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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Regeneration eines Ionenaustauscherbetts.
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Kationenaustauscher und Anionenaustauscher
dienen der Entsalzung und Feinreinigung von Rohwässern wie auch dem Neutralaustausch,
z.B. bei der Enthärtung
oder Entnitratisierung. Ionenaustauscher sind Kunstharze aus einem
organischen Netzwerk mit zahlreichen sauren oder basischen Gruppen.
Lässt man
eine Lösung
mit verschiedenen Kationen und Anionen zuerst durch einen Kationenaustauscher
und anschließend
durch einen Anionenaustauscher strömen, so bleiben die Kationen
anstelle der Hydroxonium-Ionen im Kationenaustauscher, während Hydroxonium-Ionen
an die Lösung
abgegeben werden. Im Anionenaustauscher werden umgekehrt Anionen
gegen Hydroxid-Ionen ausgetauscht. Indem sich die Hydroxid-Ionen
und Hydroxonium-Ionen zu Wasser verbinden, wird Wasser durch solche Austauscherharze
völlig
von Elektrolyten befreit. Der Austausch ist umkehrbar, d.h. vollkommen
mit Kationen bzw. Anionen beladene Austauscher können durch konzentrierte Säure oder
Lauge wieder regeneriert werden. Bei Ionenaustauschern für den Neutralaustausch
findet die Regeneration mit neutralen Salzen, z.B. mit NaCl, statt.
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Im Stand der Technik wurden verschiedene Verfahren
vorgeschlagen, um beladene Ionenaustauscher in bestmöglicher
Weise zu regenerieren. So ist es in der Technik bekannt, sogenannte
Schwebebett-Verfahren zu verwenden. Hierbei befindet sich die Ionenaustauscherschüttung in
einem zylinderförmigen
Behälter,
der mit einem unteren und einem oberen Düsenboden ausgerüstet ist.
Der obere und untere Düsenboden
wirken als Auflage- bzw. Rückhalteeinrichtung
für die
Ionenaustauscherschüttung. Der
Raum zwischen den beiden Düsenboden
wird nicht vollständig
mit dem Ionenaustauscherharz ausgefüllt, so daß ein Freiraum verbleibt, der
das Fluidisieren der Ionentauscherschüttung ermöglicht.
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Es sind Regenerationsverfahren von
Ionentauscherbetten bekannt, bei denen während der Regenerationsschritte
Regenerierchemikalie mit einer so hohen Geschwindigkeit von unten
nach oben durch die Schüttung
geleitet wird, daß das
Ionenaustauscherbett fluidisiert wird und, quasi als Festbett, sich
vom oberen Düsenboden
nach unten erstreckt, so daß der
Freibord zwischen oberem und unterem Düsenboden nun unten unmittelbar über dem
unteren Düsenboden
angeordnet ist. Dies erlaubt das Durchströmen des Ionenaustauschers mit
einer hohen Leerrohrgeschwindigkeit an Regenerationschemikalien,
ohne auf die Vorteile eines Festbetts gegenüber einer Wirbelschicht zu
verzichten. Trotz der bei einem Festbett typischen Maldistributionseffekte durch
die Ausbildung bevorzugter Strömungskanäle sowie
die vermehrte Randgängigkeit
ist die in einem Festbett erzielbare Stoffaustauschrate höher als
im Falle einer Wirbelschicht.
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Nach dem Durchleiten der Regenerierchemikalie
durch das Ionenaustauscherbett wird die Regenerierchemikalie wieder
aus dem Bett verdrängt,
indem das Bett mit Spülflüssigkeit
durchströmt
wird.
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Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt
darin, dass aufgrund der geringen Verweilzeit der Regenerierchemikalie
im Ionenaustauscherbett die Ausbeute relativ gering ist und somit
der Gesamtverbrauch an Regenerationschemikalie hoch ist. Der Vorteil
des beschriebenen Verfahrens liegt hingegen darin, dass die Regeneration
sehr schnell abläuft.
