JP5062145B2 - Ion exchange resin equipment - Google Patents
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本発明はイオン交換樹脂装置に係り、特に円筒状容器の上部から導入された原水が容器内のイオン交換樹脂と接触した後、容器内の下部のストレーナを通って処理水として取り出されるイオン交換樹脂装置に関する。 The present invention relates to an ion exchange resin apparatus, and in particular, after raw water introduced from the upper part of a cylindrical container comes into contact with the ion exchange resin in the container, the ion exchange resin is taken out as treated water through the lower strainer in the container. Relates to the device.
筒軸心方向を上下方向とした円筒状容器内の下部にストレーナが配置され、容器内にイオン交換樹脂が充填されてなるイオン交換樹脂装置は、特公平３−６４１９５、特開２００７−２４５００６に記載されている通り公知である。原水は容器の上部から導入され、イオン交換樹脂と接触した後、ストレーナを通過し、該ストレーナに接続された集水管を通って装置上部から処理水として取り出される。ストレーナは、この集水管の下端に取り付けられており、容器内に吊支された状態にて配置されている。 An ion exchange resin apparatus in which a strainer is disposed in a lower part of a cylindrical container with the cylinder axis direction as the vertical direction and the container is filled with ion exchange resin is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-64195 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-245006. Known as described. The raw water is introduced from the upper part of the container, contacts with the ion exchange resin, passes through the strainer, and is taken out as treated water from the upper part of the apparatus through a water collecting pipe connected to the strainer. The strainer is attached to the lower end of the water collecting pipe, and is arranged in a suspended state in the container.
この種のイオン交換樹脂装置ではイオン交換樹脂層内を上方から下方に向って流れてきた水がそのままストレーナ内に流れ込み、容器底部の隅角部（容器側周面と容器底面とが交わるコーナー部）付近がデッドスペースとなり、この付近のイオン交換樹脂がイオン交換反応にそれ程寄与しないようになる。 In this type of ion exchange resin apparatus, the water flowing from the top to the bottom in the ion exchange resin layer flows into the strainer as it is, and the corner portion of the container bottom (the corner portion where the container side peripheral surface and the container bottom surface intersect) ) Becomes a dead space, and the ion exchange resin in the vicinity does not contribute so much to the ion exchange reaction.
上記特開２００７−２４５００６には、かかるデッドスペースを解消するために、上面が閉鎖され、下面が開放した略々鐘状の小円筒形カバーをストレーナを取り巻くように設けることが記載されている。この構成であれば、イオン交換樹脂層を流下してきた水が、カバーの下端を回り込んでカバーとストレーナ外周面との間に入り込み、ストレーナ周面からストレーナ内に入り込むようになるので、容器底部の隅角部付近のイオン交換樹脂にも被処理水が接触するようになり、デッドスペースが減少ないし解消される。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-245006 describes that in order to eliminate such a dead space, a substantially bell-shaped small cylindrical cover whose upper surface is closed and whose lower surface is opened is provided so as to surround the strainer. With this configuration, the water flowing down the ion exchange resin layer goes around the lower end of the cover and enters between the cover and the outer peripheral surface of the strainer, and enters the strainer from the peripheral surface of the strainer. The water to be treated also comes into contact with the ion exchange resin near the corner of the water, and the dead space is reduced or eliminated.
しかしながら、このようにカバーを設けた場合、カバー内周面とストレーナ外周面との間のインナーゾーンにイオン交換樹脂を十分に密に充填することが容易ではない。仮にこのインナーゾーンにおけるイオン交換樹脂の充填が不十分であると、イオン交換容量がその分だけ減少してしまう。また、カバーを設ける分だけ、コスト高にもなる。
上記のイオン交換樹脂装置は、超純水サブシステムの非再生式混床式イオン交換樹脂装置等として用いられている。この超純水サブシステムの非再生式混床式イオン交換樹脂装置は、非再生式のため、１〜２年毎にプロセスから装置を外し、樹脂の入れ替えが必要である。そのため、容器の運搬を容易とするために、装置サイズが限られる。このようなことから、容器流入水の偏流や壁流の発生を防止し、容器内のイオン交換樹脂のイオン交換容量を無駄なく有効に利用して容器充填量に見合うイオン交換容量を得、水処理装置のイオン交換樹脂の交換頻度を低減することが望まれている。 The above ion exchange resin apparatus is used as a non-regenerative mixed bed ion exchange resin apparatus or the like of an ultrapure water subsystem. Since this non-regenerative mixed bed ion exchange resin apparatus of the ultrapure water subsystem is non-regenerative, it is necessary to remove the apparatus from the process every 1-2 years and replace the resin. Therefore, the apparatus size is limited in order to facilitate the transportation of the container. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of uneven flow and wall flow of the inflow water of the container, and effectively use the ion exchange capacity of the ion exchange resin in the container without waste to obtain an ion exchange capacity that matches the filling amount of the container. It is desired to reduce the exchange frequency of the ion exchange resin in the processing apparatus.
