CZ375092A3

CZ375092A3 - Column for ion-exchange process application

Info

Publication number: CZ375092A3
Application number: CS923750A
Authority: CZ
Inventors: Jean Marie Henri Cuvelier
Original assignee: Rohm & Haas
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1993-10-13
Also published as: EP0551002A1; NZ245639A; SG45313A1; HUT68447A; BG97269A; CN1074148A; PL297340A1; FI930074A7; HU9300035D0; JPH05253497A; AU654224B2; SI9300012A; AU3109793A; IL104345A0; FI930074L; FI930074A0; CA2086636A1; BR9300049A

Description

Iontoměničové kolony,

Oblast techniky jejich systémy-a.postupy je používající ί S m r·-,— < ~ ; < l

I N

-r

Vynález se týká iontoměničových kolon pro použití v iontoměničových systémech. Obzvláště se týká těch kolon s iontoměničovými pryskyřiceni, které zabraňují nebo minimalizují znečištění použité iontoměničové vrstvy nevhodným suspendovaným materiálem.

Dosavadní stav techniky

Systémy s iontoměničovými pryskyřicemi se běžně skládají nejméně z jedné kolony obsahující vrstvu iontoměničové pryskyřice. Iontoměničová pryskyřice je běžně umístěna uvnitř kolony mezi dvěma patry, z nichž každé obsahuje mnoho trysek nebo clonek. Při použití těchto systémů je kapalina, která má. být zpracována ( tj. ta kapalina, která má být použita v nabíjecím pracovním cyklu kolony), zaváděna do kolony na jednom jejím konci, prochází tryskami nebo clonkami v jednom z pater, prochází vrstvou iontoměničové pryskyřice, prochází tryskami nebo clonkami v druhém z pater a vystupuje z kolony na jejím druhém konci.

Kapalina ke zpracování v koloně s iontoměničovou pryskyřicí muže např. obsahovat.suspendovanou hmotu a při průchodu tekutiny, která má být zpracována touto kolonou s iontoměničovou pryskyřicí může být ... tato.... suspendovaná pryskyřice zachycena vrstvou iontoměničové pryskyřice, čímž nakonec pryskyřičnou vrstvu ucpe. Navíc suspendované částice mohou zablokovat trysky a' clony, které jsou typicky umístěny na obou koncích vrstvy iontoměničové pryskyřice.

V systémech s iontoměničovými pryskyřicemi, které obsahují, více iontoměničových kolon, je v nabíjecím pracovním cyklu možné, aby jemné částice , např. částečky z rozpadlých pryskyřičných částeček nebo velmi jemné kuličky iontoměničové pryskyřice

-· 'ri .-i * z iontoměničové pryskyřice umístěné na výstupu jedné z kolon prošly tryskami nebo clonkami patra umístěného na výstupním konci této kolony a přešlý do další kolony umístěné po proudu. V takovém případě jemné podíly pryskyřice mohou kontaminovat iontoměničovou pryskyřici v koloně umístěné po proudu. V takovém případě jemné pryskyřičné podíly mohou kontaminovat pryskyřici

-28838

..—iontoměniče v koloně umístěné po proudu a dokonce mohou ucpat trysky a clonky kteréhokoliv patra umístěného po proudu od vrstvyiontoměničové pryskyřice, ze které pocházejí iontoměniěové jemné částečky.

— „ - Zřejmě by bylo. žádoucí , aby.....látka suspendovaná v... tekutině zpracovávané systémem s iontoměničojyou pryskyřicí mohla být odstraněna nebo alespoň její koncentrace minimalizována. Bylo by také žádoucí, aby bylo zabráněno nebo bylo minimalizováno zacpávání trysek a clonek kteréhokoliv patra kolony obsahující iontoměničovou pryskyřicí a zanášení iontoměničové pryskyřice v takové koloně jemnými částečkami z kolon umístěných proti proudu a/nebo suspendovanými látkami přítomnými v kapalině, která je zpracovávána.

Je známé odfiltrování suspendovaného materiálu z.tekutiny, která bude zpracována v systému iontoměničové pryskyřice, průchodem vrstvou materiálu,, jako^je, .písek, štěrk nebo dřevěné uhlí, která je umístěna,v oddělené nádobě, umístěné.protiproudu od kolon(y) s. iontoměničovou. pryskyřicí.’ Použití vrstvy takového filtračního materiálu má však řadu nevýhod. Např. umístění vrstvy filtračního materiálu uvnitř zvláštní nádoby je nevýhodné proto, že zvyšuje požadavky systému -’s iontoměničovou pryskyřicí na ’ zařízení,, čímž zvyšuje cenu systému. Také, je-li vrstva filtračního·materiálu zanesena zachycenými suspendovanými látkami odstraněnými z tekutiny, která jím prochází, je vyčištěna zpětným promýváním, např. vodou. Toto zpětné promývání má další nevýhodu, neboť'je dalším krokem v postupu v systému využívajícím iontovou výměnu, který vyžaduje odstavení celého systému iontoměničové výměny -po.dobu tohoto promývání. .

Je také známo, že mohou být použila síta nebo filtry papírové či látkové, které jsou umístěny vedle kolon s iontoměničovou pryskyřicí . v systému s iontoměničovou pryskyřicí, který se skládá ze dvou a více kolon, kde úkolem filtrů je zabránit průchodu jemných částeček iontoměničové pryskyřice z. kolon(y) umístěných proti proudu do kolon(y) umíštěných/umístěné po proudu od filtru. Použití takových filtrů má však řadu nevýhod. Např. jako v případě výše popsaných vrstev známých filtračních materiálů pro odstraňování suspendovaných látek, jsou síta a filtry umístěny v oddělené nádobě a to zvětšuje jak cenu, tak složitost celkového systému s iontoměničovými pryskyřicemi. Navíc má použití sít a filtrů

-38838 nebo více v procesu srá má být ještě tu nevýhodu, že když v případě zanesení, např. jemnými podíly iontoměničové pryskyřice, je nezbytné odstavit celý proces iontové výměny na pryskyřici a umožnit čištění nebo výměnu zanesených sít a filtrů.