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Die
DE 19 58 191 A beschreibt ein Verfahren zur
Regenerierung von Ionenaustauschharzen in einem Wirbelbett, wobei
die Auflockerung, die eigentliche Regenerierung und die Spülung kontinuierlich
in einem einzigen Gefäß in übereinanderliegenden, aufeinanderfolgenden
Zonen dieses Gefäßes ausgeführt werden.
Die Aufstiegsgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten, die in jeder der
einzelnen Zonen im Gegenstrom zum Harz zirkulieren, werden variiert,
indem der Strömungsquerschnitt
zwischen den einzelnen Zonen verändert
wird. Im Beispiel 1 genannte mögliche
Strömungsgeschwindigkeiten
betragen für die
Flüssigkeit
in der Regenerierungszone 6,5 m/h und in der Waschzone 20 m/h.
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Die
EP 0 561 553 A1 beschreibt ein Verfahren
zur Regenerierung eines Ionenaustauschers, bei dem das von oben
nach unten beladene Ionenaustauscherharz mit einer Regenerationschemikalie
und anschließend
mit einer Spüllösung jeweils
von unten nach oben beaufschlagt wird. Der Durchfluss der Regenerations-
und Spüllösung wird
so eingestellt, dass keine unerwünschte
Vermischung stattfindet bzw. diese nur auf den unteren Bereich des
Ionenaustauscherbetts beschränkt
ist. Es wird somit eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit eingestellt,
bei der es zu einer Bettverfestigung oben kommt.
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Die
DE 25 30 677 A1 beschreibt ein Verfahren
zum Regenerieren eines schwachbasischen Ionenaustauschers. In einem
ersten Schritt wird das Bett von unten nach oben mit einer so hohen
Strömungsgeschwindigkeit
regeneriert, dass es zu einer Verfestigung des Betts oben kommt.
In einem nachgeschalteten zweiten Schritt findet das Verdrängen mit
Spülwasser
statt, wobei das Spülwasser
in gleicher Richtung wie das Regenerationsfluid durch das Bett geführt wird.
Die gewählte
Geschwindigkeit ist etwas geringer als bei der Regeneration. Anschließend findet
das Spülen
statt, wobei Wasser und Luft von unten nach oben durch das Bett
geführt
werden und ein fluidisierter Zustand vorhanden sein soll, gleichzeitig
aber eine Verfestigung des Betts oben zu vermeiden ist. Die gewählte Leerrohrgeschwindigkeit beträgt etwa
die Hälfte
zu der Leerrohrgeschwindigkeit im Regenerationsschritt. Nach dem
Abrieseln des Bettes erfolgt abschließend eine Rückspülung von oben nach unten mit
Wasser aus einem Kationenaustauscher.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Regeneration eines Ionenaustauscherbetts vorzuschlagen,
das trotz einer relativ kurzen Regenerationszeit die eingesetzten
Chemikalien besser ausnutzt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, während des
gesamten Regenerationsverfahrens sowohl Schritte mit einer geringen
Leerrohrgeschwindigkeit bei der Durchströmung des Ionenaustauscherbetts
als auch Schritte mit einer etwa eine Größenordnung höheren Leerohrgeschwindigkeit vorzusehen.
So ist es möglich,
die Schritte des Durchströmens
des Ionenaustauscherfestbetts mit Regenerationschemikalie sowie
den sich darin anschließenden
Schritt des Verdrängens
der Regenerationschemikalie aus dem Ionenaustauscherbett im Festbettzustand
durchzuführen,
wodurch einerseits die eingesetzte Regenerationschemikalie möglichst hoch
ausgebeutet wird und zum anderen der regelungstechnische Aufwand
während
des Schritts des Durchströmens
mit Regenerationschemikalie gering gehalten wird. Andererseits wird
jedoch das Rückspülen des
Ionenaustauscherbetts und das abschließende Schnellwaschen jeweils
mit einer Leerrohrgeschwindigkeit durchgeführt, die über der Lockerungsgeschwindigkeit
der Durchströmung
des Betts von unten nach oben liegt und somit je nach Durchströmungsrichtung
eine Fluidisierung des Ionenaustauscherbetts ermöglicht.