本発明は、かかる状況に鑑み、容器内にイオン交換樹脂が充填され、容器内の下部にストレーナが配置されたイオン交換樹脂装置において、水の滞留部を解消し、充填した樹脂を有効にイオン交換に使用することができるイオン交換樹脂装置を提供することを目的とする。 In view of such a situation, the present invention eliminates a water retention part and effectively ionizes a filled resin in an ion exchange resin apparatus in which a container is filled with an ion exchange resin and a strainer is disposed in a lower portion of the container. It aims at providing the ion exchange resin apparatus which can be used for exchange.
本発明のイオン交換樹脂装置は、円筒状容器と、該容器内の下部に配置された、該容器よりも小径のストレーナと、該容器内に充填されたイオン交換樹脂とを備え、容器上部から導入された原水がイオン交換樹脂と接触した後、該ストレーナで集水され、処理水として取り出されるイオン交換樹脂装置において、該容器内径Ｄとイオン交換樹脂層高Ｈとの比Ｄ／Ｈが０．１５〜０．６であり、ストレーナの最大直径ｄと容器内径Ｄとの比ｄ／Ｄが０．４〜０．７であり、該ストレーナの上面及び下面に集水用スリットが設けられており、該容器の底部は、下方に凸に湾曲した鏡板で形成されており、前記ストレーナの上面は上に向って凸のテーパ形状であり、下面は下に向って凸のテーパ形状であり、前記ストレーナの高さｈと最大直径ｄとの比ｈ／ｄが０．４〜０．６であり、前記ストレーナの最下部と容器の底部との最小間隔ｔが０〜２ｃｍであることを特徴とするものである。 Ion exchange resins apparatus of the present onset Ming comprises a cylindrical container, which is arranged in the lower part of the vessel, and a small-diameter strainer than the vessel, and an ion-exchange resin filled in said container, the container top In the ion exchange resin apparatus in which the raw water introduced from is brought into contact with the ion exchange resin and then collected by the strainer and taken out as treated water, the ratio D / H between the inner diameter D of the vessel and the ion exchange resin layer height H is The ratio d / D between the maximum strainer diameter d and the container inner diameter D is 0.4 to 0.7 , and slits for collecting water are provided on the upper and lower surfaces of the strainer. The bottom portion of the container is formed of an end plate that is convexly curved downward, and the upper surface of the strainer has a tapered shape that is convex upward, and the bottom surface is a tapered shape that is convex downward. The strainer height h and the maximum diameter d; The ratio h / d is 0.4 to 0.6, and the minimum distance t between the lowermost part of the strainer and the bottom of the container is 0 to 2 cm .
本発明のイオン交換樹脂装置にあっては、容器内径Ｄとイオン交換樹脂層高Ｈとの比Ｄ／Ｈを０．１５〜０．６とし、ストレーナの最大直径ｄと容器内径Ｄとの比ｄ／Ｄを０．４〜０．８とし、ストレーナの少なくとも下面に集水面を設けているので、デッドゾーンが減少ないし解消される。即ち、Ｄ／Ｈを０．６以下とすることにより、デッドゾーンを小さくすることができる。ただし、Ｄ／Ｈが０．１５よりも小さくなると、イオン交換樹脂層高が過大となり、通水圧損が徒に大きくなる。 In the ion exchange resin apparatus of the present invention, the ratio D / H between the container inner diameter D and the ion exchange resin layer height H is set to 0.15 to 0.6, and the ratio between the maximum strainer diameter d and the container inner diameter D. Since d / D is 0.4 to 0.8 and a water collecting surface is provided on at least the lower surface of the strainer, the dead zone is reduced or eliminated. That is, by setting D / H to 0.6 or less, the dead zone can be reduced. However, when D / H is smaller than 0.15, the ion exchange resin layer height becomes excessive, and the water pressure loss is easily increased.
