Pierwszenstwo: Opublikowano: 10.11.1973 KI. 85b,l/05 MKP C02b 1/40 Wspóltwórcy wynalazku: Jerzy Blaszczyk, Wladyslaw Grys, Joachim Graupner Wlasciciel patentu: Centralne Biuro Konstrukcji Kotlowych, Tarnowskie Góry (Polska) Sposób zmiekczania i demineralizacji wody za pomoca jonitów oraz wymiennik jonitowy do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób zmiekczania i demineralizacji wody za pomoca jonitów, pole¬ gajacy na wymianie jonów miedzy zlozem jonito¬ wym i roztworem pierwotnym, a nastepnie miedzy zlozem jonitowym i roztworem regenerujacym oraz wymiennik jonitowy do stosowania tego sposobu.Znane sa sposoby prowadzenia procesów rozdzie¬ lania skladników roztworu przy zmiekczaniu i de¬ mineralizacji wody za pomoca kolumn ze zlozem jonitowym nieruchomym i ruchomym. Procesy zmiekczania i demineralizacji wody prowadzi sie na ogól w wymiennikach kolumnowych z nierucho¬ mym zlozem jonitowym. Procesy te polegaja na tym, ze na kolumne wypelniona jonitem wprowa¬ dza sie roztwór, który przesacza sie przez warstwe nieruchomego zloza jonitowego.W czasie przesaczania nastepuje wymiana jonów miedzy zlozeim jonitowym i roztworem, dzieki czemu roztwór traci zwiazki w nim rozpuszczone.Zwiazki te przenikaja do jonitu i zatrzymuja sie w nim. Proces rozdzielania przebiega w kolumnie od góry do dolu. Strefa, w której zachodzi wymia¬ na jonów zwana czolem permutacji obniza sie i po pewnym czasie osiaga dolny poziom kolumny. Zlo¬ ze jonitowe po osiagnieciu progu nasycenia musi byc zregenerowane.Wymienniki kolumnowe z nieruchomym zlozem jonitowym nadaja sie wiec wylacznie do prowa¬ dzenia procesów w sposób periodyczny i w celu uzyskania ciaglosci musza byc stosowane dwa wy- 20 25 30 2 mienniki na zmiane. Koniecznosc przelaczania wymienników do pracy i regeneracji wymaga sto¬ sowania skomplikowanego orurowania zewnetrzne¬ go oraz dodatkowej armatury. Przedluzenie okresu pracy wymienników kolumnowych polega jedynie na powiekszeniu gabarytów wymiennika i stoso¬ waniu grubej warstwy zloza jonitowego.Znane kolumny z ruchomym zlozem jonitowym pracuja w ten sposób, ze jonit wprowadzany jest z jednego konca kolumny, przechodzi przez nia i opuszcza ja drugim koncem. Roztwór znajduje sie równiez w ruchu i przeplywa w kierunku przeciwnym do ruchu jonitu. Wprawdzie sposób ten zapewnia ciaglosc prowadzenia procesu roz¬ dzialu skladników roztworu, jednakze posiada równiez wady takie jak skomplikowana aparatura i koniecznosc stosowania równiez drugiej kolumny regenerujacej jonit.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymie¬ nionych wad oraz opracowanie sposobu umozli¬ wiajacego rozdzielanie skladników roztworu przy pomocy jonitów oraz regeneracje jonitów w jed¬ nym wymienniku jonitowym w sposób ciagly i przy zastosowaniu minimalnej warstwy masy zloza jonitowego zapewniajacej jednakze uzyskanie za¬ danego efektu rozdzielania skladników roztworu.Celem wynalazku jest równiez skonstruowanie wy¬ miennika jonitowego do stosowania tego sposobu.Istota sposobu wedlug wynalazku jest to, ze element wymiennika jonitowego, wypelnionego 67 34067 340 3 czesciowo zlozem jonitowym uformowanym w ksztalt pierscienia, nad którym utworzone sa ko¬ mory wypelnione woda preparowana i roztworem regenerujacym, wprawia sie w powolny ruch obro¬ towy, a doplyw wody preparowanej i roztworu 5 regenerujacego do komór prowadzi sie z góry, ^ze stalego miejsca.Wode preparowana przesacza sie stale przez czesc pierscienia zloza jonitowego znajdujacego sie w danej chwili pod komorami wypelnionymi woda, io a jednoczesnie