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Bei dem Durchströmen des Ionenaustauscherfestbetts
mit Regenerationschemikalie bildet sich eine Stoffübergangszone
aus, die langsam durch das Festbett wandert. Im Bereich der Stoffübergangszone
bildet sich eine sprunghafte Änderung der
Konzentration in dem Ionenaustauscherfestbett zwischen einem bereits
regenerierten Bereich und einem noch nicht regenerierten Bereich
heraus. Indem in dem nachfolgenden Schritt des Verdrängens Wasser
in das Festbett eingeführt
wird, findet ein Verdrängungsprozeß der Regenerationschemikalien
statt.
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Im Gegensatz hierzu wird bei dem
nachfolgenden Schritt des Rückspülens mit
Verdünnungs- oder
Treibflüssigkeit
das Ionenaustauscherbett in einen fluidisierten Zustand gebracht
und ein möglichst rasches
Ausspülen
der Regenerationschemikalie aus dem Bett erzielt. Dies stellt sicher,
dass die Massenübergangszone
vollständig
durch das Ionenaustauscherbett gewandert ist und ein vollständiger Durchbruch
erzielt wurde. Erst das sich anschließende Schnellwaschen des Ionenaustauscherbetts
dient dazu, solange zu spülen,
bis die Regenerationschemikalie soweit ausgewaschen wurde, dass
eine geforderte Reinwasserqualität
im Ablauf erreicht ist.
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Eine geeignete Vorrichtung zeichnet
sich im wesentlichen dadurch aus, dass eine als Düsenkreuz ausgebildete,
untere Flüssigkeitsverteilereinrichtung unmittelbar
in der Ionenaustauscherschüttung
angeordnet ist.
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Indem die Flüssigkeitsverteileinrichtung
in unmittelbarer Nähe
zur Ionenaustauscherschüttung angeordnet
ist, läßt sich
die Regenerationschemikalie mit hoher Konzentration in das Bett
einführen. Eine
höhere
Konzentration der Regenerationschemikalie verbessert deren Ausbeute
beim Stoffaustausch in der Schüttung
und erlaubt es somit, das Bett mit einer sehr geringen Geschwindigkeit
zu durchströmen,
wodurch eine lange Verweilzeit im Bett und eine bessere Ausbeute
der Regenerationschemikalie erzielt werden kann.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind durch die übrigen
Ansprüche
gekennzeichnet.
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So umfaßt das Verfahren weiterhin
den Schritt des Abrieselns des Ionenaustauscherbetts. Eine Reinigung
des Ionenaustauschmaterials ist erforderlich, weil durch Abriebseffekte
kleine Feststoffpartikel gebildet werden.
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Vorzugsweise ist die Verdünnungsflüssigkeit oder
Treibflüssigkeit
jeweils Wasser, vorzugsweise in einem oder mehreren der Schritte
des Verdrängens, Rückspülens und
Schnellwaschens aufbereitetes Wasser. Der Einsatz von aufbereitetem
Wasser besitzt den Vorteil, daß keine
aktiven Plätze
im Ionenaustauscherharz durch mit dem Wasser antransportierte Ionen
belegt werden und somit die Gesamtkapazität des Ionenaustauschers nach
der Regeneration möglichst
hoch ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
ist beim Schnellwaschen die Leerrohrgeschwindigkeit durch das Ionenaustauscherbett
erheblich höher
als die Lockerungsgeschwindigkeit, vorzugsweise größer als
10 m/h. Indem das Schnellwaschen im Festbett durchgeführt wird,
weil das Ionenaustauscherbett von oben nach unten durchströmt wird,
läßt sich eine
sehr hohe Leerrohrgeschwindigkeit realisieren, ohne das Bett zu
fluidisieren.
