RO121020B1

RO121020B1 - Metodă pentru regenerarea schimbătorilor de ioni în curent ascendent

Info

Publication number: RO121020B1
Application number: ROA200001150A
Authority: RO
Inventors: Roman Mikhailovich Malyshev; Alexander Nikolaevich Zolotnikov; Viktor Evgenyevich Bomshtein; Sergey Lvovich Gromov; Paul Newell; Reinaldo Sievers; Andre Medete
Original assignee: Dow Deutschland Inc.; Obsestvo S Ogranicennoj Otvetstvennost'u "Ob"Edinenie Ireapenzmas(Ipm)
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2006-11-30
Also published as: HUP0004716A3; HU0004716D0; SK17832000A3; CZ20004349A3; EA200000983A2; BG104966A; HUP0004716A2; PL344103A1; EA200000983A3; HU224645B1; RU2149685C1; EA002503B1; UA66855C2

Abstract

Invenţia se referă la o metodă de regenerare în contracurent a schimbătorilor de ioni prin tehnologie UPCORE modificată, incluzând compactareastratului de răşină printr-un curent de fluid îndreptat de la bază către partea superioară afiltrului, regenerarea, aşezarea gravimetrică arăşinii şi spălarea schimbătorilor de ioni după regenerare şi diferenţiindu-se de tehnologia UPCORE iniţială, prin faptul că procesul de compresie se realizează prin cel puţin două pulsaţii, în care amplitudinea primei pulsaţii nu este mai mică decât înălţimea zonei libere care se găseşte deasupra stratului schimbător de ioni, la sfârşitul ciclului de lucru, amplitudinea celui de-al doilea puls nu trebuie să fie mai mică decât amplitudinea undei reflectate, survenită după trecerea pulsului anterior, iar timpul dintre pulsuri nu trebuie să depăşească timpulnecesar trecerii undei reflectate a pulsului anterior care a trecut prin stratul de schimbător de ioni.

Description

Invenția se referă la o metodă pentru regenerarea schimbătorilor de ioni în curent ascendent și este folosită la purificarea apelor naturale și uzate, ca și la alte soluții lichide, cu ajutorul filtrelor cu schimbători de ioni. Metoda conform invenției poate fi utilizată în domeniul energetic, metalurgie, chimie și alte ramuri ale industriei, care au nevoie de apă-desalinizată sau dedurizată, pentru procesele lor tehnologice.

Este cunoscută metoda regenerării în contracurent, a rășinilor schimbătoare de ioni, prin funcționare în curent descendent și regenerare în curent ascendent. Acest sistem în contracurent poate fi îmbunătățit, în principal, prin creșterea eficienței etapei de regenerare, adică prin scăderea, în continuare, a consumurilor de regeneranți și ape de spălare, precum și a duratei de timp, a procesului de regenerare.

Din anul 1998, este aplicată industrial metoda UPCORE, de recuperare în contracurent ascendent a rășinilor, desăvârșită în vase de filtrare, conținând rășini schimbătoare de ioni și material inert, licență a Companiei DOW CHEMICAL.

Sistemul clasic UPCORE, de regenerare a rășinilor, se bazează pe faptul că, la sfârșitul ciclului de funcționare, stratul de rășină schimbătoare de ioni este împins de la partea inferioară către cea superioară a filtrului și adus în stare compactă, de către un flux de apă ascendent, care acționează ca un piston. Soluția de regenerant este introdusă pe la partea inferioară, prin curgere ascendentă, la o viteză care să asigure menținerea stratului de rășină în stare compactă. După aceea, regenerantul rămas pe rășină este îndepărtat prin spălare în curent ascendent, menținând, de asemenea, stratul de rășină în stare compactă. în final, rășina este lăsată să se așeze prin cădere liberă, datorită gravitației, la partea inferioară a filtrului. Spălarea finală (rapidă) a rășinii se realizează în sensul curgerii din funcționarea normală, adică în curent descendent.