roztwór regenerujacy przesacza sie przez pozostala czesc pierscienia zloza jonitowego znajdujacego sie w danej chwili pod (komorami wypelnionymi roztworem regenerujacym. Wymien¬ nik jonitowy do stosowania sposobu wedlug wy- 15 nalazku'zbudowany jest w postaci obracajacego sie cylindrycznego wienca, nad którym zamocowane jest na staje przelewowe -koryto. Pod cylindrycznym wiencem usytuowany jest na stale zbiornik na wode preparowana, zbiornik scieków oraz prze- 20 suwna lapaczka scieków, Cylindryczny wieniec zaopatrzony jest w prze¬ grody usytuowane promieniowo, tworzace komory wymiany jonitowej. Koryto przelewowe ma równiez ksztalt cylindrycznego wienca, lecz o srednicy 25 mniejszej od obracajacego sie elementu i podzielo¬ ne jest dwoma promieniowymi przegrodami na dwie czesci. Wieksza czesc koryta przelewowego napelniona jest woda preparowana, mniejsza roz¬ tworem regenerujacym. 30 Dzieki takiemu rozwiazaniu wytyczonego zadania w zlozu jonitowym nastepuje nieprzerwana wy¬ miana jonów. Zloze jonitowe, przez które przeply¬ wa woda preparowana, po pewnym czasie osiaga pelne nasycenie. Predkosc obrotów cylindrycznego 35 wienca wypelnionego zlozem jonitowym zalezna jest od czasu potrzebnego do osiagniecia pelnego nasycenia zloza jonitowego. Dzieki temu nasycone zloze jonitowe znajdzie sie w odpowiednim czasie pod przestrzenia koryta przelewowego zasilajacego 40 komory wymiany jonitowej w roztwór regeneru¬ jacy.Ilosc podawanego roztworu regenerujacego np. solanki, rozcienczonego kwasu lub lugu jest scisle uzalezniona od skladu chemicznego wody 45 preparowanej. Wielkosc zapotrzebowania tego roz¬ tworu przy okreslonym stezeniu wplywa na wiel¬ kosc dobieranej strefy regeneracyjnej, to znaczy na wielkosc wydzielonej czesci koryta przelewowe¬ go przeznaczonej na roztwór regenerujacy. Po zre- 50 generowaniu zloze jonitowe przesuwa sie znowu w obszar, w którym nastepuje kontakt z woda preparowana. Nastepuje wyplukanie resztek roz¬ tworu regenerujacego w tzw. strefie przejsciowej 1 ponówmy proces rozdzielania skladników wody 55 preparowanej w tzw. strefie pracy, która obejmuje kilkanascie komór wymiany jonitowej.Rozwiazanie takie pozwala na prowadzenie pro¬ cesu rozdzielania skladników wody preparowanej na minimalnej grubosci warstwy zloza jonitowego, 60 zapewniajacej jednalkze uzyskanie zadanego efektu wymiany, Lteieki temu zmniejszy sie znacznie zapo¬ trzebowanie masy zastosowanego zloza jonitowego w porównaniu z masa zloza stosowana w znanych wymiennikach jonitowych. Mniejszy jest równiez 65 gabaryt wymienników jonitowych wedlug wynalaz¬ ku oraz odpada koniecznosc stosowania podwój¬ nych wymienników, jak równiez budowania duzej ilosci armatury i skomplikowanego orurowania zewnetrznego.Wymiennik jonitowy do stosowania sposobu wedlug wynalazku zostanie blizej objasniony na przykladzie wykonania pokazanym ma rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wymiennik jonitowy w przekroju podluznym, a fig 2 — wymiennik joni¬ towy w pólwidoku z góry i w pólprzekroju po¬ przecznym w plaszczyznie a—a wedlug fig. 1.Jak uwidoczniono na rysunku wymiennik jonito¬ wy jest 'urzadzeniem bezcisnieniowym i sklada sie z obracajacego sie bardzo wolno (okolo 100 obr/do- be) cylindrycznego wienca 1 wypelnionego na spo¬ dzie zlozem jonitowym '6 oraz z zamocowanego na stale przelewowego koryta 7. Przelewowe koryto 7 usytuowane jest centrycznie nad cylindrycznym wiencem 1. Cylindryczny wieniec 1 zbudowany jest z dwóch wspólsrodkowo usytuowanych rur 2 po¬ laczonych od dolu plaskim wieloszczelinowym dnem 