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Vorzugsweise ist im Schritt des Durchströmens des
Ionenaustauscherbetts mit Regenerationschemikalie die Leerrohrgeschwindigkeit
geringer als die Lockerungsgeschwindigkeit des Ionenaustauscherbetts
und vorzugsweise geringer als 1 m/h. Wie oben bereits erläutert wurde,
besitzt eine geringe Leerohrgeschwindigkeit im Schritt des Durchströmens mit
Regenerationschemikalie den Vorteil, daß die mittlere Verweildauer
der Regenerationschemikalie im Ionenaustauscherbett sehr hoch ist
und somit die Chemikalie in bestmöglicher Weise ausgenutzt wird,
da der einem Gleichgewichtswert entgegenstrebende Stoffaustausch
sehr nahe bis an diesen Gleichgewichtswert herangeführt werden
kann. Indem die Leerohrgeschwindigkeit geringer als die Lockerungsgeschwindigkeit
des Ionenaustauscherbetts ist, kommt es bei dem Durchströmen von
unten nach oben nicht zu einer Fluidisierung des Ionenaustauscherbetts
und damit zu einer eng begrenzten Massenübergangszone im Festbett. Je
enger die Massenübergangszone
ist, d.h. je sprunghafter der über
die Höhe
des Ionenaustauscherbetts betrachtete Übergang zwischen einem regenerierten
Bereich und einem noch nicht regenerierten Bereich ist, desto gezielter
läßt sich
die Regenerierchemikalie einsetzen, indem in den Schritten des Durchströmens mit Regenerationschemikalie
und des Verdrängens
darauf geachtet wird, insgesamt nur soviel Regenerationschemikalie
einzuführen,
daß sich
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein vollständiger
Durchbruch erzielen läßt, ohne über den
Durchbruchszeitraum und die hierfür insgesamt benötigte Menge
hinaus jedoch Regenerationschemikalie einzusetzen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform durchströmt die Regenerationschemikalie
möglichst konzentriert
das Ionenaustauscherbett. Wie oben bereits dargelegt wurde, erlaubt
dies eine weitgehende Verringerung der Leerrohrgeschwindigkeit,
ohne daß die
für die
Regeneration benötigte
Gesamtzeitspanne zu hoch wird.
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Vorzugsweise entspricht das Volumen
der eingesetzten Verdünnungsflüssigkeit
oder Treibflüssigkeit
den Schritt des Rückspülens etwa
dem 2-fachen bis 3-fachen des Volumens des Ionenaustauscherbetts,
vorzugsweise dem 2,5-fachen bis dreifachen des Ionenaustauscherbetts.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt
die Leerrohrgeschwindigkeit beim Rückspülen unter 12 m/h, vorzugsweise
unter 10 m/h. Beim Rückspülen wird
das gesamte Ionenaustauscherbett fluidisiert und an eine obere Düsenkonstruktion
gepreßt.
Somit ist zur vollständigen
Fluidisierung des Betts und der Kompaktierung gegen die obere Düsenkonstruktion
eine hohe Leerrohrgeschwindigkeit notwendig. Die für die vollständige Kompaktierung benötigte Geschwindigkeit
hängt neben
den Eigenschaften der Partikel des Ionenaustauscherharzes von der
Dichte und Viskosität
der im Ionenaustauscherbett befindlichen Chemikalien ab. Aufgrund
der Stoffeigenschaften der Säuren,
Basen und NaCl-Lösungen
im Ionenaustauscherbett läßt sich
bereits bei einer relativ geringen Leerrohrgeschwindigkeit die vollständige Kompaktierung
erreichen. Während
des sich anschließenden
Rückspülens befindet
sich zunehmend Wasser in dem Ionenaustauscherbett; trotzdem bleibt
der vollständig
kompaktierte Zustand des Betts auf eine relativ stabile Weise erhalten, wenn
er sich einmal eingestellt hat.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Vorrichtung befindet sich weiterhin eine Inertmaterialschüttung über der
Schüttung
und getrennt von dieser. Die Inertmaterialschüttung dient dazu, Schmutzpartikel
abzufangen und die oberen Düsen beim
Rückspülen frei
zu halten.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein
beispielhaft anhand der beigefügten
Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine
Schnittansicht durch einen Ionenaustauscher während des Schritts des Durchströmens des
Ionenaustauschers mit Regenerationschemikalie zeigt;
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2 eine
Ansicht des Ionenaustauschers entsprechend 1 ist, der den Schritt des Verdrängens der
Regenerationschemikalie zeigt;
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3 eine
Ansicht entsprechend den Darstellungen in 1 und 2 ist
und das Ionenaustauscherbett während
des Rückspülens darstellt;
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4 eine
weitere Darstellung des Ionenaustauscherbetts während des Abrieselns zeigt;
und
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5 eine
weitere Darstellung des Ionenaustauscherbetts während des Verfahrensschrittes des
Schnellwaschens darstellt.