Bylo překvapením, že jsme nalezli kolonu pro použití v systémech a postupech s iontoměničovými pryskyřicemi, která překonává nevýhody výše uvedených známých filtračních zařízeni a která umožňuje (a) aby byla odstraněna suspendovaná látka přítomná v tekutině, která má být zpracována systémem s iontoměničovou pryskyřicí, nebo její koncentrace byla alespoň minimalizována a (b) aby byl vyloučen nebo alespoň minimalizován průchod jemných ! podílů iontoměničové pryskyřice z jedné vrstvy systému s iontoměničovou pryskyřicí, který se skládá~ ze dvou š takových vrstev, do další vrstvy umístěné po proudu.

Podstata vynálezu

Podle tohoto vynálezu je kolona pro použití iontové výměny vybavena vstupem pro tekutinu, kti zpracována v nabíjecím cyklu iontové výměny, výstupem pro tekutinu zpracovanou v tomto nabíjecím cyklu iontové výměny, „ v > ⁱ“^A - ' ' * ' 4^?' částí pro iontoměničovou pryskyřici, a částí pro inertní jemný filtrační materiál, která je umístěna mezi zmíněnou částí pro iontoměničovou pryskyřici a zmíněný vstup, takže zmíněná část pro inertní jemný filtrační materiál je blíže zmíněnému vstupu než kterákoliv část pro iontoměničovou pryskyřici.

Tento vynález se týká kolony podle tohoto vynálezu, která je Ϊ naplněna vrstvou iontoměničové pryskyřice a vrstvou inertního,

|. jemného filtračního materiálu.

Tento vynález se dále týká systému s iontoměničovou pryskyřicí, který se skládá z jedné nebo více kolon podle tohoto vynálezu.

Tento vynález se ještě dále týká postupu s iontoměničovou pryskyřici, ve kterém tekutina, která má být zpracována, protéká systémem s iontoměničovou pryskyřicí skládajícím se Z jedné nebo více kolon podle tohoto vynálezu a kde zmíněná/é kolona/kolony je/jsou naplněna/y vrstvou/vrstvami iontoměničové pryskyřice a vrstvou/vrstvami inertního jemného filtračního materiálu.

-48838

V textu ve spojitosti s tímto vynálezem je/jsou ^J ~ ~ (i) ‘pojem proti - proudu a po proudu·” vztažený k normálnímu nabíjecímu pracovnímu cyklu kolony/systému s iontoměničovou pryskyřicí. ;

(ii) odkazy ke zpracování tekutiny odkazy k normálnímu nabíjecímu pracovnímu cyklu systému/kolony;~a- — ..........

(iii) pojem.inertní, pokud je použit ve spojení . s jemným filtračním materiálem znamená, že tento materiál je inertní k látkám, se kterými přichází do styku během práce iontoměničové kolony/systému, tj. během nabíjecího a regeneračního cyklu kolony/systému.

V koloně podle tohoto vynálezu může být zadržovací vestavba, která dovoluje průchod tekutiny umístěna např;· na jednom nebo na více z následujících míst:

(i) konec části* *pro inertní jemný filtrační materiál, který je nejblíže vstupu tekutiny, ke zpracování (ii) konec části pro inertní· jemný filtrační· materiál, který je vzdálen od vstupu tekutiny, ke zpracování _ťr (iii) konec části pro iontoměničovou pryskyřici.co nejblíže výstupu zpracované tekutiny; nebo (iv) konec části pro iontoměničovou pryskyřici, vzdálený od výstupu pro zpracovanou, tekutinu.

Výše uvedené zadržovací vestavby (ii) a (iii) mohou být integrální, tj. jsou to jedny a ty samé zadržovací vestavby.

Např. v koloně podle tohoto vynálezu může být definována část pro inertní- jemný filtrační materiál jako objem mezi první ► · zadržovací vestavbou umístěnou na vstupním konci protiproudu řečené části a druhou zadržovací'vestavbou umístěnou po proudu na konci zmíněné Části, a kde první a druhá zadržovací vestavba dovolují průchod tekutiny, tj. dovolují průchod tekutiny, která má být zpracovávána na iontoměničové pryskyřici i průchod regenerační tekutiny. Podobně v koloně podle tohoto vynálezu může část pro iontoměničovou pryskyřici např. být definována jako objem mezi třetí ·zadržovací vestavbou umístěnou na konci protiproudu zmíněné části a čtvrtou zadržovací vestavbou umístěnou po proudu na konci zmíněné části, přičemž třetí a čtvrtá zadržovací vestavba’ umožňují průchod tekutiny, tj. umožňují průchod tekutiny, která má být zpracována v procesu iontové výměny i průchod regenerační tekutiny. S výhodou jsou

-58838 druhá a třetí zadržovací vestavba v koloně podle tohoto vynálezu integrované, t j . je to jedna a ta samá zadržovací vestavba.

V této výhodné realizaci jsou tedy části pro inertní jemný filtrační materiál a iontoměničovou pryskyřici definovány třemi zadržovacími vestavbami, jednou umístěnou na (vstupním) konci, umístěném proti proudu vzhledem k části pro inertní jemný filtrační materiál, jednou zadržovací vestavbou, která je umístěna po proudu na konci, části pro iontoměničovou pryskyřici a třetí zadržovací vestavbou umístěnou mezi . částí pro inertní jemný filtrační materiál a částí pro iontoměničovou pryskyřici.

