordnen können. Bei Einhaltung
bestimmter Strömungsbedingungen hat die aufgelockerte oder im Schwebezustand befindliche
Schicht, wie Fig. 14 zeigt, eine Tiefe T. Über der obersten Schicht des Bettes befindet
sich eine Schicht klarer Flüssigkeit von der Tiefe t. Der Flüssigkeitsspiegel O
ist bestimmt durch den Rand der Überlaufrinne 140, aus der die überfließende Flüssigkeit
bei 141 abströmt.
-
Demgegenüber zeigt Fig. 15 den zustand der körnigen Teilchen der Austauscherschicht,
nachdem sie sich als ruhende aber noch fließföhige, durchlässige Masse abgesetzt
haben, die von der gelochten Platte 132 getragen wird. Dieser zustand stellt sich
natrülich erst ein,w enn der aufwarts gerichtete strom der Flüssigkeit unterbrochen
worden ist und statt dessen nach Abschließen des Ventils 135 und Öffnen des Ventils
138 die überschüssige Flüssigkeit durch das Steigrohr 139 aus dem Behälter abfließt.
Die Teilchen des Bettes setzen sich auf der gelochten Platte 132 ab und bilden ein
Bett von der Tiefe P mit einer Schicht klaren Wassers darüber, deren Spiegle C sich
entsprevhend dem Überlauf der Steigleitung 139 im Abstand d von der Oberfläche der
Schicht einstellt.
-
In Fig. 14 hat die Schicht etwa die doppelte Tiefe T wie die Tiefe
P der Schicht in Fig.1 5.
-
Im folgenden wird schematisch ein Arbeitsgang der Asutauscherzelle
beschrieben (s. Fig. 8 bis 13).
-
In jeder Figur ist die Strömung der zu reinigenden Flüssigkeit, Lösung
oder Saftes durcheinen oder mehrere Pfeile angezeigt, die eine Erklärung, mindestens
zum Teil, überfl2ssig mchen. die Fig. 8 bis 13 zeigen Fig. 8 die Behandlung eienr
zuckerlösung, Fig. 9 das Auswaschen der Schicht von anhaftender Zuckerlösung, Fig.
10 das Aufschlämmen der Schicht in den Schwebezustand, Fig. 11 das Ableiten des
Wassers beim Wiederabsitzen der Schicht, Fig. 12 den Regenerierungsvorgang, Fig.
13 das AuswAschen der Schicht von anhaftender Regenerierlösung.
-
In Fi.g 8 tritt durch die zuführungsleitung 37 Zuckersaft (in Pfeilrichtung)
durch die Ventile 38 udn 43 ein, steigt durch die Leitung 23 nach oben udn trifft
dann anch Abheben des Ventilkörpers 29 auf durch die Pfeile 130 angezeigte zonen
der Prallplatte 51, wobei er gleichmäßig über die Oberfläche der Schicht vertielt
wird. Dann wandert er, wie bereits beschrieben, durch die Schicht in die Rohrleitung
30. Dabei sind natürlich alle Ventile, die der Zuckersaft nicht durchläuft, geschlossen.
-
In Fig. 9 ist die Austauschfähigkeit der Schicht erschöpft, es wird
kein weiterer zuckersaft mehr zugeführt, und der noch in der Schicht verbliebene
muö vor Regenerierung derselben mit Wasser herausgewaschen werden. Das Wasser tritt
durch die Wasserzuführungsleitung 39, die Ventile 44 und 43, die Leitung 23 und
nach Abheben des Ventilkörpers 29 in die Zelle ein, Infolge des Druckes trifft es
in Strahlen auf zum Ventil 29 konzentrische Zonen auf. Es tritt durch die Löcher
der Prallplatte 51, abwärts durch die Schicht, durch die Lochplatte 16, den Mittelschacht
22, die Ventile 45 und 31a und steigt die Steigleitung 3 auf, von wo es abfließt.
Dieser abwärts gerichtete Fluß des Waschwassers wird so lange aufrechterhalten,
bis der gesamte Saftrest entfernt ist.
-
Die Austauscherschicht wird nun, wie vorstehend beschrieben, in den
in Fig. 10 und 14 gezeigten Schwebezustand gebracht. Dabei werden feste Verunreinigungen
aus der Austauscherschicht ausgewaschen, und es erfolgt zugleich eine Größenschichtung
der Teilchen Das verbrauchte Wasser läuft mit den festen Verunreinigungen durch
das Auslaßventil 50a ab.
-
Nach Reinigung der austauscherschicht läßt man dieselbe wieder absitzsen,
indem man dieüberschüssige Fl2ssigkeit nach unten durch die Lochplatte 16, de Mittelschacht
22, die Rohrleitung 30 und das Ventil 45 abzieht und durch die aufsteigende Leitung
33 abfließen läßt, und zwar in Höhe der abgesetzten Schicht. Dann kann die Austauscherschicht
regeneriert werden. Während des Abziehens des WaschwAssers bleibt das Ventil 50a
natürlich geöffnet.
-
In Fig. 12 tritt Regenerierlösung durch die Leitung 35, das Ventil
36 und die Leitung 23 in die Zelle ein, wird nach Durchfließen der Schicht in der
Leitung 30 gesammelt und tritt durch die Steigleitung 32 aus. Wenn die Schicht gen2gend
regeneriert ist, wird sie, wie in Fig.1 3 dargestellt, ausgewaschen, bevor neuer
Zuckersaft zugeführt wird.
-
Während der in Fig. 8, 9, 12 und 13 dargestellten Phasen wird der
Flüssigkeitsstand in der Zelle in der geschilderten Weise selbsttätig geregelt.
In Fig. 10 jedoch ist diese Regelung auszuschalten.
-
In Fig. 11 kann die selbsttätige Flüssigeitsstandregelung wieder in
Tätigkeit treten ; da durch sie nach Abschluß des Ventils 50a verdichtete Luft in
den Raum oberhalb des Fl2ssigkeitsspiegels geleitet wird, wird das Ablassen des
Waschwassers bis zum Erreichten des normalen Flüssigkeitsstandes beschleunigt.
-
Da die Zellwände und die Leitungen mit sauren Medien in Berührung
kommen,w erden die Wände der Zelle zweckmäßig mit einer säurefesten Gummiauskleidung
versehen, und der kegelige Teil 27 der Speiseleitung wird mit einer kegeligen säurefesten
Dichtung 27a umhüllt. (vgl. Fig. 5).