JP2022508172A - 流体処理容器 - Google Patents
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Abstract
少なくとも１つの流体処理媒体のベッドを含むタンクと、ベッドをタンクの端部から分離する分配プレートと、２．５～２５０ｍｍの調和平均直径と０．５７～０．９９８ｃｍ３／ｇの密度を有する非晶質粒子を含む不活性媒体と、を含む流体処理装置。不活性媒体を含む端部の体積は、端部の総体積の２５～９５％である。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
本発明は、一般的に、流体処理容器における希釈の影響を低減するための方法に関する。
イオン交換樹脂は、使い果たされると化学溶液で再生される。再生液体の量は、液体の濃度に一部依存する。容器内に存在する自由水は、再生の有効性に悪影響を及ぼし、動作容量の低下、化学物質の消費量の増加、及び廃棄物の増加につながる。例えば、米国特許出願公開第２０１４／０２６３０６９号明細書は、容器の端部、即ち、流体処理媒体を含まないこうした部分における充填材料の使用を開示している。しかしながら、この文献は、効率的な方法を開示していない。
本発明は、
（ａ）少なくとも１つの流体処理媒体のベッドを含むタンクと、
（ｂ）ベッドをタンクの端部から分離する分配プレートと、
（ｃ）２．５～２５０ｍｍの調和平均直径と０．５７～０．９９８ｃｍ３／ｇの密度とを有する非晶質粒子を含む少なくとも１つの不活性媒体と、を含む流体処理装置に関し、この場合、不活性媒体を含む端部の体積は、端部の総体積の２５～９５％である。
（ａ）少なくとも１つの流体処理媒体のベッドを含むタンクと、
（ｂ）ベッドをタンクの端部から分離する分配プレートと、
（ｃ）２．５～２５０ｍｍの調和平均直径と０．５７～０．９９８ｃｍ３／ｇの密度とを有する非晶質粒子を含む少なくとも１つの不活性媒体と、を含む流体処理装置に関し、この場合、不活性媒体を含む端部の体積は、端部の総体積の２５～９５％である。
特に明記されていない限り、全てのパーセントは重量パーセント（重量％）であり、全ての温度は℃である。特に明記されていない限り、平均は算術平均である。特に指定のない限り、全ての操作は、室温（１８及び２５℃）で実行される。重量平均分子量、Ｍｗは、当技術分野で知られているように、ポリアクリル酸標準を使用するゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定される。ＧＰＣの技術は、Ｍｏｄｅｒｎ Ｓｉｚｅ Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｗ．Ｗ．Ｙａｕ，Ｊ．Ｊ．Ｋｉｒｋｌａｎｄ，Ｄ．Ｄ．Ｂｌｙ；Ｗｉｌｅｙ－Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９７９、及びＡ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｊ．Ｐ．Ｓｉｂｉｌｉａ；ＶＣＨ，１９８８，ｐ．８１－８４に詳細に説明されている。本明細書で報告される分子量は、ダルトンの単位である。ポリマー中のモノマー単位のパーセントは、ポリマーの総重量（乾燥重量）に基づく。「調和平均直径」（ＨＭＤ）は、以下の式：
（ここで、ｉは、個々のビーズにわたる添字であり、ｄｉは、各個々の粒子の直径であり、Ｎは、ビーズの総数である）で定義される。球形ではない粒子は、その粒子と同じ体積を有する球の直径に等しい直径を有すると考えられる。「球形度」（Ψ）は、粒子が球形である度合いであり、以下の通り、物体の３つの主な直交軸、ａ（最長）、ｂ（中間）、及びｃ（最短）のうちの２つを使用することによって特徴付けられる：Ψ＝ｃ／ａ。「真円度」（Ｒ）は、物体のシルエットの角と端の平均曲率半径と、シルエット内に内接できる最大の円の半径との比として定義される。球形度と真円度については、Ｈ．Ｗａｄｄｅｌｌ，Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．３１０－３３１（１９３３）により詳細に記載されている。