V alternativní realizaci kolony podle tohoto vynálezu_tnení mezi částí pro inertní materiál a částí pro iontoměničovou pryskyřici žádná zadržovací vestavba. V takovéto realizaci by měly být hydraulické hustoty inertního, jemného filtračního materiálu a iontoměničová pryskyřice takové, že«po fluidizaci inertního filtračního materiálu a iontoměničové pryskyřice umožní zmíněnému filtračnímu materiálu a iontoměničové pryskyřici^aby se po uzavření průtoku usadily tak, že vytvoří oddělené vrstvy, přičemž vrstva inertního filtračního materiálu je blíže vstupnímu (tj. vstupu tekutiny, která má být zpracována) konci kolony’»než vrstva iontoměničové pryskyřice. Dále v. této realizaci, může ·,.,;_Αzadržovací vestavba, dle potřeby, být umístěna ha konci části pro inertní jemný filtrační materiál co nejblíže vstupu kapaliny, která má být zpracována, na konci části pro iontoměničovou '/;* pryskyřici, co nejblíže výstupu zpracovávané tekutiny nebo na obou.

Preferovaný tvar zadržovacích vestaveb je . tvar. pater vybavených množstvím clonek nebo trysek.

Přednostně, když kolona podle tohoto vynálezu je naplněna . inertním, jemným filtračním materiálem, je objem takového filtračního materiálu menší než objem části, uvnitř· které je umístěn. To je výhodné, neboť to umožňuje, aby byla během regeneračního cyklu vytvořena fluidní vrstva z filtračního materiálu iontoměničové pryskyřice, což zvyšuje účinnost odstraňování zachyceného jemného materiálu z - filtračního materiálu a tudíž zvyšuje účinnost čistění filtračního materiálu pro další použití. Toto vytváření fluidní vrstvy inertního jemného filtračního materiálu bude detailněji diskutováno pozděj i.

-68838

Kolony s iontoměničovými pryskyřicemi a systémy s iontoméničovými pryskyricemipodle- tohoto vynálezu ..mohou být. uspořádány pro nabíjecí cyklus probíhající při toku tekutiny směrem vzhůru a regenerační cyklus při toku směrem dolů, nebo pro nabíjení při toku směrem dolů a regeneraci při toku směrem

.....nahoru'?' '“Systémy s ÍOntoměničovými¹ pryskyřicemi uspořádané pro nabíjení při toku směrem nahoru a regeneraci při toku směrem dolů jsou např. popsány v našem EP-B-0142359. Je-li kolona podle tohoto vynálezu uspořádána pro nabíjení při toku směrem nahoru a regeneraci při toku směrem dolů (tj. Část pro inertní jemný filtrační materiál je umístěna pod sekcí pro iontoměničovou pryskyřici) a objem obsazený takovým filtračním materiálem je menší než objem části, ve které je umístěn* pak je výhodné, aby filtrační materiál měl menší specifickou hmotnost než tekutina, která má být' zpracovávána na iontoměniči a také-menší než má regenerační tekutina, neboť to přináší několik výhod. Za prvé, při normálním zpracování v, pracovním cyklu;kolony vede_;- použití filtračního materiálu o nižší specifické hmotnosti než kapalina,, která jím·,prochází, k tomu, že se filtrační, materiál usadí jako.

Jt kompaktní vrstva po proudu, na konci té části, kde je umístěn. Takto vytvořená kompaktní vrstva umožní dosáhnout účinného odstranění jemného - materiálu z*tekutiny, která * jím prochází . Za druhé, tok směrem dolů, vyvolá během regeneračního · cyklu fluidizaci. vrstvy filtračního materiálu a to následně umožní účinně z.ni odstranit zachycený jemný materiál.

Alternativně, pokud, je kolona podle tohoto vynálezu uspořádána tak, že nabíjecí .cyklus probíhá při toku směrem dolů a regenerace při toku směrem nahoru (tj. část pro inertní jemný filtrační materiál je umístěna nad částí pro. iontoměničovou pryskyřici) a objem obsazený takovým filtračním materiálem je menší než objem části, ve které je umístěn, potom je výhodné, aby filtrační materiál měl specifickou hmotnost vyšší než tekutina, která má být podrobena iontové výměně a také vyšší, než je specifická hmotnost regenerační tekutiny, neboť to poskytuje

·.··' výhody. Za prvé, při normálním zpracování v pracovním cyklu kolony vede použití filtračního materiálu o vyšší specifické hmotnosti než kapalina, která jím prochází, k tomu, že filtrační materiál se usadí jako kompaktní vrstva po proudu na konci té ěásti, kde je umístěn. Jak již bylo diskutováno, toto vytvoření kompaktní vrstvy v normálním pracovním cyklu umožňuje dosažení

-78838 účinného odstraňování jemhého materiálu z tekutiny, která jím prochází. Za druhé, tok směrem dolů během regeneračního cyklu vyvolá fluidizaci vrstvy, filtračního materiálu a to následně, jak již bylo diskutováno, umožní z ní účinně odstranit zachycený jemný materiál a tudíž účinné vyčistit filtrační materiál pro jeho opětovné použití.

' . Další výhodou kolony podle tohoto vynálezu je to, že není

Žádná část umístěna mezi část s inertním jemným filtračním materiálem a vstupem tekutiny, která má být zpracována v nabíjecím, pracovním cyklu kolony, a že veškerý zachycený jemný materiál může být během regeneračního cyklu snadno odstraněn z kolony nebo jakéhokoliv systému; ve kterém je jeho součástí

I kolona, aniž by přitom byla znečistěná iontoměničová pryskyřice ' kolon(y)/systému.

V jedné realizaci systému s iontoměničovou pryskyřicí podle tohoto vynálezu se systém skládá z jediné kolony s iontoměničovou pryskyřicí. V takové situaci bude kolona kolonou podle tohoto vynálezu a inertní jemný filtrační materiál umožní,' aby suspendovaný materiál, který je přítomen v tekutině zpracovávané systémem, byl odstraněn, nebo jeho hladina byla ^J alespoň minimalizována před tím, než tato tekutina projde iontoměničovou ΐϊί[ pryskyřicí umístěnou uvnitř kolony.