(“Sistemul UPCORE - Sistem de regenerare în contracurent ascendent”). Compactarea stratului de rășină atinge limite de 90 până la 92%, de aceea este necesară o viteză de circa 50 m/h, pentru realizarea acestei etape, care durează aproximativ 3...5 min. Pentru menținerea stratului în stare compactă, în cadrul etapei de regenerare, este necesară aplicarea unei viteze de curgere a soluției de regenerare de până la 20 m/h.

Principalele dezavantaje ale prototipului metodei clasice sunt:

- imposibilitatea obținerii unei regenerări optime, datorită compactării insuficiente a stratului de rășină (până la 10% din volumul de rășină din partea inferioară a vasului rămâne în stare decompactată);

- consum considerabil de apă, pentru compactare și spălare a stratului de rășină, în special, în cazul unei concentrații mari de materii în suspensie, în apa de alimentare.

Metoda conform invenției înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că procesul de compactare se realizează prin folosirea a cel puțin două unde pulsatorii, în care amplitudinea primei pulsații nu este mai mică decât înălțimea zonei libere, care se găsește deasupra stratului de schimbători de ioni, la sfârșitul ciclului de lucru, amplitudinea celui de-al doilea puls nu trebuie să fie mai mică decât amplitudinea undei reflectate, survenită după trecerea pulsului anterior, iar timpul dintre pulsuri nu trebuie să depășească timpul necesar trecerii undei reflectate a pulsului anterior care a trecut prin stratul de schimbători de ioni.

Autorii au încercat să îmbunătățească procedeul, prin dezvoltarea metodei de regenerare în sistem UPCORE, atingându-se un nivel mult mai bun, în extragerea impurităților reținute pe granulele de rășină. De asemenea, timpul de regenerare scade considerabil, iar cantitatea de ape de spălare este substanțial redusă, în cazul aplicării acestei metode.

S-a presupus că procesul de regenerare a granulelor de rășină poate fi puternic îmbunătățit, expunând granulele la o presiune mai mare, iar pulsațiile de presiune sporesc efectul de extragere a impurităților. Prima undă de presiune compactează stratul de rășină,

RO 121020 Β1 apoi impuritățile de pe suprafața granulelor sunt îndepărtate prin efectul de creștere a 1 presiunii, datorat celei de-a doua unde pulsatorii de presiune. Viteza de circulație în filtru este însă astfel aleasă, încât să nu existe pericolul decompactării stratului de rășină. 3

Ca rezultat al interacției dintre undele pulsatorii, așa-numita undă statică este formată în zona rășinii compactate, ceea ce conduce la trecerea granulelor situate la periferie, 5 către centrul stratului, crescând astfel gradul de compresie al rășinii. După cum au arătat experimentele, stratul de rășină rămâne compact până la 5 min, fără a avea o circulație de 7 fluid, datorită aplicării unui asemenea tratament.

în decursul experimentelor, au fost făcute determinări și s-au stabilit parametrii optimi 9 ai procesului, concluzia fiind aceea că se obține o îmbunătățire substanțială a rezultatelor regenerării, comparând cu sistemul UPCORE. 11 în particular, s-a determinat că problemele ridicate se pot rezolva utilizând metoda conform invenției, adică realizând etapa de compactare prin intermediul a două unde 13 pulsatorii.

Amplitudinea primei pulsații nu este mai mică decât înălțimea zonei libere care se 15 găsește deasupra stratului de schimbători de ioni la sfârșitul ciclului de lucru.

Amplitudinea celui de-al doilea puls nu trebuie să fie mai mică decât amplitudinea 17 undei reflectate, survenită după trecerea pulsului anterior. Timpul dintre pulsuri nu trebuie să depășească timpul necesar trecerii undei reflectate a pulsului anterior, care a trecut prin 19 stratul de schimbători de ioni.