3. Wewnatrz cylindrycznego wienca 1 zabu¬ dowane sa przegrody 4 'usytuowane promieniowo i tworzace Ikilkanascie komór wymiany jonitowej.W polowie szerokosci przegród 4 utworzone sa szczeliny 5, w których miesci sie ramie 8 spulchnia- cza 14 zloza jonitowego 6. Przelewowe koryto 7 ma równiez ksztalt wienca, lecz o srednicy mniej¬ szej od srednicy cylindrycznego wienca 1 i podzie¬ lone jest na dwie czesci, dwoma promieniowo usy¬ tuowanymi przegrodami 11. Do zewnetrznej sciany przelewowego koryta 7 zamocowane jest na stale ramie 8 spulchniacza 14 zloza jonitowego 6.Spulchniacz 14 zloza jonitowego 6 wykonany jest z kilku warstw blaszek wygietych np. w ksztalcie plugu, lub zamocowanych pod katem do ramienia 8. Zwisa on ponad wieloszczelinowym dnem 3 do¬ kladnie na wysokosc zasypania zloza jonitowego 6.Pod cylindrycznym wiencem 1 usytuowana jest przesuwna lapaczka 10 scieków, a pod nia zbior¬ nik 9 na wode spreparowana oraz zbiornik 13 scieków.Cylindryczny wieniec 1 napedzany jest przykla¬ dowo za pomoca strumienia wody wyplywajacej z wodnej strumienicy 12, usytuowanej nad cylin¬ drycznym wiencem 1. Przegrody 4 spelniaja wtedy role lopatek, o które uderza strumien wody. Po wprowadzeniu cylindrycznego wienca 1 w ruch obrotowy, nadmiar energii strumienia wody wy¬ hamowywany jest za pomoca hamulca ' ciernego spelniajacego role regulatora obrotów.Jak juz wspomniano cylindryczny wieniec 1 wy¬ pelniony jest w dolnej czesci zlozem jonitowym 6, tworzacym warstwe okolo 200 mm. Nad zlozem jonitowym 6 kilkanascie komór cylindrycznego wienca 1 utworzonych przez przegrody 4 wypelnio¬ nych jest woda preparowana, a pozostale kilka komór roztworem regenerujacym. Woda preparo¬ wana i roztwór regenerujacy dostarczane sa do komór wymiany jonitowej ze stalego przelewowego koryta 7. Przelewowe koryto 7 posiada wydzielona czesc na roztwór regenerujacy, który dostarczany jest do komór wymiany jonitowej i pod wlasnym ciezarem saczy sie przez zloze jonitowe 6.67 340 6 Roztwór poregeneracyjny wyplywa przez wielo- szczelinowe dno 3 i wplywa do zbiornika 13 scie¬ ków, który usytuowany jest pod cylindrycznym wiencem 1. Cylindryczny wieniec 1 wykonujac po¬ wolne obroty powoduje przesuwanie sie zregenero¬ wanego zloza jonitowego 6 w strefe przejsciowa, w której komory wymiany jonitowej sa juz wypelnio¬ ne woda preparowana. W strefie tej nastepuje plukanie zloza jonitowego 6 z resztek roztworu po- regeneracyjnego, a scieki wyplywajace wplywaja równiez do zbiornika 13 scieków. Zbiornik 13 scie¬ ków obejmuje zatem swym ksztaltem strefe, w której przebiega regeneracja zloza jonitowego 6 oraz plukanie zloza jonitowego 6.W wypadku wystapienia koniecznosci powieksze¬ nia strefy przejsciowej, stosowana jest przesuwna lapaczka 10 scieków usytuowana powyzej zbiornika 13 scieków. Pozostale komory cylindrycznego wien¬ ca 1 zasilane sa woda preparowana, która podobnie jak roztwór regenerujacy saczy sie przez zloze jo¬ nitowe 6, przeplywa przez wieloszczelinowe dno 3 i wplywa do zbiornika 9 na wode spreparowana.Strefa ta zwana strefa pracy oraz strefa przejscio¬ wa zasilane sa w ruchu ciaglym ta sama woda preparowana np. surowa, mechanicznie czysta.Ilosc podawanego roztworu regenerujacego jest scisle zalezna od skladu chemicznego wody prepa¬ rowanej oraz potrzebnego nadmiaru tych chemi¬ kaliów;.W zaleznosci zas od ilosci podawanego roztworu regenerujacego oraz od jego stezenia nastepuje odpowiedni dobór ilosciowy komór wymiany joni¬ towej, w których przebiega regeneracja zloza joni¬ towego 6 oraz plukanie zloza jonitowego 6. PL