V alternativní realizaci v systému s iontoměničovou pryskyřicí podle tohoto vynálezu se systém skládá že dvou nebo z více kolon s iontoměničovou pryskyřicí, které jsou umístěny za sebou. V takové situaci jedna nebo více kolon s iontoměničovou pryskyřicí může být kolonou podle tohoto vynálezu. Např. první kolona s iontoměničovou pryskyřicí může být kolona podle tohoto vynálezu a v tomto případě odstraní inertní jemný filtrační

Γ materiál suspendované látky, které jsou přítomny v tekutině, ke zpracování Systémem nebo alespoň bude minimalizovat jejich koncentraci. Alternativně, jedna nebo více kolon umístěných po proudu od první kolony s iontoměničovou pryskyřicí (tj . kolonou nejvzdálenější proti proudu) je kolona podle tohoto vynálezu.. V tomto' případě inertní jemný . f iltračnímateriál umožní odstranění jakýchkoliv jemných částic materiálu, který přichází z kolon(y) proti proudu vzhledem k tomuto filtračnímu materiálu, nebo alespoň bude minimalizovat jejich koncentraci a tak zabrání, aby takové jemné podíly pryskyřice vstoupily do vrstev s iontoměničovou pryskyřicí, které jsou umístěny po proudu od

-88838 inertního, jemného materiálu a tak se zabrání tomu, aby byly —z ane s eny——vrs t vy—i on x om ěn i čové__pryskyřice a/nebo zadržovací _ __ - j vestavby (tj. trysky a clonky v patrech), které mohou být přítomny po proudu od takového inertního filtračního materiálu.

V systému s iontoměničovou pryskyřicí, který se skládá ze dvou nebo více kolon s iontoměničovou pryskyřicí je ovsem také možné, aby první kolonas iontoměničovou pryskyřicí, tak jedna nebo více kolon umístěných po proudu od zmíněné první kolony byly kolonami podle tohoto vynálezu,

V systémech s iontoměničovými pryskyřicemi je běžné, aby jedna z kolon s iontoměničovou pryskyřicí obsahovala vrstvu pryskyřice vyměňující anionty (anex), která je umístěna po proudu od kolony s iontoměničovou pryskyřicí obsahující pryskyřici F vyměňující kationty (katex). ' V takovém případě, umístění vrstvy inertního, jemného filtračního materiálu mezi vrstvu pryskyřice vyměňující kationty a vrstvu pryskyřice vyměňující anionty (tj . v koloně obsahující pryskyřici vyměňující anionty) umožní·,aby, byly odstraněny jemné částečky pryskyřice vyměňující.kationty nebo, aby byla alespoň, minimalizována . jejich koncentrace v tekutině, která vstupuje do kolony s pryskyřicí vyměňující anionty. Tak bude.zabráněno nebo alespoň, minimalizováno zanášení vrstvy pryskyřice vyměňující anionty jemnými podíly pryskyřice vyměňující kationty, což by jinak vedlo ke zhoršeni kvality zpracovávané tekutiny, např. vody, a způsobilo těžkosti po každé regeneraci. Také to zabrání, nebo bude alespoň minimalizovat, ucpávání žadržovacích vestaveb (např. zacpávání trysek a clonek patra), ; které se může vyskytovat na vstupní straně vrstvy pryskyřice vyměňující anionty. Podobné jsou známy systémy s iontoměničovou pryskyřicí, ve kterých je kolona s iontoměničovou pryskyřicí obsahující vrstvu pryskyřice vyměňující kationty umístěna po proudu od kolony s iontoměničovou pryskyřicí obsahující vrstvu s pryskyřicí vyměňující anionty.

,V takové situaci umístění vrstvy inertního jemného.filtračního /matériálu mezi vrstvy pryskyřice vyměňující kationty a anionty (tj . v koloně obsahující pryskyřici vyměňující anionty) umožní, aby byly odstraněny jemné podíly pryskyřice vyměňující anionty, nebo, aby byla alespoň minimalizována jejich koncentrace v tekutině, která vstupuje - do kolony s pryskyřicí vyměňující kationty. Toto bude zabraňovat nebo .alespoň minimalizovat zanášení vrstvy pryskyřice vyměňující kationty a zabrání nebo

-98838 alespoň bude minimalizovat ucpávání zadržovací vestaveb (např. zacpávání trysek a člonek patra), které se může vyskytovat na vstupní straně vrstvy pryskyřice, která vyměňuje kationty.

Přednostně je inertní filtrační materiál materiál syntetický, např. polyethylen o vysoké hustotě, polypropylen, polyamid, nebo polystyren. Přednostně je inertní jemný filtrační materiál polyethylen o vysoké hustotě, polypropylen nebo polyamid. Velikost částic inertního filtračního materiálu např. může být od asi 0,1 mm do asi 5 mm. V jedné realizaci vynálezu má přednostně inertní jemný filtrační materiál velikost částic od asi 0,2 mm do asi 4 mm a ještě lépe od asi 0,3 mm do asi 2 mm. V jiné realizaci tohoto vynálezu má inertní filtrační materiál přednostně částice o velikosti od asi 0,5 mm do asi 5 mm a ještě raději od asi ϊ , ' * 0,5 mm do asi 1,7 mm. Pokud se odvoláváme na velikost částic, ί rozumíme tím průměr částice v případě kulové částice a minimální a maximální průměry v případě nekulových částic. Bylo nalezeno, že použití inertního filtračního materiálu o velikosti částic v rozmezí od asi 0,5 mm do asi 1,7 mm je účinné při odstraňování 'Ý;

jemného materiálu o velikosti 0,05 mm do asi 0,4 mm z tekutiny, · Α která jím prochází. S výhodou je velikost částic inertního , filtračního materiálu menší než velikost částic iontoměničové pryskyřice. _x

S výhodou je hloubka vrstvy inertního filtračního materiálu , v koloně podle tohoto vynálezu od asi 10 do asi 50 cm. ·.