また、ｄ／Ｄを０．４以上とし、ストレーナの少なくとも下面に集水面を設けることにより、イオン交換樹脂層内を流れ下ってきた水の少なくとも一部が、ストレーナと容器内周面との間を通って容器底部の隅角部付近にも到達して流れるようになり、この付近のデッドゾーンが減少又は解消される。ただし、ｄ／Ｄが０．８より大きくなると、ストレーナと容器内周面との間の間隔が過度に小さくなり、この間を水が流れにくくなる。 In addition, by setting d / D to 0.4 or more and providing a water collecting surface on at least the lower surface of the strainer, at least a part of the water flowing down in the ion exchange resin layer is between the strainer and the inner peripheral surface of the container. It passes through the corner of the bottom of the container and flows, and the dead zone in the vicinity is reduced or eliminated. However, if d / D is larger than 0.8, the distance between the strainer and the inner peripheral surface of the container becomes excessively small, and water hardly flows through this interval.
ストレーナの上面を上に凸のテーパ形とし、下面を下に凸のテーパ形とすることにより、ストレーナと容器内周面との間の間隙部分を水が通過し易くなる。 The upper surface of the scan trainer and tapered upwardly convex, by a tapered convex lower surface down, the gap portion between the strainer and the container inner peripheral surface is water easily passed.
ストレーナの高さｈと最大直径ｄとの比ｈ／ｄを０．４〜０．６とすることにより、集水特性を確保しつつ、ストレーナ容積が過大となることを防止し、イオン交換樹脂量を多くすることができる。 The scan trainer ratio h / d between the height h and the maximum diameter d by 0.4 to 0.6, while maintaining the catchment properties, prevents the strainer volume becomes excessive, the ion-exchange The amount of resin can be increased.
ストレーナと容器底部との間隔を小さくすることによっても、容器底部のデッドゾーンを減少させることができる。 By reducing the distance between the scan trainer and the container bottom, it is possible to reduce the dead zone of the container bottom.
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
第１図は実施の形態に係るイオン交換樹脂装置の縦断面図、第２図はこのイオン交換樹脂装置の下部の拡大図である。なお、図面を明瞭にするために、第２図ではイオン交換樹脂の図示が省略されている。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an ion exchange resin apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view of a lower part of the ion exchange resin apparatus. For the sake of clarity, the ion exchange resin is not shown in FIG.
このイオン交換樹脂装置は、筒軸心方向を鉛直方向とした容器１と、該容器１の天蓋１ａに設けられた流入口２と、該天蓋１ａの中心部を貫通して上下方向に延在した集水管４と、該集水管４の下端に連なり、容器１内の底部に設けられたストレーナ３と、容器１内に充填された粒状のイオン交換樹脂５とを備えている。当然ながら、イオン交換樹脂５は、容器１と集水管４及びストレーナ３との間に充填されている。容器１の底面１ｂは、この実施の形態では、下方に凸に湾曲した鏡板にて構成されている。
This ion exchange resin apparatus extends in a vertical direction through a container 1 having a cylindrical axis direction as a vertical direction, an inlet 2 provided in a
ストレーナ３は、上面３ａが上方に向って凸となるテーパ形であり、下面３ｂが下方に向って凸となるテーパ形(円錐台形)である。これらストレーナ上面３ａ及び下面３ｂにはそれぞれイオン交換樹脂５を通過させない大きさのスリットが多数設けられている。なお、イオン交換樹脂５の平均粒径は好ましくは０．２〜０．５ｍｍ程度であり、スリット幅はその３０〜６０％程度であることが好ましい。ストレーナ３は、多孔質樹脂ブロックなどの透水性材料で構成されてもよい。
The strainer 3 has a tapered shape in which the
