187830. lajstromszámú szabadalom • Ellenáramú ioncseréle berendezés frakcionált töltettel
1 187 830 2 A találmány ellenáramú ioncserélő berendezés alul és felül drenázzsal, vagy szűrőlappal ellátott tartállyal, amelyben a hígabb oldat alulról felfelé, a töményebb oldat felülről lefelé áramlik. A gyakorlatban, ahol különösen magas tisztasági fokú vizet használnak, pl. erőművekben, gyógyszeriparban stb, elterjedtek az ellenáramú ioncserélő berendezések, amelyek számos előnnyel rendelkeznek. Ilyen pl. a termelt víz minősége, az ioncserélő gyanta regenerálására felhasznált kisebb vegyszermennyiség, a kisebb mosóvíz szükséglet stb. A kiváló vízminőségnek az az oka, hogy az alulról felfelé áramló tisztítandó víz a gyantaágyat ugyancsak alulról felfelé meríti ki, tehát amikor felül elhagyja azt, még teljesen aktív gyantával érintkezik. Regeneráláskor a nagy töménységű regeneráló oldat felülről lefelé áramlik, így a felső réteget és iefelé az egész ágyat nagy biztonsággal teszi alkalmassá a nyers víz kezelésére. Lényeges követelmény az ellenáramú működtetésnél, hogy az ioncserélő szemcsék halmaza a kezelések során - akár a kimerítő oldat, akár a regeneráló óidat átvezetésekor - ne rendeződjék át. Ez azt jelentené pl., hogy az ioncserélő oszlop alsó részén lévő szemcse feljutva a feljebb lévő kevésbé kimerített rétegbe, annak hatékonyságát lerontja. Az átrendeződést az ismert berendezések eltérő módon oldják meg. Az egyik ilyen módszer, hogy az ioncserélő réteg mozgását a felül beépített drenázson átvezetett levegőpárnával, vagy folyadékárammal akadályozzák meg. Az eljárás előnye, hogy az ioncserélő ágy lazító mosásához elegendő szabad tér áll rendelkezésre a tartályban, hátránya a regeneráló művelet és a berendezés bonyolultsága-A berendezések másik csoportja mechanikusan támasztott ioncserélő rétegen vezetik át az oldatokat mindkét irányba. Ennek hátránya az, hogy a lazító mosáshoz az ioncserélő gyantát külön tartályba kell kiszállítani. Ez utóbbi módszert használják a kevert ágyas ioncserélő berendezéseknél, amelyekben a kation és anion formájú gyantaszemcsék rétegesen helyezkednek el. Regeneráláskor a gyantát külső regeneráló tartályokba szállítják át. A kétféle gyanta összekeveredését a szemcsék különböző ülepedési sebessége révén akadályozzák meg. Ez részben azzal függ össze, hogy a kation cserélő anyag sűrűsége nagyobb az anion cserélők sűrűségénél, részben azzal, hogy a szemcse méretével az ülepedési sebességet tovább lehet differenciálni. A lazító mosásnál olyan víz áramlási sebességet állítanak be, hogy a könnyebb anion cserélő gyanta felemelkedjen és elhagyja a tartályt, míg a kation lesüllyedt állapotban marad. A kétféle gyanta szétválasztásának hatékonyságát oly módon növelik a 2 118 557 számú NSZK szabadalmi leírás szerint, hogy a kiszállításnál olyan sűrűségű folyadékot alkalmaznak, amelyben azok a kation gyantaszemcsék, amelyek a normál mosófolyadék esetén az anion gyantákkal együtt kiszállítódnának, benn maradnak a tartályban. Az előzőek szerint tehát a regenerálás műveletéhez legalább egy külön segédtartály szükséges. Ismert eljárás, amikor a tartályt csak részben töltik ki ioncserélő gyantával. A kezelendő oldatot alulról felfelé vezetik át az előzőhöz hasonló; a, azonban olyan sebességgel, hogy a gyanta egy része a felső drenázshoz szoruljon, az alatta lévő rész pedig fluid állapotban legyen. A cél elérésére minél szűkebb szemcsefrakciójú ioncserélő halmazt írnak elő. A berendezésben az ellenáramú eljárás előnyeit csak akkor lehet elérni, hs. a tartályt a gyantával és/vagy a víznél kisebb fajsúlyú anyaggal közel telitöltik. A lazító mosáshoz külön tartályt kell alkalmazni. A berendezés az üzemvitelre a szabad és gyantával töltött tér arányára érzékeny, mert könnyen előfordulhat, hogy az ioncserélő halmaz átrendeződik, és az ellenáramú működés megszűnik. A gyakorlatban használt előzőek szerinti ellenárramú berendezések bonyolult módszerekkel próbálják megakadályozni, hogy a félig, vagy teljesen kimerült gyantaszemcsék összekeveredjenek a kevésbé kimerült, vagy érintetlen gyantaszemcsékkel. Külön hátrány, hogy szinte kivétel nélkül több segédtartályt kell alkalmazni a regenerálás műveletéhez. Az előzőek alapján az általunk kitűzött cél olyan ellenáramú üzemelésű berendezések kialakítása, amelyek vagy kation cserélő, vagy anion cserélő gyantával vannak megtöltve. A berendezéssel az ellenáramú ioncserélő műveletet - kimerítés és regenerálás - külső segédtartály, vagy különböző belső megtámasztó szerkezetek, folyadékelvezetők stb. nélkül lehessen megvalósítani. Az eljárás és berendezés az átrétegeződést akadályozza meg és a kezelt víz olyan gyantarétegen haladjon át utoljára, amely a regeneráláskor a legtöményebb regeneráló oldattal érintkezik. A kitűzött célt megvalósító találmányi gondolat alapja az a felismerés, hogy az. egynemű ioncserélő gyanta halmazát olyan részhalmazokból kell összeállítani, amelyek eltérő sűrűségűek és/vagy szemcsenagyságúak. Az így kialakított részhalmazok eltérő ülepedési sebességűek, így elérhető, hogy az ioncserélőn alulról felfelé áramló kezelendő folyadék kilépési helyén, a gyantaoszlop tetején mindig a legkisebb ülepedési sebességű, majd lefelé haladva egyre nagyobb ülepedési sebességű gyantaszemcsék, vagyis részhalmazok helyezkednek el, megakadályozva az összekeveredést és átrétegeződést. A felülről lefelé áramló friss regeneráló oldat (sav vagy lúg) mindig a termelt víz minőségét meghatározó, az összes művelet során legfelül elhelyezkedő réteggel érintkezik először. A találmányi gondolatnak megfelelő ellenáramú ioncserélő berendezés alul és felül drenázzsal vagy szűrőlappal ellátott tartállyal, amelyben a hígabb oldat alulról felfelé, a töményebb oldat felülről lefelé áramlik, oly módon van kialakítva, hogy hengeres vagy csonkakúp alakú, adott esetben szakaszokból álló tartálya van, a tartályban legalább két különböző ülepedési sebességű részhalmazt tartalmazó frakcionált ioncserélő töltet van, a töltetnek a kisebb ülepedési sebességű részhalmaza a felülről lefelé áramló töményebb oldat nagy feleslegével érintkezik, és a részhalmaz az alulról fölfelé áramló hígabb oldat kilépési pontjánál egyensúlyi koncentrációt eredményező tömeggel rendelkezik, 5 19 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