Běžně se při práci systému s iontoměničovou pryskyřicí používají ve vrstvě iontoměničové pryskyřice průtokové rychlosti ..............

tekutiny ke zpracování od asi 10 do asi 80 metrů za hodinu. Bylo nalezeno, že použití inertního filtračního materiálu je za těchto ''průtokových rychlostí účinné k odstranění jemných látek' ’ z tekutiny, která má být zpracována v tomto systému.

Během regeneračního cyklu systému s . iontoměničovou pryskyřicí, odstraní regenerační tekutina z inertního materiálu veškerý zachycený jemný materiál, který byl odfiltrován z. tekutiny procházející systémem během nabíjecího cyklu. Jak již bylo diskutováno, je v regeneračním cyklu inertní filtrační materiál s výhodou fluidízován, což zlepšuje účinnost odstraňování jakéhokoliv zachyceného jemného materiálu.

Nabíjecí časy pro systém s iontoměničovou pryskyřicí až do 8 hodin, nebo delší, nejsou nezvyklé. Např. systém s iontoměničovou pryskyřicí může pracovat v nabíjecím cyklu po

-108838 mnoho dní než je třeba regenerace. Bylo nalezeno, že inertní materiál—je—účinný—pro-ods-t-raňován-í—jemného-máxer-iálu_z_tekutin'.y_,. která prochází systémem s iontoméničovou pryskyřicí v nabíjecím cyklu dokonce i při tak dlouhých nabíjecích periodách.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady jsou k tomu, aby ilustrovaly preferované realizace tohoto vynálezu.

V příkladech bude odkazováno na přiložené výkresy ve kterých:

Obr. í je graf ukazující ve částic použitých v příkladu 1 vrstvách inertních jemných časovou závislost migrace rozpadlých částic pryskyřice vyměňující kationty.

’ -* · -* -T- “ * ... rtr*.. ··-.,· -*

Obr. 2 je čárový diagram ukazující pro různé rychlosti tekutiny migraci rozpadlých částic iontoměničoyé pryskyřice typu katex ve vrstvách inertních ,jemných částic použitých v příkladu 2.

Obr. 3 je čárový diagram ukazující pro různé rychlosti tekutiny migraci rozpadlých částic iontoměničové pryskyřice typu katex. ve vrstvách inertních jemných částic použitých v příkladu 3; a ,

Obr.4 čárový diagram ukazující pro různé rychlosti tekutiny migraci rozpadlých částic iontoměničové pryskyřice typu katex ve vrstvě inertních jemných částic použité v příkladu 4.

Příklad 1.

Tento příklad je uveden proto, aby ukázal schopnost vrstvy inertních jemných částic odstraňovat jemné částečky pryskyřice z vody.

Zařízení použité v tomto příkladu se skládá z kolony, která obsahuje vrstvu inertního jemného filtračního materiálu, vrstvu, která má výšku 10 cm, přičemž inertní filtrační materiál je

·. popsán v níže, viz Tabulka 1. Objem kolony byl větší než objem vrstvy' inertního filtračního materiálu. Základna kolony měla vstup pro tekutinu a hlava kolony měla výstup pro tekutinu.

Voda obsahující rozpadlé částečky iontoměničové pryskyřice O velikosti od 0,1 do 0,2 mm byla uváděna do kolony vstupem u její základny. Tekutina procházela vrstvou inertního materiálu a opouštěla kolonu výstupem na její hlavě. Průtoková rychlost

-118838 tekutiny vrstvou inertního materiálu byla od 20 do 40 metrů za hodinu.

Tato procedura byla prováděna s různými inertními materiály, které jsou uvedeny níže viz Tabulka 1. Výška, ve které byly rozpadlé částečky pryskyřice vyměňující kationty nalezeny uvnitř vrstvy inertního filtračního materiálu byla měřena v různých časech a výsledky jsou ukázány na Obr.l přiložených výkresů. Na Obr. 1 představuje osa X čas (v minutách) a osa Y představuje výšku (v cm) , ve které byly nalezeny rozpadlé částečky pryskyřice vyměňující kationty, uvnitř vrstvy inertního filtračního materiálu (tj. hladinu migrace rozpadlých částeček).

Z Obr.l může být vidět, že po určitém čase se dosáhne rovnováhy, a úlomky pryskyřice již dále necestují. To ukazuje, že úlomky pryskyřice vytvářejí koláč, který brání další migraci částeček vrstvou inertního materiálu.

Po průchodu vody obsahující rozpadlé částečky pryskyřice vyměňující kationty vrstvou inertního filtračního materiálu procházela čerstvá voda kolonou při rychlosti od 1 do 10 metrů ža hodinu. To simuluje tok směrem dolů při regeneraci kolony • X':

s iontoměničovou pryskyřicí. Při průchodu vody dolů kolonou bylo pozorováno fluidování vrstvy inertního materiálu a to pomohlo odstranit úlomky pryskyřice vyměňující kationty z vrstvy inertního filtračního materiálu.

Tabulka 1

- - -. '/	polyethylen (PE)	polypropen (>?)	polyamid¹ (PA)	Amberlite RF-14“
hustota [g/ml]	0.94-0.96	¹ 0.96-0.91	1.09-1.16	0,95-0.98
^J V ..... průměrná velikost [cm]
průměr délka šířka -· í	0,3 0,3	0,5 0,5 0,2	0,3 0,3	O',l 0,17

*ÁmberTite RF-14 je polypropylenový materiál firmy Rohm and Haas

-128838

Příklad 2.

...... Postup, podle, příkladu .1 byl opakován až nato, že při různých rychlostech průtoku byla měřena migrace .rozpadlých částic pryskyřice vyměňující kationty jako funkce inertního filtračního materiálu.

* Výsledky tohoto -příkladu jsou- uvedeny—, na _0br_.2 přiložených výkresů. Na Obr.2 jsou inertní filtrační materiály ukázány na vodorovné ose a výška vrstvy inertního filtračního materiálu (cm) , ve ^r které., byly nalezeny , rozpadlé částice pryskyřice vyměňující kationty po patnácti minutách je uvedená na svislé ose (tj. hodnota migrace rozpadlých částic).