この容器内径Ｄとイオン交換樹脂５の層高Ｈとの比Ｄ／Ｈは０．１５〜０．６好ましくは０．２５〜０．４である。ストレーナ３の最大直径ｄと容器内径Ｄとの比ｄ／Ｄは０．４〜０．８好ましくは０．５〜０．７である。ストレーナ３の高さｈと最大直径ｄとの比ｈ／ｄは好ましくは０．３〜０．７特に好ましくは０．４〜０．６である。ストレーナ３の最下部と、容器底部との最小間隔ｔは好ましくは０〜５ｃｍ特に好ましくは０〜２ｃｍである。 The ratio D / H between the container inner diameter D and the layer height H of the ion exchange resin 5 is 0.15 to 0.6, preferably 0.25 to 0.4. The ratio d / D between the maximum diameter d of the strainer 3 and the container inner diameter D is 0.4 to 0.8, preferably 0.5 to 0.7. The ratio h / d between the height h of the strainer 3 and the maximum diameter d is preferably 0.3 to 0.7, particularly preferably 0.4 to 0.6. The minimum distance t between the lowermost part of the strainer 3 and the container bottom is preferably 0 to 5 cm, particularly preferably 0 to 2 cm.
このように構成されたイオン交換樹脂装置において、原水は流入口２から容器１内に供給され、イオン交換樹脂５層を通り、ストレーナ３を透過し、集水管４から取り出される。 In the ion exchange resin apparatus configured as described above, raw water is supplied into the container 1 from the inlet 2, passes through the five layers of the ion exchange resin, passes through the strainer 3, and is taken out from the water collecting pipe 4.
このイオン交換樹脂装置では、ストレーナ３の下面３ｂにもスリットを設けて集水面としているので、イオン交換樹脂５の層を流れ下ってきた水が、ストレーナ３の下方にも流れ込んでストレーナ下面３ｂを透過する。このため、ストレーナ３よりも下側のイオン交換樹脂もイオン交換反応に十分に寄与する。
In this ion exchange resin apparatus, the
このイオン交換樹脂装置においては、Ｄ／Ｈを０．１５以上としているので、通水圧力損失が小さい。なお、イオン交換樹脂量は、イオン交換樹脂装置に要求されるイオン交換量によって決定される。容器内径を小さくすると、その分だけイオン交換樹脂層高Ｈが大きくなり、通水圧力損失が大きくなる。 In this ion exchange resin apparatus, since D / H is 0.15 or more, the water flow pressure loss is small. The amount of ion exchange resin is determined by the amount of ion exchange required for the ion exchange resin device. When the inner diameter of the container is reduced, the ion exchange resin layer height H is increased correspondingly, and the water pressure loss is increased.
このイオン交換樹脂装置においては、Ｄ／Ｈを０．６以下としているので、低流速部（水の通りが悪いデッドゾーン）が少ない。 In this ion exchange resin apparatus, since D / H is 0.6 or less, there are few low flow-velocity parts (dead zone where water passes badly).
ｄ／Ｄを０．４以上としたことによっても、ストレーナ３の側方の容器１の内周面に沿うデッドゾーンが少なくなる。ｄ／Ｄを０．８以下としたことにより、ストレーナ３と容器内周面との間の通水スペースが確保され、ストレーナ３よりも下側のゾーンにも十分に水が流れる。 Also by setting d / D to 0.4 or more, the dead zone along the inner peripheral surface of the container 1 on the side of the strainer 3 is reduced. By setting d / D to 0.8 or less, a water passing space between the strainer 3 and the inner peripheral surface of the container is secured, and water sufficiently flows into a zone below the strainer 3.
この実施の形態では、ストレーナ３の上面及び下面をテーパ形としているので、ストレーナ３と容器１の内周面との間を水が通り易い。 In this embodiment, since the upper surface and the lower surface of the strainer 3 are tapered, water easily passes between the strainer 3 and the inner peripheral surface of the container 1.
