ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2023 года по МПК B01D53/02 

Описание патента на изобретение RU2789979C1

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена в химической отрасли.

Известен ионообменный аппарат с неподвижным слоем ионита, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, крышку, днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, штуцера для вывода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды. Полный цикл аппарата складывается из следующих стадий: 1) очистка воды; 2) регенерация ионита; 3) отмывка ионита от регенерационного раствора; 4) взрыхление ионита с целью отмывки его от механических примесей [Иониты в химической технологии / Под ред. Б.П. Никольского и П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1982. - 416 с.].

Недостатком известного аппарата является то, что в нем невозможно использовать ионообменные материалы, например, на основе целлюлозы (модифицированные древесные опилки, хлопковую целлюлозу и др.), плотность которых меньше, чем плотность очищаемой воды, поскольку они не образуют внутри аппарата плотный неподвижный слой, а всплывают вверх аппарата.

Наиболее близким по технической сущности, то есть прототипом, является ионообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку и днище эллиптической формы, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцера для вывода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита с плотностью, большей, чем плотность очищаемой воды, слой частиц инертного материала с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, слой псевдоожиженного ионита, свободный объем, расположенные сверху вниз по высоте фильтра на стадии очистки воды слой частиц инертного материала, неподвижный слой ионита и слой псевдоожиженного ионита, расположенные сверху вниз по высоте аппарата на стадии регенерации слой частиц инертного материала, свободный объем и неподвижный слой ионита. Стадии отмывки и взрыхления ионита в аппарате не предусмотрены [Рябчиков Б.Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. - М.: ДеЛи принт, 2004. - С. 125-127.].

Недостатком известного аппарата является то, что в нем невозможно использовать ионообменные материалы, например, на основе целлюлозы (модифицированные древесные опилки, хлопковую целлюлозу и др.), плотность которых меньше, чем плотность очищаемой воды, поскольку они не образуют внутри аппарата плотный неподвижный слой, а всплывают вверх аппарата.

Техническим результатом изобретения является возможность проведения ионообменной очистки воды с помощью ионитов с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды.

Указанный результат достигается тем, что в ионообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, эллиптические крышку и днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцера для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, слой псевдоожиженного ионита, согласно изобретению, корпус аппарата состоит из двух цилиндрических обечаек разного диаметра, нижняя часть первой из которых с меньшим диаметром установлена внутрь второй обечайки большего диаметра, плоской крышки в форме кругового кольца, расположенной в верхней части обечайки большего диаметра между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью обечайки меньшего диаметра, нижнего дренажно-распределительного устройства в форме кругового кольца, расположенного под плоской крышкой, для обеспечения в нерабочем состоянии аппарата расположения сверху вниз по его высоте неподвижного слоя частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, свободного пространства и слоя частиц инертного материала, а также для обеспечения следующих состояний слоев в процессе работы аппарата: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте аппарата неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, и расположено между обечайкой меньшего диаметра и обечайкой большего диаметра свободное пространство; для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала.

Технический результат достигается за счет удержания в аппарате для стадий очистки воды, регенерации и отмывки слоя частиц ионита в неподвижном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, прижатого к слою частиц ионита избыточным давлением в зависимости от стадий исходной водой, регенерационным раствором и промывочной водой, и достигается для стадии взрыхления за счет перемешивания ионита в псевдоожиженном слое, расположенном между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, часть которого перемещена самотеком в пространство между обечайками.

На фиг. 1 изображен ионообменный аппарат в нерабочем состоянии, на фиг. 2 - ионообменный аппарат для стадий очистки воды, регенерации и отмывки, на фиг. 3 - ионообменный аппарат для стадии взрыхления.

Ионообменный аппарат содержит цилиндрические обечайки 1 и 2, эллиптические крышку 3 и днище 4, плоскую крышку 5 в форме кругового кольца, верхнее 6 и нижнее 7 дренажно-распределительные устройства. В верхней части обечайки 2 расположен штуцер 8 для ввода в аппарат исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды и вывода из аппарата воды после взрыхления ионита. В верхней части эллиптической крышки 3 расположен штуцер 9 для вывода из аппарата очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, а также для ввода в аппарат очищенной воды для взрыхления ионита. В нижней части эллиптического днища 4 расположен штуцер 10 для опорожнения аппарата. Внутри аппарата, находящегося в нерабочем состоянии (фиг. 1), расположены сверху вниз по его высоте неподвижный слой частиц ионита 11, свободное пространство 12 и слой частиц инертного материала 13.

Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки (фиг. 2) расположены сверху вниз по высоте аппарата неподвижный слой частиц ионита 11 и слой частиц инертного материала 13 и между обечайкой 1 и обечайкой 2 расположено свободное пространство 14. Для стадии взрыхления (фиг. 3) расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита 15 и слой частиц инертного материала 13.

Ионообменный аппарат работает следующим образом.

Полный цикл работы ионообменного аппарата складывается из следующих стадий: 1) очистка воды, 2) регенерация ионита, 3) отмывка ионита, 4) взрыхление ионита. Перед началом работы в ионообменный аппарат помещают ионит с плотностью меньшей, чем плотностью очищаемой воды, инертный материал в форме сферических частиц с плотность, большей на 15-25%, чем плотность очищаемой воды, и заливают в аппарат воду. Ионит всплывает вверх аппарата, образуя неподвижный слой 11, а частицы инертного материала опускаются под собственным весом вниз аппарата, образуя неподвижный слой 13 (фиг. 1). При этом устанавливается одинаковый уровень суспензии инертный материал-вода в обечайке 1 и пространстве между обечайкой 1 и обечайкой 2. Между неподвижными слоями ионита 11 и частицами инертного материала 13 образуется свободное пространство 12.

На стадии очистки воды (фиг. 2) исходная вода подается через штуцер 8, проходит через нижнее дренажно-распределительной устройство 7 и слой частиц инертного материала 13. Движущаяся исходная вода выдавливает частицы инертного материала из пространства между обечайкой 1 и обечайкой 2 в обечайку 1, поднимает частицы инертного материала вверх аппарата и прижимает их к неподвижному слою ионита 11. При этом между обечайкой 1 и обечайкой 2 образуется свободное пространство 14. Затем исходная вода проходит через неподвижный слой ионита 11, где очищается от ионов целевого компонента. Очищенная вода проходит через, верхнее дренажно-распределительное устройство 6 и выводится из аппарата через штуцер 9. После насыщения ионита целевым компонентом прекращают подачу исходной воды в аппарат и проводят стадию регенерации ионита регенерационным раствором, который подается через штуцер 8. Принцип работы аппарата на стадии регенерации аналогичен принципу работы аппарата на стадии очистки воды. После завершения стадии регенерации ионита прекращают подачу регенерационного раствора в аппарат и проводят стадию отмывки ионита от остатков регенерационного раствора промывочной водой, которая подается через штуцер 8. Принцип работы аппарата на стадии отмывки ионита аналогичен принципу работы аппарата на стадии очистки воды. После завершения отмывки ионита проводят стадию взрыхления ионита. Для этого прекращают подачу промывочной воды в аппарат, частицы инертного материала опускаются под собственным весом вниз обечайки 1, частично переходят в пространство между обечайкой 1 и обечайкой 2, заполняя свободное пространство 14. При этом между неподвижными слоями ионита 11 и инертного материала 13 образуется свободное пространство 12. Для стадии взрыхления (фиг. 3) очищенная вода поступает в ионообменный аппарат через штуцер 9, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 6, проходит сквозь слой псевдоожиженного ионита 15, отмывает его от взвешенных веществ, а затем проходит сквозь слой частиц инертного материала 13, нижнее дренажно-распределительное устройство 7 и выводится из аппарата через штуцер 8. Затем цикл повторяется.

Предлагаемый аппарат позволяет проводить процессы ионообменной очистки воды, регенерации и отмывки ионита в плотном слое частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, за счет удержания слоя частиц ионита в неподвижном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, прижатым к слою ионита избыточным давлением соответственно исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, и для стадии взрыхления за счет перемешивания ионита в псевдоожиженнбм слое, расположенном между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, часть которого перемещена вместе с водой самотеком в пространство между обечайкой большего диаметра и обечайкой меньшего диаметра.