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In den nachfolgenden Figuren werden
dieselben Bauelemente jeweils mit denselben Referenzziffern bezeichnet.
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In 1 ist
ein allgemein mit Referenzziffer 10 bezeichneter Ionenaustauscherbehälter dargestellt,
der aus einem zylinderförmigen
Teil 12 und sich an beiden Seiten des zylinderförmigen Teils
anschließenden
Klöpperböden 14a oben
sowie 14b unten zusammensetzt. Der Behälter besteht aus Stahl oder GfK.
Im oberen Klöpperboden 14a ist
ein Ein- bzw. Auslaßstutzen 21 sowie
im unteren Klöpperboden 14b ein
Ein- bzw. Auslaßstutzen 20 vorgesehen.
Das schematisch mit 24 bezeichnete Ionenaustauscherbett
befindet sich zwischen dem unteren Klöpperboden 14b sowie
dem oberen Klöpperboden 14a.
Unter der oberen Düsenkonstruktion 23 oder
aber auch zwischen getrennt vorgesehenen, weiteren unteren und oberen
Düsenböden befindet
sich zudem eine Schüttung 30 aus
Inertmaterial, die dem Auffangen von Schmutzpartikeln dient und
dem Verstopfen der Düsen
entgegenwirkt. Die Partikel aus Inertmaterial sind leichter als
Wasser und schwimmen daher auf und sammeln sich im oberen Klöpperboden 14b.
Die eingesetzte Menge an Inertmaterial ist ausreichend, um die obere
Düsenkonstruktion 23 zu
umgeben. Die obere und untere Düsenkonstruktion
(22, 23) werden vorzugsweise als Düsenkruz,
aber auch als Düsenboden
ausgebildet.
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1 zeigt
den ersten Schritt der Regeneration. Der Ionenaustauscher wurde
in einem vorangegangenen Schritt von oben nach unten beladen, d.h. das
Wasser oder die aufzubereitende Lösung trat am oberen Ende des
Behälters 10 durch
den Einlaßstutzen 21 in
den Behälter
ein und nach dem Durchströmen
des Ionenaustauscherbetts am unteren Ende durch den Auslaßstutzen 20 wieder
aus. In dem in 1 dargestellten
ersten Schritt wird die Regenerationschemikalie ins Festbett überführt. Hierzu
wird über
die Zufuhrleitung 20 in Pfeilrichtung A die Regenerationschemikalie
von unten nach oben durch das Ionenaustauscher-Festbett gefahren.
Das Ionenaustauscherbett befindet sich im Festbettzustand. Daher muß die Leerohrgeschwindigkeit
an Regenerationschemikalie kleiner oder gleich 1 m/h sein, damit
das Bett 24 nicht angehoben bzw. fluidisiert wird. Die Konzentration
der Regenerationschemikalie oder Regenerationslösung wird so gewählt, daß die Zeitdauer
der Regenerationschemikalieneinwirkung ungefähr eine Stunde dauert. Aufgrund
der Anordnung und Gestaltung des unteren Verteilsystems 22 gelangt
die Regenerationschemikalie unverdünnt ins Bett. Bei der sehr
geringen Leerohrgeschwindigkeit bildet sich innerhalb der Schüttung 24 eine
eng definierte Massenübertragungszone
aus, die von unten nach oben durch das Bett 24 wandert.
Unterhalb der Massenübertragungszone
hat bereits die Regeneration des Ionenaustauscherharzes stattgefunden, während oberhalb
der Massenübertragungszone
die aktive Regenerationschemikalie noch nicht das Ionenaustauscherharz
erreicht hat.