Durata primului puls, în instalații industriale, este de 0,1 până la 60 s și timpul dintre 21 cele două pulsații este de 0,1 până la 300 s. Amplitudinea pulsului este determinată de combinația dintre durata pulsației și valoarea presiunii suplimentare, aplicată. Ca regulă, 23 când se produce pulsația, presiunea trebuie să fie de cel puțin 0,01 MPa. Limita superioară este determinată de geometria instalației. Selecția concretă a parametrilor este realizată în 25 funcție de proprietățile specifice ale instalației, tipul de rășină și viscozitatea lichidului care se purifică. 27

Ca regulă, pulsațiile se produc pe baza creării presiunii hidraulice, deși se pot forma și pe baza acțiunii pneumatice, mecanice sau alte acțiuni complexe. 29

Pentru această metodă, se pot utiliza orice fel de rășini, la care se adaugă un strat superior de material inert, dar cele mai bune rezultate s-au obținut utilizând rășini tip DOWEX 31 (Licență a companiei DOW CHEMICAL) MAC-3 ca rășină cationică slab acidă, DOWEX MARATHON (Licență a companiei DOW CHEMICAL) C, DOWEX UPCORE MONO (Licență 33 a companiei DOW CHEM ICAL) C-600, DOWEX MONOSPHERE (Licență a companiei DOW CHEMICAL) 650 Cca rășină cationică puternic acidă, DOWEX MARATHON WBA, UPCORE 35 MONO WB-500 ca rășină anionică slab bazică și DOWEX MARATHON A, MARATHON 11, MARATHON A2, UPCORE MONO A-625, UPCORE MONO A-500, MONOSPHERE 550 A 37 ca rășină anionică puternic bazică. Pentru rezultate optime, se recomandă DOWEX IF-62 ca material inert. 39

Metoda conform invenției poate fi implementată, de asemenea, și în alte stadii ale procesului. în particular, s-a determinat, în decursul experimentelor, că atunci când se utili- 41 zează acidul sulfuric, este posibil să se scadă gradul de plastifiere a rășinii cationice sau chiar să se evite total. 43

Aplicând invenția de față este posibil să se atingă o compactare practic de 100% și să se reducă astfel consumul de ape de spălare, de cel puțin două ori. Avantaje suplimentare 45 constau în faptul că, aplicând această metodă, nu mai este nevoie să se instaleze o pompă suplimentară, pentru realizarea compactării, iar circuitul de țevi nu trebuie modificat nici pe 47 traseu, nici pe echipament.

RO 121020 Β1

Procesul de regenerare se realizează precum urmează. Rășina schimbătoare de ioni și materialul inert sunt introduse în filtru.

Diagrama generală a procesului este prezentată în fig. 1 la 4, unde:

- fig. 1 ilustrează modul de lucru în etapa de funcționare;

- fig. 2 ilustrează etapa compresiei, injecția de chimicale și etapa de spălare;

- fig. 3 ilustrează etapa de așezare a rășinii și în final,

- fig. 4 ilustrează etapa de spălare rapidă.

Următorii termeni sunt introduși în desene:

- dispozitiv de distribuție superior (UDD);

- material inert;

- spațiul liber;

- stratul de rășină schimbătoare de ioni;

- dispozitiv de distribuție, inferior (LDD).

în timpul ciclului de funcționare (fig. 1), apa de tratat intră în filtru pe la partea superioară și trece în ordine, prin: dispozitivul de distribuție superior (UDD), inert, spațiul liber, stratul de rășină schimbătoare de ioni și dispozitivul de distribuție, inferior (LDD), ieșind pe la partea inferioară a filtrului. După epuizarea rășinii, deci la sfârșitul ciclului de funcționare, se întrerupe alimentarea cu apă pe la partea superioară a filtrului și se trece la etapa de regenerare (fig. 2). în acest caz, stratul de rășină este compactat pe dispozitivul de distribuție, inferior, și zona spațiului liber se află deasupra stratului de rășină.