Příklad 3.

Postup podle příkladu 1 byl opakován až nato, že při různých - průtokových * rychlostech (tj. * 20 m/hodinu, 28 m/hodinu a 36 m/hodinu) byla měřena migrace, rozpadlých částic pryskyřice vyměňující kationty. jako, funkce velikosti.,, částic, inertního filtračního materiálu. Úlomky částic pryskyřice, vyměňující kationty měly velikosti v.rozmezí· od 0,3 do 0,4 mm.

Výsledky tohoto příkladu jsou ilustrovány na Obr.3 přiložených výkresů. Na Obr.3 představuje osa X? velikost (mm) částic inertního filtračního, materiálu a osa Y představuje výšku vrstvy inertního filtračního materiálu . (cm), ve které, byly nalezeny úlomky částic pryskyřice vyměňující kationty po 15 minutách (tj. úroveň migrace rozpadlých částic). Uváděné hodnoty pro ,inertní materiál, který má průměrnou -velikost částice kolem 1 mm, byly získány při experimentech s pryskyřicí Amberlite RF-14. Hodnoty pro inertní materiál o průměrné velikosti částice ' 3 mra byly získány při použití polyethylenu a hodnoty uvedené pro inertní materiál o střední velikosti částic 5 mm byly získány z pokusů s polypropylenem.

...Z Obr. 3 může být vidět, že mezi migrací částic pryskyřice vyměňující kationty a velikostí částic inertního filtračního / materiálu existuje korelace. Bylo např. nalezeno, že pro použité úlomky o velikosti 0,3 až 0,4 mm nejúčinnější velikost částic filtračního-materiálu je okolo 1 mm.'

8838

Příklad 4.

Příklad 3 byl opakován při použití Amberlite RF-14 jako jemného inertního filtračního materiálu a byly použity úlomky částic pryskyřice vyměňující kationty o velikosti částic 0,1 až 0,2 mm. Částice Amberlite měly velikosti kolem lmm.

Výsledky získané v tomto příkladu byly porovnány s výsledky získanými v příkladu 3 pro tentýž inertní filtrační materiál a jsou uvedeny na Obr.4 přiložených výkresů. Na Obr.4 představuje osa X čas v minutách a osa Y . představuje výšku vrstvy inertního filtračního materiálu (cm), ve které byly nalezený úlomky částic pryskyřice vyměňující kationty (tj . úroveň migrace rozpadlých částic).

Z Obr.4 je patrné, že inertní filtrační' materiál (Amberlite RF-14), který má velikost částic asi 1 mm, je méně účinný při odstraňování úlomků částic pryskyřice vyměňující . kationty o velikosti částic 0,1 ®až 0,2 mm, než při odstraňování úlomků Částic pryskyřice vyměňující kationty o velikosti částic 0 ,3 až 0,4 mm. A . .. A

Příklad 5. r.

Zařízení užité v tomto příkladu se skládalo z kolony o průřezu 3,14 cm obsahující, vrstvu inertního, jemného filtračního materiálu (polystyren) o průměrné velikosti částic 300 mikrometrů a o hustotě 1,06 g/ml o koeficientu stejnorodpsti

1,2. Vrstyá inertního, jemného filtračního materiálu mela'hloubku /!?* čm. 1 ml úlomků silně kyselé pryskyřice vyměňující kationty o velikosti částic mezi 46 a 150 mikrometry byl potom umístěn jemného filtračního materiálu. Úlomky silně kyselé pryskyřice vyměňující výsledných částic mezi 46 a 150 navrch tohoto inertního byly připraveny mletím kationty a vysilováním mikrometry.

Potom při rychlosti 20 m/hod protékala voda směrem dolů touto kolonou a vzdálenost, kterou urazily úlomky pryskyřice bylá měřena v určitých časových intervalech.

Výše popsaný pokusný postup byl opakován s tou výjimkou, že průtok vody kolonou byl 40 m/hod.

-148838

Výsledky získané popsaným postupem je možno shrnout:

Průtočná rychlost:	Čas	(min)	Vzdálenost	(cm)**
20 m/hod	0		0
	10		0,5
..... -	- 30		....... ........0,5	---------.....
	'120		0,5
Průtočná rychlost:'	Čas	(min)	Vzdálenost	(cm)“
40 m/hod	0		0
	10		0,5
-	30		0,6
	120		0,6

* * Vzdálenost, kterou urazily pryskyřičné úlomky směrem dolů vrstvou inertního, jemného filtračního materiálu.

Následně po každém pokusném postupu byl směr průtoku vody kolonou obrácen (tj. voda„byla pouštěna směrem nahoru kolonou á tudíž vrstvou inertního jemného filtračního?materiálu) . Průtok vody byl 10 m/hod a bylo pozorováno, že více než 95 objemových % úlomků pryskyřice bylo vymyto z inertní filtrační hmoty vrstvy a odstraněno z kolony.

Z tohoto příkladu může být vidět, že inertní materiál, který má částice okolo 300 mikrometrů je schopen účinně; zadržet pryskyřičné úlomky o velikosti.46 až 150 mikrometrů a je schopen tyto pryskyřičné úlomky uvolnit, je-li průtok vody obrácen.

8838

L₁₅L°Í Ξί !=->! i £ ='!

! .í m I N ( i <

patentové^ nároky

1. j í 2·}

3.

Kolona pro použití v iontotněničovém procesu, která se skládá ze vstupu pro tekutinu, která má být zpracována '‘, v nabíjecím cyklu tohoto iontoměničového procesu, výstupu \

pro tekutinu Zpracovanou v nabíjecím cyklu iontoměničového procesu ^a části pro iontoměničovou pryskyřici, části pro inertní jémhý filtrační materiál, přičemž zmíněná část pro. inertní jemný filtrační materiál je umístěna mezi' zmíněnými částmi pro iontoměničovou pryskyřici a zmíněný vstup, takže zmíněná část pro inertní jemný filtrační materiál je blíže zmíněnému vstupu 'než jakákoliv část pro iontoměničovou pryskyřici. \ \

Kolona podle bodu jedna,\ kde zadržovací vestavba umožňující průchod tekutiny je umístěna na jednom nebo veř; více z následujících míst: \ ý (i) konec části pro inertní Nájemný filtrační materiál, co nejblíže vstupu tekutiny, která má být zpracovávána.