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In 2 ist
der nachfolgende Schritt des Verdrängens dargestellt. Es wird
Verdünnungs-
oder Treibwasser mit unveränderter
Geschwindigkeit durch die Zufuhrleitung 20 in den Behälter 10 und
von unten nach oben durch das Festbett 24 gefahren. Das
Verdünnungs-
oder Treibwasser tritt in Pfeilrichtung C in den Behälter ein
und verläßt diesen
durch den Stutzen 21 in Pfeilrichtung D. Der Schritt des
Verdrängens
dient dazu, die Massenübertragungszone weiter
durch das Bett 24 zu bewegen. Durch das Verdrängen wird
noch unverbrauchte Regenerationschemikalie, welche sich noch in
den Rohrleitungen befindet, in das Festbett und von unten nach oben durch
die Schüttung 24 geschoben.
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3 zeigt
den nachfolgenden Schritt der Rückspülung. Betrachtet
man die schematische Darstellung in 1 und 2, so wird deutlich, daß jeweils zwischen
der Oberseite 34 der Schüttung 24 und der oberen
Inertmaterialunterkante 28 ein Abstand verbleibt, der als
Freibord bezeichnet wird und in der Größenordnung von 5 % bis 15 %
der gesamten Betthöhe
liegt. Vorzugsweise liegt der Freibord bei den geringeren genannten
Werten, d.h. zwischen 5 % und 10 %, da sich die nachfolgend anhand
der 3 erläuterte Kompaktierung
des Bettes im fluidisierten Zustand bei geringerer Leerrohrgeschwindigkeit
erreichen läßt, wenn
der Freibord einen geringeren Wert besitzt.
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Bei der Rückspülung wird ebenfalls Verdünnungs-
oder Treibwasser in Pfeilrichtung C durch den Stutzen 20 in
den Behälter
eingeleitet, durchströmt das
Ionentauscherbett von unten nach oben und verläßt den Behälter 10 in Pfeilrichtung
D durch den Stutzen 21. Beim Rückspülen wird das gesamte Bett 24 angehoben
und an die Inertmaterialunterkante 28 gepreßt. Es wird
somit die Leerrohrgeschwindigkeit des von unten nach oben das Bett
durchströmenden Wassers
so stark erhöht,
daß nicht
nur der Lockerungspunkt überschritten
wird, bei dessen Überschreiten
das Bett 24 in einen fluidisierten Zustand übergeht,
sondern soweit erhöht,
bis das gesamte Bett 24 gegen den oberen Wasserverteiler
gepreßt wird
und in einem kompaktierten Zustand vorliegt, wobei sich zwischen
der unteren Düsenkonstruktion und
der Unterseite 36 des Betts 24 ebenfalls wieder ein
Freibord 38 entsprechend der Dicke des in den 1 und 2 oben angeordneten Freibords entwickelt.
Hierzu wird eine Leerrohrgeschwindigkeit größer 10 m/h gewählt und
während
des Rückspülschrittes
die Regenerationschemikalie aus dem Bett ausgespült. Die Menge des Rückspülwassers
beträgt
2,5 bis 3mal dem Bettvolumen. Die Rückspülung trägt dazu bei, daß die gesamte
Chemikalie nach oben aus dem Festbett gefahren wird. Nur dadurch
wird seine vollständige
Ausnutzung der Regenerationschemikalie erreicht! Die vollständige Leerrohrgeschwindigkeit
sollte innerhalb von 5 bis 10 Sekunden erreicht sein, um im Ionenaustauscherbett
nur minimale Verwirbelungen sicherzustellen.