Regenerarea este condusă în direcția de la bază către partea superioară a filtrului, în mod pulsatoriu, curentul de apă ridicând stratul de rășină, fără ca acesta să se disturbe, presându-l către stratul de inert, respectiv, dispozitivul de distribuție, superior. în același timp, se îndepărtează din filtru și materiile în suspensie, acumulate pe rășină.

Apoi, curentul de soluție de regenerare este trecut prin stratul de rășină de la bază către partea superioară, astfel încât stratul de rășină rămâne în stare compactă. Introducerea soluției de regenerare se face continuu sau în mod pulsatoriu.

La sfârșitul etapei de regenerare, soluția rămasă este îndepărtată din stratul compact de rășină, prin intermediul unui curent ascendent de apă de spălare. Acest curent de apă poate fi introdus continuu sau în mod pulsatoriu.

Următoarea etapă este cea de așezare a rășinii, când furnizarea de fluid tehnologic se întrerupe și se permite așezarea uniformă, gravimetric, a patului de rășină, pe dispozitivul inferior de distribuție, fără a se disturba patul, așezarea făcându-se strat cu strat. în acest caz, zona liberă migrează de la partea inferioară la partea superioară.

Ultima etapă este spălarea (fig. 4), care se desfășoară în aceeași direcție ca și ciclul de funcționare, adică în curent descendent.

Pentru aplicații practice ale metodei patentate, descrise anterior, se recomandă utilizarea rășinilor DOWEX UPCORE MONO C 600, drept cationit puternic acid, DOWEX UPCORE MONO A-625, drept anionit puternic bazic, DOWEX UPCORE MONO WB-500, drept anionit slab bazic. Această recomandare este puternic legată de faptul că rășinile mai sus menționate au un grad înalt de omogenitate al compoziției granulometrice și caracteristici fizico-mecanice foarte bune, ceea ce conduce la îmbunătățirea parametrilor hidrodinamici din timpul etapei de regenerare. Cele mai bune rezultate se obțin utilizând ca material inert DOWEX IF-62.

Testele comerciale au fost realizate pe o instalație de filtrare cu o capacitate de 0,5 m³, în care filtrul a fost echipat cu 0,45 m³ de rășină tip DOWEX UPCORE MONO C-600 pe bază de matrice stiren-divinilbenzenică în formă sodiu, cu capacitatea totală de schimb de minimum 2,2 mval/l și cu 0,02 m³ de material inert, tip DOWEX IF-62.

RO 121020 Β1

La epuizarea rășinii (sfârșitul etapei de funcționare), s-a întrerupt fluxul de apă de tratat și s-a trecut la etapa de regenerare. în acest sens, o parte din apa tratată a fost introdusă în filtru, în sens ascendent, la diverse valori de timp și presiune. La scurgerea timpului necesar, stabilit, după terminarea primei pulsații, s-a produs a doua pulsație (s-au efectuat diverse teste) și, într-un număr de experimente, s-a produs și a treia pulsație.

Gradul de compresie a stratului a fost monitorizat vizual.

Apoi, s-a întrerupt furnizarea de apă și s-a introdus soluția de regenerant pe bază de clorură de sodiu sau acid sulfuric, în concordanță cu indicațiile din fișa tehnică a rășinilor utilizate.

La sfârșitul etapei de regenerare, soluția rămasă în strat a fost înlăturată, cu un flux de apă demineralizată, în sens ascendent.

Apoi, s-a întrerupt furnizarea de apă și, ca rezultat, rășina s-a așezat pe principiul gravimetric. în final, stratul așezat de rășină a fost spălat cu un curent descendent de apă demineralizată, simultan, realizându-se compactarea stratului.

Apoi, s-a reluat funcționarea cu un nou ciclu.