(ii) konec části pro jemný filtrační materiál, vzdálený od vstupu pro kapalinu, která má být zpracována (iii) konec části pro iontoměničovou pryskyřici, co nejblíže výstupu kapaliny, která byla zpracována (iv) :.konec části pró iontoměničovou pryskyřici vzdáleny od vstupu pro kapalinu, která má být zpracována.

‘•i

Kolona podle bodu 2, vyznačující se tím, že vestavby (ii) a (iii) jsou integrální (společné).

4. Kolona podle bodů 2 a 3 vyznačující se tím, že každá zadržovací vestavba je ve tvaru patra, které má množství trysek nebo clonek.

• . - s ___- . \ _χ5^.ý . Kolona podle kteréhokoliv z bodů 1 až 4, ve které je část pro^ióntoměničovou pryskyřici naplněna vrstvou iontoměničové pryskyřice a část pro inertní jemný polymerní materiál je naplněna vrstvou inertního, jemného filtračního materiálu.

-168838

Kolona podle bodu 5 vyznačující se tím, že objem inertního jemného—-f-i-l-t-r-ačniho—materiálů—jě—menší __jn_ež objem části.....

uvnitř kterého je umístěn.

7. Kolona podle bodu 5 nebo bodu 6, vyznačující se tím, že inertní/ jemný materiál je polyethylen o vysoké hustotě, polypropylen, polystyren nebo polyamid.

\

8. Kolona podlé, bodů 5 až 7, vyznačující se tím, že inertní . jemný materiál· má velikost částic od asi 0,1 mm do asi 5 mm.

\ W * * * *

9. Kolona podle boďu^S, vyznačující se tím, ze inertní jemný materiál má velikost částic od asi 0,2 mm do áši 4 mm.

10.

11.

Kolona podle bodu 8, vyznačující se tím, že inertní jemný filtr je z materiálu, který má částice.od 0,5 mm do 1,7 mm.

Kolona podle kteréhokoliv \z bodů 5 až 10, vyznačující se tím, že vrstva inertního, jemného filtračního materiálu má hloubku od asi 10 do asi 50 cm’

12. Kolona pro iontoměničovou pryskyřici, podle kteréhokoliv z bodů 5 až 11 vyznačující se tím,že nejsou použity žádné zadržovací vestavby mezi částí pro iontoměničovou pryskyřici a částí pro inertní jemný filtrační materiál a přitom hydraulické hustoty iontoměničové pryskyřice a inertního jemného filtračního materiálu jsou takové, že po fluidizaci těchto materiálů v koloně se usadí při nulovém průtoku tak, že vytvoří dvě oddělené vrstvy. Přitom vrstva inertního jemného filtračního materiálu je umístěna blíže vstupu tekutiny, která má být zpracovávána, než vrstva iontoměničové pryskyřice. \ ,,13. Systém s iontoměničovou pryskyřicí, který se skládá ž jedné nebó více kolon podle kteréhokoliv z bodů 1 až 12.

•ý\s<

14.

Systém s iontoměničovou pryskyřicí podle bodu 13, který še '' \ skládá- ze dvou nebo více kolon s iontoměničovou pryskyřicí s jednou nebo více kolonami, které jsou kolonami podle kteréhokoliv z bodů 1 až 11.

-178838

15) Postup s iontoměničovou pryskyřicí, který používá průchod tekutiny, která má být zpracována na systému s iontoměničovou pryskyřicí a který se skládá z jedné nebo více kolon podle kteréhokoliv z bodů 5 až 12.

16. Postup s iontoměničovou pryskyřicí podle bodu 15 vyznačující se tím, že \ (a) kolona/loplony podle kteréhokoliv z bodů 5 až 11 jsou uspořádány*/^ pro nabíjení při proudu tekutiny směrem vzhůru a regeneraci při proudu tekutiny směrem dolů (b) objem inertního, jemného filtračního materiálu je menší než objeiAčásti, ve které je umístěna: a (c) hustota inertního, jemného filtračního materiálu je menší než hustota tfekutiny, která je zpracovávána

17. Postup podle bodu 15 vyznačující se tím. Že _r (a) kolona/kolony podle kteréhokoliv z bodů 5 až 11 jsou uspořádány pro nabíjení při toku směrem dolů a pro regeneraci při toku směrem náboru;

(b) objem inertního, jemného filtračního materiálu je menší než objem části, ve které je umístěn; a (c) hustota inertního, jemného filtračního materiálu je větší než hustota tekutiny, která má\být zpracovávána.

18. Postup s iontoměničovou pryskyřici podle kteréhokoliv z bodů 15 až 17 vyznačující se tím, že průtoková rychlošt tekutiny, která má být zpracovávána je od asi 10 do asi oQ metrů za hodinu.