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Nach dem Rückspülen folgt der nachfolgende
Verfahrensschritt des Abrieselns, der in 4 dargestellt ist. Hierzu wird jegliche
Strömungszufuhr
unterbunden, so daß sich
in dem Behälter 10 lediglich im
wesentlichen stehende Flüssigkeit
befindet. Wie aus der schematischen Darstellung in 4 ersichtlich ist, beginnen die an der
Unterseite des Betts angeordneten Partikel abzusinken und der in 3 unten angeordnete Freibord 38 wandert
in Pfeilrichtung E von unten nach oben durch die Schüttung, bis
er wieder oben zwischen der Oberseite des Betts und dem oberen Inertmaterial
angeordnet ist, wie in 1 und 2 gezeigt ist. 4 zeigt eine Momentaufnahme
während
des Abrieselns, bei dem das gesamte Bett 24 in einen oberen
Bereich sowie einen unteren Bereich 24b unterteilt werden
kann. Das Abrieseln des oben angepreßten Bettes (siehe 3) bewirkt eine Reinigung
des Ionenaustauschmaterials. Nach dem Schritt des Abrieselns erfolgt
zuletzt der Schritt des Schnellwaschens. Hier findet eine Umkehr
der Strömungsrichtung
statt und Wasser wird durch den Stutzen 21 in den Behälter 10 eingeleitet und
durchströmt das
Bett 24 von oben nach unten und verläßt den Behälter durch den unten angeordneten
Stutzen 20. Das Wasser wird mit einer Geschwindigkeit von über 10 m/h
durch das Bett gefahren. Da die Strömungsrichtung beim Schnellwaschen jedoch
von oben nach unten weist, tritt keine Fluidisierung des Betts auf.
Trotzdem wird aufgrund der sehr schnellen Durchströmung des
Bettes und der turbulenten Umströmung
der einzelnen Ionenaustauscherharzpartikel eine sehr schnelle Reinigung
erzielt.
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Der in 5 dargestellte
Schritt des Schnellwaschens wird solange durchgeführt, bis
die geforderte Reinwasserqualität
im Ablauf erreicht ist. Dies kann entweder bei jeder individuellen
Anlage in Abhängigkeit
von dem Reinigungsprozeß durch
Erfahrungswerte vorab bestimmt werden und in ein entsprechendes
Zeitprogramm eingebunden werden, oder aber auch durch regelmäßig wiederkehrende Messungen
oder sogar Online-Messungen am Auslaß nahe dem Auslaßstutzen 20 gesteuert
werden. So könnte
beispielsweise im Rahmen einer Online-Messung der Schritt des Schnellwaschens
genau solange durchgeführt
werden, bis eine geforderte Wasserqualität erreicht wurde und daraufhin
der Schritt des Schnellwaschens abgebrochen werden. Nach dem Schnellwaschen
ist der Ionenaustauscherbehälter 10 für den anschließenden,
erneuten Beladungsvorgang vorbereitet.
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Der Vorteil des erläuterten
Verfahrens liegt darin, daß die
Regenerationschemikalie höher
konzentriert als üblich
ins Bett gelangt und daher mit einer sehr geringen Leerohrgeschwindigkeit
von weniger als einem Meter pro Stunde durch das Bett gefahren werden
kann. Da keine Kompaktierung vorliegt, ist der mit dem eigentlichen
Regenerierschritt verbundene regelungstechnische und anlagentechnische
Aufwand sehr gering und es läßt sich,
wie oben bereits erläutert
wurde, eine sehr gute Ausbeute der eingesetzten Chemikalien sicherstellen.
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Das Rückspülen kann mit relativ geringen Geschwindigkeiten
von nur etwa 10 m/h erfolgen, weil Säure, Lauge oder NaCl-Lösung noch im Bett befindlich
sind und das Festbett mit einer kontinuierlichen Phase bestehend
aus diesen Chemikalien aufgrund ihrer Stoffeigenschaften (Dichte,
Viskosität) sehr
schnell den Lockerungspunkt erreicht. Mit dem zunehmenden Ausspülen der
Chemikalien aus dem Bett ändert
sich jedoch an dem einmal erreichten, vollständig kompaktierten Zustand
des Bettes nichts, da dieses einmal in diesem Zustand diesen recht
stabil aufrechterhält,
ein Effekt, der im Zusammenhang mit der Wirbelschichttechnik bekannt
ist und als Hystereseeffekt bezeichnet wird.