不活性媒体を含む端部の体積は、静止時の不活性媒体の上部の境界によって画定される。例えば、不活性媒体の最上部の粒子の全てに接触する平面、即ち、不活性媒体の上面を画定する平面を画定する場合、この平面の下部の端部の体積は、不活性媒体を含む端部の体積である。明確にするために、これは、粒子自体の総体積ではない。好ましくは、不活性媒体を含む下部の端部の体積は、下部の端部の体積の少なくとも３０％、好ましくは少なくとも３５％、好ましくは少なくとも４０％、好ましくは少なくとも４５％、好ましくは少なくとも５０％、好ましくは９０％以下、好ましくは８５％以下である。
好ましくは、非晶質粒子は、０．７～１．０の平均球形度及び０．４～１．０の平均真円度を有する。好ましくは、平均球形度は、少なくとも０．７５、好ましくは少なくとも０．８０、好ましくは０．９５以下、好ましくは０．９２以下、好ましくは０．９０以下である。好ましくは、平均真円度は、少なくとも０．４５、好ましくは少なくとも０．５０、好ましくは少なくとも０．５５、好ましくは０．９５以下、好ましくは０．９０以下、好ましくは０．８５以下、好ましくは０．８０以下、好ましくは０．７５以下、好ましくは０．７０以下である。好ましくは、平均球形度及び平均真円度は、両方とも０．９５以下、好ましくは０．９０以下である。
好ましくは、非晶質粒子は、１５０ｍｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、好ましくは２５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下の調和平均直径を有する。
好ましくは、非晶質粒子は、少なくとも０．６０ｃｍ３／ｇ、好ましくは少なくとも０．６５ｃｍ３／ｇ、好ましくは少なくとも０．７０ｃｍ３／ｇ、好ましくは少なくとも０．７５ｃｍ３／ｇ、好ましくは少なくとも０．８０ｃｍ３／ｇ、好ましくは少なくとも０．８５ｃｍ３／ｇの密度を有する。好ましくは、非晶質粒子は、０．９９７ｃｍ３／ｇ以下、好ましくは０．９９６ｃｍ３／ｇ以下の密度を有する。
流体処理に使用されるタンクの典型的な端部（皿の頭（ｄｉｓｈ ｈｅａｄ）としても知られている）は、例えば、Ｋｌｏｅｐｐｅｒの頭、楕円形の頭、及び回転楕円体の頭を含む。典型的には、皿の頭の水量は、タンクの主要部分における取り付けられた樹脂量の１５～３５％であり、皿の頭の水量は、主要コンパートメントにおける樹脂の間隙水（ｖｏｉｄ ｗａｔｅｒ）の４０～１００％である。好ましくは、タンクの主要部分は、円筒形である。
回転楕円体の端部において、端部に不活性物質が存在することによる間隙水の減少は、以下の通り計算される。
Ｖｓ＝回転楕円体のコンパートメント体積
Ｖｓｘ’＝Ｘｍｌ ＩＦ６２（ｍｌ）の（部分的）充填の後の回転楕円体の残りの自由水
Ｓｘ＝ＩＦ６２（ｍｌ）でのＸｍｌ充填により、回転楕円体体積の中空がない充填。
Ｘ＝不活性充填（ｍｌ）
Ｆｗ＝自由水（％）
Ｖｓｘ’＝Ｖｓ－（Ｘ＊Ｆｗ）
Ｓｘ＝Ｖｓ－Ｖｓｘ’
Ｖｓ＝回転楕円体のコンパートメント体積
Ｖｓｘ’＝Ｘｍｌ ＩＦ６２（ｍｌ）の（部分的）充填の後の回転楕円体の残りの自由水
Ｓｘ＝ＩＦ６２（ｍｌ）でのＸｍｌ充填により、回転楕円体体積の中空がない充填。
Ｘ＝不活性充填（ｍｌ）
Ｆｗ＝自由水（％）
Ｖｓｘ’＝Ｖｓ－（Ｘ＊Ｆｗ）
Ｓｘ＝Ｖｓ－Ｖｓｘ’
好ましくは、タンクの主要（中央）コンパートメントにおける流体処理媒体は、イオン交換樹脂、活性炭、吸着剤、非官能化コポリマー、又はゼオライトである。好ましくは、流体処理媒体は、イオン交換樹脂であり、好ましくは球状ビーズの形態である。好ましくは、ビーズは、架橋ポリマービーズである。
適用される技術に応じて：
共流（ｃｏ－ｆｌｏｗ）システムには１０～６０％の充填がある。
向流システム：
固く圧縮されたベッド：８５％～９７．５％充填
ブロックされたベッド２５～６０％充填
混合されたベッド２５～６０％充填。
適用される技術に応じて：
共流（ｃｏ－ｆｌｏｗ）システムには１０～６０％の充填がある。
向流システム：
固く圧縮されたベッド：８５％～９７．５％充填
ブロックされたベッド２５～６０％充填
混合されたベッド２５～６０％充填。