-188838

Anotace

JíC-i&l·pro pCiLřXiL V přtOlSCU

Název vynálezu: Iontoměničové—kolony,—jejich—systémy a postupy jepouží vaj íoi ' ...............- -------T?»—pftpjaána kolona pro použití v postupu s iontoměničovými pryskyřicemi , která zabraňujel nebe- mi ni malizuj e zanášení vrstvy iontoměničové-pryskyřioo v ní použi-té jemným nr žáihnirún materiálem. Kolona má vstup pro tekutinu ke zpracování, výstup pro zpracovanou tekutinu, část pro iontoměničovou pryskyřici a část pro inertní jemný filtrační materiál, který je umístěn mezi částí pro iontoměničovou pryskyřici a vstupem tekutiny ke zpracování _t takže část pro inertnijemný - f ilJ-rnř.nt, mater.iAl je b-líže am lněnému—vstupu—než jakákoli-v část -c—iontoméničoveupryskyřici. ZL .‘HmJuIs -veátAťí

Claims

f i •^ť — /

3? ATE NT OVÉ NÁROKY / uo

GJ

1. Kolona pro použití v iontoměničovém procesu, vyznačující se tím,’' Ze se skládá ze vstupu pro tekutinu, která je zpracována v nabíjecím cyklu tohoto iontoměničového procesu, výstupu pro tekutinu zpracovanou v nabíjecím cyklu iontoměničového procesu, části .. Pro iontoměničovou pryskyřici a části pro inertní . jemný ííltrační materiál,” přičemž část pro inertní·jemný filtrační materiál je umístěna mezi částmi pro iontoměničovou pryskyřici a vstup, takže část pro inertní jemný filtrační materiál je blíže vstupu než jakákoliv část pro iontoměničovou pryskyřici.
2. · Kolona podle nároku 1, vyznačující se tím, že je zadržovací vestavba umožňující' průchod tekutiny umístěna na jednom nebo ve více z následujících míst(i) konec části pro* inertní jemný filtrační, materiál,'® co ( ·, nejblíže vstupu tekutiny, která je zpracovávána. v (ii) konec části pro jemný filtrační materiál, vzdálený; od (, vstupu pro kapalinu, která je zpracována (iii) konec části pro iontoměničovou pryskyřici, co nejblíže i ' výstupu zpracovávané kapaliny (iv) konec části pro iontoměničovou pryskyřici vzdálený; od .vstupu pro zpracovávanou kapalinu ·
3. Kolona podle nároku 2, .vyznačující se tím, že. vestavby (ii) a (iii)· jsou integrální.
4. Kolona podle nároků 2 a 3 vyznačující se tím, že každá zadržovací vestavba je ve tvaru patra, které má množství trysek nebo clonek.
5. Kolona podle kteréhokoliv z nároJÍŮ. l až 4,' vyznmačující Be tím,.žě je část.pro iontoměničovou pryskyřici naplněna vrstvou iontoměničové· pryskyřice a část- pro inertní jemný polymerní materiál: je naplněna vrstvou inertního,, jemného filtračního : materiálu.
6. Kolona podle nároku 5 vyznačujíc! se tím, že objem inertního jemného filtračního materiálu je menší než objem části, uvnitř -které—je-umíetěn.—i—' 7 .......
7. Kolona podle nároku 5 nebo 6, vyznačující ee tím, že inertní jemný materiál je polyethylen polypropylen, polystyren nebo polyamid o vysoké hustotě.

“ Γ
8.. Kolona podle nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že inertní jemný materiál má velikost částic od 0,1 mm do 5 mm.
9. Kolona podle nároku 8, vyznačující se tím,’ že inertní jemný materiál má velikost Částic od ú, 2 mm do 4 mm.
10. Kolona podle nároku 8, vyznačující ee tím. Že inertní jemný íiltr je z materiálu, který má částice od 0,5 mm do 1,7 mm.
11. Kolona . podle kteréhokoliv z nároků 5.až 10, vyznačující se tím, že vrstva inertního, jemného filtračního materiálu má hloubku od 10 do 50 cm.

5' '' ' ”
12. Kolona pro iontoměničovou pryskyřici podle kteréhokoliv z nároků 5 až 11 vyznačující se tím, _k že nejsou použity žádné zadržovací veEtavby mezi částí pro iontoměničovou pryskyřici a částí pro inertní jemný filtrační materiál a přitom hydraulické hustoty iontoměničové pryskyřice a inertního jemného filtračního materiálu jsou takové, že po íluidizaci těchto materiálů v koloně a po usazeni při nulovém průtoku kolonou se vytvoří dvě oddělené vrstvy, přičemž vrstva inertního jemného íiltračního materiálu je umístěna blíže vstupu tekutihy, která je zpracovávána, než vrstva iontoměničové pryskyřice.

.
13;. Systém s iontoměničovou pryskyřici, vyznačující se tím, že se skládá s jedné nebo více kolon podle kteréhokoliv .' z nároků 1 až

12.
14.. Systém s iontoměničovou pryskyřicí podle nároku 13, vyznačující ee tím, že se skládá ze dvou nebo více kolon s iontoměničovou pryskyřici s jednou nebo více kolonami, které jsou kolonami podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11.

-38833
15. Postup s iontoměničovou pryskyřicí, vyznačujíc! Be tím že že se nechá procházet tekutina, která je zpracována, systémem ε iontoměničovou pryskyřicí skládající se z jedné kolony nebo více kolon podle kteréhokoliv z nároků 5 až 12.
16. Postup s iontoměničovou pryskyřicí podle nároku 15 vyznačující se tím, že (a) kolona/kolony podle kteréhokoliv, z nároků 5 až 11 jsou uspořádány pro nabíjeni při proudu tekutiny směrem vzhůru a; regeneraci, při proudu ..tekutiny směrem dolů (b) objem inertního, jemného íiltračního· materiálu ,je menší než objem části, ve které je umístěna; a.

fc) hustota inertního, jemného íiltračního materiálu je menší než hustota tekutiny, která je zpracovávána
17. Postup podle nároku 15 vyznačující se tím,, že (a) kolona/kolony podle kteréhokoliv z nároků 5 až 11 jsou;

' ' ' fy uspořádány pro nabíjení při toku směrem dolů á prd regeneraci při toku směrem nahoru;

(b) objem inertního, jemného íiltračního materiálu je menší než objem části, ve které je umístěn; a (c) hustota inertního, jemného íiltračního materiálu je větší než hustota tekutiny, která má být zpracovávána.

. . · .· , í
18. Postup s iontoměničovou· pryskyřicí podle kteréhokoliv z nároků 15 až 17 vyznačující Be tím, že průtoková rychlost tekutiny, která má být zpracovávána je od 10 do 80 metrů za hodinu.