このようなことから、このイオン交換樹脂装置によると、容器内のデッドスペースが極めて少ないものとなり、イオン交換樹脂のイオン交換容量を無駄なく有効に利用し、容器充填量に見合うイオン交換容量を得、イオン交換樹脂の交換頻度を低減することができる。また、ストレーナ３にカバーを設けることが不要であり、装置構成も簡易である。 For this reason, according to this ion exchange resin apparatus, the dead space in the container is extremely small, and the ion exchange capacity of the ion exchange resin is effectively used without waste, and an ion exchange capacity corresponding to the filling amount of the container is obtained. The exchange frequency of the ion exchange resin can be reduced. Further, it is not necessary to provide a cover on the strainer 3, and the apparatus configuration is simple.
なお、上記イオン交換樹脂装置の接液部（容器内面や集水管など）をフッ素樹脂などでコーティングしてもよい。これにより、装置からの金属流出などで、イオン交換された純水が汚染されることを防止することができる。 In addition, the liquid contact portion (the container inner surface, the water collection pipe, etc.) of the ion exchange resin device may be coated with a fluororesin or the like. Thereby, it is possible to prevent the ion-exchanged pure water from being contaminated due to metal outflow from the apparatus.
本発明のイオン交換樹脂装置は、超純水製造システムのサブシステムに設置される非再生型イオン交換装置に好適に用いられるが、特にこれに限定されるものではない。 Although the ion exchange resin apparatus of this invention is used suitably for the non-regenerative ion exchange apparatus installed in the subsystem of an ultrapure water manufacturing system, it is not specifically limited to this.
第１，２図に示した構造のイオン交換樹脂装置において、イオン交換樹脂層高を変えることによりイオン交換樹脂層高と内径との関係を種々変えて製作し、通水試験を行った。 The ion exchange resin apparatus having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured by changing the ion exchange resin layer height to variously change the relationship between the ion exchange resin layer height and the inner diameter, and conducted a water passage test.
（通水量）／（イオン交換樹脂層の水平断面積）より求められる見かけの通水線速度を算出し、容器形状の良否を判定した。 The apparent water flow velocity determined from (water flow rate) / (horizontal cross-sectional area of the ion exchange resin layer) was calculated, and the quality of the container shape was determined.
円筒状容器直胴部のイオン交換樹脂層断面積は以下の式で求められる。 The cross-sectional area of the ion exchange resin layer of the cylindrical container straight body is determined by the following equation.
［樹脂層断面積］＝（［円筒状容器断面積］−［集水管断面積］）×［樹脂層空隙率］
通水線速度のこの（通水量）／（イオン交換樹脂層断面積）より求められる見かけ上の通水線速度（ＬＶ）の８０％以下となる部分を、水の流れが悪い低流速部と判定した。
[Resin layer cross-sectional area] = ([Cylindrical container cross-sectional area] − [Water collecting pipe cross-sectional area]) × [Resin layer porosity]
The portion that is 80% or less of the apparent water flow velocity (LV) obtained from this (water flow amount) / (ion exchange resin layer cross-sectional area) of the water flow velocity is regarded as a low flow velocity portion where water flow is poor. Judged.
この実験に用いた容器１の内径Ｄは２００ｍｍである。ストレーナ３の最大直径ｄは８０ｍｍであり、ｄ／Ｄは０．４である。原水として２質量％ＮａＣｌ水溶液を、各樹脂層高で空塔速度（ＳＶ）が６０［Ｌ／ｈｒ］と一定となるように、０．５３〜２．６０［ｍ３／ｈｒ］で供給した。イオン交換樹脂としてはＮａ型カチオン交換樹脂を用いた。ストレーナ３の高さｈは４０ｍｍであり、ｈ／ｄは０．５である。最小間隔ｔは０ｍｍとした。実測された圧力損失値と、ＣＦＤ解析して求めた低流速部発生率を表１に示す。 The inner diameter D of the container 1 used for this experiment is 200 mm. The maximum diameter d of the strainer 3 is 80 mm, and d / D is 0.4. As raw water, a 2 mass% NaCl aqueous solution was supplied at 0.53 to 2.60 [m 3 / hr] so that the superficial velocity (SV) was constant at 60 [L / hr] at each resin layer height. . Na-type cation exchange resin was used as the ion exchange resin. The height h of the strainer 3 is 40 mm, and h / d is 0.5. The minimum interval t was 0 mm. Table 1 shows the actually measured pressure loss value and the low flow velocity portion occurrence rate obtained by CFD analysis.