Rezultatele obținute, privind influența parametrilor procesului asupra eficienței purificării apei, sunt date în tabelul 1.

Tabelul 1

Acțiunea parametrilor de regenerare asupra eficientei purificării apei și a soluțiilor apoase

Fluid	Parametrii procesului
Nr. de pulsuri	Durata primului puls	Timpul dintre 1-ul și al 2-lea puls (s)	Durata celui de-al 2-lea puls (s)	Timpul dintre al 2-lea și al 3-lea puls (s)	Durata celui de-al 3-lea puls (s)	Gradul de compresiune al stratului	Viteza specifica a apei pentru compresiunea stratului (m³/m²)
Apa	2	60	4	0,1			99,9	6,0
Apa	2	30	0,1	5			99,9	3,0
Apa	2	9	10	2400			99,9	0,9
Apa	3	2	5	2	5	2	99,9	2,8
Apa	3	0,1	2	0,1	2	900	95,2	0,01
Soluție 20% zahăr	2	60	300	1200			96,1	6,0

Experimentele realizate într-o instalație standard de purificare a apei, utilizând sistemul UPCORE inițial (la o capacitate de 150 m³/h și un volum de apă filtrată de 1000 m³pe ciclu), în comparație cu sistemul îmbunătățit prin prezentul patent modificat, au demonstrat posibilitatea obținerii unui ciclu de funcționare mai lung, fără a influența calitatea apei tratate obținute. (Rezultatele sunt date în tabelul 2.)

RO 121020 Β1

Tabelul 2

Comparație a eficienței purificării apei, în condiții industriale, la utilizarea metodei tradiționale și a tehnologiei noi patentate

Parametri	Tehnologie UPCORE	Tehnologie UPCORE modificată
Timpul necesar comprimării (s)	180	0,1	9	60	180
Gradul de compresie a stratului (%)	90,1	95,2	99,9	99,9	99,9
Viteza specifică a apei pentru compresia stratului de rășină (m³/m²)	4,5	0,01	0,9	6,0	18,8
Viteza liniară a soluției de regenerant (m/h)	121a 15	1 la 7	1 la 7	1 la 7	1 la 7
Volumul de apă tratat, luând în considerare străpungerea față de sodiu 100 pg/l (m³)	1000	1030	1080	1080	1080

După cum reiese din exemplele date, utilizarea metodei conform invenției, oferă posibilitatea unei îndepărtări mult mai complete a impurităților de pe stratul de rășină și, respectiv, o eficiență mai mare a procesului de regenerare.

în acest caz, timpul necesar regenerării se reduce cu o medie de 5...7%, în funcție de natura schimbătorilor de ioni, a duratei de viață a rășinii și de natura impurităților.

Consumul de ape de spălare se reduce cu 10 până la 12%.

Claims

Revendicări

1. Metodă pentru regenerarea schimbătorilor de ioni, prin sistemul de regenerare în contracurent ascendent a rășinilor, incluzând etapele de compactare a stratului de rășină, printr-un curent de fluid îndreptat de la bază către partea superioară a filtrului, regenerare, așezare a rășinii gravimetric și cea de spălare a schimbătorilor de ioni după regenerare, caracterizată prin aceea că procesul de compactare se realizează prin folosirea a cel puțin două unde pulsatorii, în care amplitudinea primei pulsații nu este mai mică decât înălțimea zonei libere care se găsește deasupra stratului de schimbători de ioni, la sfârșitul ciclului de lucru, amplitudinea celui de-al doilea puls nu trebuie să fie mai mică decât amplitudinea undei reflectate, survenită după trecerea pulsului anterior, iartimpul dintre pulsuri nu trebuie să depășească timpul necesar trecerii undei reflectate a pulsului anterior care a trecut prin stratul de schimbători de ioni.
2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că durata primului puls este de la 0,1 la 60 s.
3. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că că intervalul de timp dintre pulsațiile secundare este de 0,1 până la 300 s.