Похожие патенты RU2789979C1

название год авторы номер документа
ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ 2023
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Снигирев Михаил Юрьевич
RU2818000C1
ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ 2022
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Рябиков Алексей Александрович
  • Снигирев Михаил Юрьевич
  • Сырбу Светлана Александровна
RU2806755C1
ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ 2021
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Лапшин Николай Александрович
  • Шилов Никита Михайлович
  • Никифорова Татьяна Евгеньевна
RU2764009C1
ИОНООБМЕННЫЙ ФИЛЬТР 2021
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Первойкин Василий Николаевич
  • Никифорова Татьяна Евгеньевна
RU2768619C1
ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА 2021
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Соколов Алексей Андреевич
RU2768624C1
ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА 2023
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Рябиков Алексей Александрович
  • Ялышев Фаиль Наилевич
  • Сырбу Светлана Александровна
RU2810020C1
ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА 2023
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Рябиков Алексей Александрович
RU2806373C1
ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА 2023
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Рябиков Алексей Александрович
  • Никифорова Татьяна Евгеньевна
RU2806528C1
ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА 2023
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Ларина Анастасия Игоревна
RU2823553C1
ФИЛЬТР СМЕШАННОГО ДЕЙСТВИЯ 2019
  • Натареев Сергей Валентинович
  • Захаров Дмитрий Евгеньевич
  • Лапшин Николай Александрович
  • Никифорова Татьяна Евгеньевна
RU2715200C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 789 979 C1

Реферат патента 2023 года ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена в химической отрасли. Ионообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, эллиптические крышку и днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцера для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, слой псевдоожиженного ионита. Корпус аппарата состоит из двух цилиндрических обечаек разного диаметра, нижняя часть первой из которых с меньшим диаметром установлена внутрь второй обечайки большего диаметра. Плоская крышка выполнена в форме кругового кольца, расположенного в верхней части обечайки большего диаметра между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью обечайки меньшего диаметра. Нижнее дренажно-распределительное устройство выполнено в форме кругового кольца, расположенного под плоской крышкой. Для обеспечения в нерабочем состоянии аппарата расположение сверху вниз по его высоте неподвижного слоя частиц ионита с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, свободного пространства и слоя частиц инертного материала. Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте аппарата неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, между обечайкой меньшего диаметра и обечайкой большего диаметра расположено свободное пространство. Для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала. Техническим результатом изобретения является возможность проведения ионообменной очистки воды с помощью ионитов с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 789 979 C1

Ионообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, эллиптические крышку и днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцера для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, слой псевдоожиженного ионита, отличающийся тем, что корпус аппарата состоит из двух цилиндрических обечаек разного диаметра, нижняя часть первой из которых с меньшим диаметром установлена внутрь второй обечайки большего диаметра, плоской крышки в форме кругового кольца, расположенной в верхней части обечайки большего диаметра между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью обечайки меньшего диаметра, нижнего дренажно-распределительного устройства в форме кругового кольца, расположенного под плоской крышкой, для обеспечения в нерабочем состоянии аппарата расположения сверху вниз по его высоте неподвижного слоя частиц ионита с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, свободного пространства и слоя частиц инертного материала, а также для обеспечения следующих состояний слоев в процессе работы аппарата: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте аппарата неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, и расположено между обечайкой меньшего диаметра и обечайкой большего диаметра свободное пространство; для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2789979C1

ВОЛЖИНCКИЙ A.И., КОНCТAНТИНОВ В.A
РЕГЕНЕРAЦИЯ ИОНИТ0В
ТЕОРИЯ ПРОЦЕCCA И РACЧЕТA
Л.: ХИМИЯ, 1990
РЯБЧИК0В Б.Е
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
М.: ДЕЛИ ПРИНТ, 2004
Способ регенерации ионитного фильтра 1985
  • Цырульников Д.Л.
  • Юрчевский Е.Б.
  • Яковлев А.В.
  • Алексеева Т.В.
  • Остроухов Л.Л.
SU1372711A1
SU 1522527 A1, 20.01.1996
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАСТВОРЕННЫХ И НЕРАСТВОРЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ 2002
  • Балаев И.С.
  • Демина Н.С.
RU2206520C1
WO 2019138305 A1, 18.07.2019.

RU 2 789 979 C1

Авторы

Натареев Сергей Валентинович

Лапшин Николай Александрович

Рябиков Алексей Александрович

Семёнов Андрей Юрьевич

Краснов Александр Алексеевич

Даты

2023-02-14Публикация

2022-02-28Подача