主要コンパートメント（シリンダー）における不活性充填は、システム技術に依存し、Ａｍｂｅｒｐａｃｋ／Ｓｃｈｗｅｂｅｂｅｔｔで１０～１２ｃｍの範囲の固定値、又は容器の直径に応じた高さの範囲のいずれかである。典型的には、１０００ｍｍ：１５０ｍｍ未満、２５００：２００ｍｍ未満、及びその他全て２５００：３００ｍｍ超。又は、空気を抑えたブロックされたベッドシステムのブロック層として１５～２５ｃｍ。
本実施例で使用した機器は、以下の通りであった：
・比較のための並列にある２つのＰＶＣカラム、外径６ｃｍ、及びカラム高さ１０００ｍｍ
・ノズルプレートを備えた壁の高さ１６０ｍｍの上部と下部のコンパートメント。コンパートメントは、容器の回転楕円体の皿の頭の正味体積Ｖｓ＝３５０ｍｌを表し、コンパートメントは、充填物を保持するために、ノズルプレートによって樹脂カラムから物理的に分離されている。
・計測装置：８つの回転計、
２つの圧力計
・その他の機器：２つの水タンク（１ｍ３）、
２つの化学薬品タンク（水酸化ナトリウム３０％、塩酸３７％）、
４つのポンプ（２つの供給、２つの投与）、
２つの導電率計。
・比較のための並列にある２つのＰＶＣカラム、外径６ｃｍ、及びカラム高さ１０００ｍｍ
・ノズルプレートを備えた壁の高さ１６０ｍｍの上部と下部のコンパートメント。コンパートメントは、容器の回転楕円体の皿の頭の正味体積Ｖｓ＝３５０ｍｌを表し、コンパートメントは、充填物を保持するために、ノズルプレートによって樹脂カラムから物理的に分離されている。
・計測装置：８つの回転計、
２つの圧力計
・その他の機器：２つの水タンク（１ｍ３）、
２つの化学薬品タンク（水酸化ナトリウム３０％、塩酸３７％）、
４つのポンプ（２つの供給、２つの投与）、
２つの導電率計。
［これは市販製品ではないため、ＰＥ粒子の作製方法を説明する必要がある］
実施例１：上部及び／又は下部のコンパートメントが充填された試験
結果
・［陽イオン］（当量／リットル）＝給水分析から得られた総陽イオン濃度。
・ＶＴ＝処理能力（リットル）：樹脂の破過点で処理された水の総量。
・ＶＲ＝充填された樹脂の体積（リットル）
Ｆｗｒ＝０％（充填なし）と比較して、Ｆｗｒ＝６６．５％でＶｓを１００％充填すると、樹脂の動作容量が向上する。
Ｆｗｒ＝コンパートメント内の自由水の削減
Ｖｓ＝回転楕円体コンパートメント体積
・ＶＴ＝処理能力（リットル）：樹脂の破過点で処理された水の総量。
・ＶＲ＝充填された樹脂の体積（リットル）
Ｆｗｒ＝コンパートメント内の自由水の削減
Ｖｓ＝回転楕円体コンパートメント体積
１０μＳ／ｃｍに達する高速リンス体積は、２．０６から１．４１ベッド体積に改善される。
実施例２：下部のコンパートメントを段階的に充填する試験
主要コンパートメントにおける動作条件と充填は、実施例１と同じであった。
主要コンパートメントにおける動作条件と充填は、実施例１と同じであった。
結果
動作容量
動作容量
変位（ＢＶ）
変位性能は、充填物を含むコンパートメントのパーセントとは実質的に関連がない。
Claims (7)
- （ａ）少なくとも１つの流体処理媒体のベッドを含むタンクと、
（ｂ）前記ベッドを前記タンクの端部から分離する分配プレートと、
（ｃ）２．５～２５０ｍｍの調和平均直径と０．５７～０．９９８ｃｍ３／ｇの密度を有する非晶質粒子を含む少なくとも１つの不活性媒体と、
を含む流体処理装置であって、
不活性媒体を含む前記端部の体積は、前記端部の総体積の２５～９５％である、流体処理装置。 - 前記非晶質粒子は、０．７～１の平均球形度及び０．４～１の平均円形度を有する、請求項１に記載の方法。
- 不活性媒体を含む前記端部の体積は、前記端部の体積の３０～９０％である、請求項２に記載の方法。
- 前記調和平均直径は、２．５～１００ｍｍである、請求項３に記載の方法。
- 前記非晶質粒子は、０．７～０．９５の平均球形度及び０．４５～０．９５の平均円形度を有する、請求項４に記載の方法。
- 前記流体処理媒体は、イオン交換樹脂である、請求項５に記載の方法。
- 不活性媒体を含む下部の端部の体積は、前記下部の端部の体積の４０～９０％である、請求項６に記載の方法。
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