ＣＦＤ解析は、上記実験装置を用いて次のＥｒｇｕｎの相関式の定数αおよびβを求め、ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．製のソフトウェアＡＮＳＹＳ ＣＦＸを用いて行った。
ΔＰ／Ｈ＝αｕ＋βｕ２
ここで、
ΔＰ ：充填層差圧 ［Ｐａ］
Ｈ ：充填層高さ ［ｍ］
ｕ ：流体の空塔速度 ［ｍ／ｓ］
α，β ：同じ樹脂、同じ流体を同じ温度で用いた場合に決定される定数
なお、上記実験装置を用いて、２質量％のＮａＣｌ水溶液で純水を置換したときの出口水の電気伝導度変化を測定し、この測定値とＣＦＤ解析による計算値とを比較したところ両者はほぼ一致した結果となり、ＣＦＤ解析が妥当であることが確認された。
In the CFD analysis, constants α and β of the following Ergun's correlation equation were obtained using the above experimental apparatus, and ANSYS, Inc. This was done using the software ANSYS CFX made by the manufacturer.
ΔP / H = αu + βu 2
here,
ΔP: packed bed differential pressure [Pa]
H: packed bed height [m]
u: superficial velocity of fluid [m / s]
α, β: constants determined when the same resin and the same fluid are used at the same temperature Note that the electric conductivity of the outlet water when pure water is replaced with a 2% by mass NaCl aqueous solution using the above experimental apparatus When the change was measured and the measured value was compared with the calculated value by the CFD analysis, the results were almost the same, and it was confirmed that the CFD analysis was appropriate.
表１の通り、Ｄ／Ｈを０．１６７〜０．４４４とした実験Ｎｏ２〜５は低流速部発生率が低く、しかも圧力損失も小さい。 As shown in Table 1, Experiments Nos. 2 to 5 with D / H of 0.167 to 0.444 have a low low flow rate portion generation rate and a small pressure loss.
１ 容器
２ 流入口
３ ストレーナ
４ 集水管
５ イオン交換樹脂
1 Vessel 2 Inlet 3 Strainer 4 Water Collection Pipe 5 Ion Exchange Resin
Claims (1)
容器上部から導入された原水がイオン交換樹脂と接触した後、該ストレーナで集水され、処理水として取り出されるイオン交換樹脂装置において、
該容器内径Ｄとイオン交換樹脂層高Ｈとの比Ｄ／Ｈが０．１５〜０．６であり、ストレーナの最大直径ｄと容器内径Ｄとの比ｄ／Ｄが０．４〜０．７であり、
該ストレーナの上面及び下面に集水用スリットが設けられており、
該容器の底部は、下方に凸に湾曲した鏡板で形成されており、
前記ストレーナの上面は上に向って凸のテーパ形状であり、下面は下に向って凸のテーパ形状であり、
前記ストレーナの高さｈと最大直径ｄとの比ｈ／ｄが０．４〜０．６であり、
前記ストレーナの最下部と容器の底部との最小間隔ｔが０〜２ｃｍであることを特徴とするイオン交換樹脂装置。 A cylindrical container, a strainer having a smaller diameter than that of the container, and an ion exchange resin filled in the container;
After the raw water introduced from the upper part of the container comes into contact with the ion exchange resin, water is collected by the strainer and taken out as treated water.
The ratio D / H between the container inner diameter D and the ion exchange resin layer height H is 0.15 to 0.6, and the ratio d / D between the maximum strainer diameter d and the container inner diameter D is 0.4 to 0.00 . 7 ,
Water collection slits are provided on the upper and lower surfaces of the strainer ,
The bottom of the container is formed of a mirror plate that is convexly curved downward,
The upper surface of the strainer has a taper shape that is convex upward, and the lower surface is a taper shape that is convex downward.
The ratio h / d between the height h of the strainer and the maximum diameter d is 0.4 to 0.6,
An ion exchange resin apparatus, wherein a minimum distance t between the lowermost part of the strainer and the bottom part of the container is 0 to 2 cm.
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