ИОНООБМЕННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК B01D24/02 B01D24/46 B01J47/02 

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена.

Известен ионообменный фильтр 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 ионообменная установка, содержащая ионообменный фильтр, внутри которого установлены верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства и расположены слой частиц ионита с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, и слой частиц инертного материала с плотностью, большей на 15-25%, чем плотность очищаемой воды, трубу с запорным устройством, соединенную с ионообменным фильтром, емкость, в верхней части которой расположен штуцер для подвода и отвода воздуха, выполненную с возможностью приема по трубе части инертного материала с водой для обеспечения следующих состояний слоев фильтра в процессе работы: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, для стадии прекращения подачи воды в ионообменную установку расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала [Патент 2768624 РФ, МПК B01D 24/02, B01D 24/46, B01J 47/02 / Ионообменная установка / Натареев С.В., Соколов А.А..; заявитель патента ФГБОУВО «Ивановский государственный химико-технологический университет» - № 2021111039; заявл. 20.04.01; опубл. 24.03.22; бюл. № 9].

Недостатком известной ионообменной установки является то, что для стадии прекращения подачи в неё воды не возможно перемещение самотеком инертного материала из ионообменного фильтра в емкость и, вследствие этого, не возможна отмывка ионита от механических примесей на стадии взрыхления ионита.

Техническим результатом изобретения является возможность перемещения инертного материала с помощью эрлифта из ионообменного фильтра в емкость и появление за счет этого возможности отмывки ионита от механических примесей на стадии взрыхления ионита.

Указанный результат достигается тем, что в ионообменной установке, содержащей ионообменный фильтр, внутри которого установлены верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства и расположены слой частиц ионита с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, и слой частиц инертного материала с плотностью, большей на 15-25%, чем плотность очищаемой воды, трубу с запорным устройством, соединенную с ионообменным фильтром, емкость, в верхней части которой расположен штуцер для отвода воды и подвода воздуха, выполненную с возможностью приема по трубе части инертного материала с водой для обеспечения следующих состояний слоев фильтра в процессе работы: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, для стадии прекращения подачи воды в ионообменную установку расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала согласно изобретению емкость расположена над ионообменным фильтром, между которыми установлено запорное устройство типа шарового крана со сферическим запирающим элементом, имеющим сквозное отверстие, состоящее из цилиндрической части и конической части с углом конусности 45^о, в центре ионообменного фильтра расположен эрлифт для перемещения инертного материала с помощью сжатого воздуха из нижней части фильтра через запорное устройство в емкость, в верхней части которой установлен отбойник, и в центре емкости расположена вертикальная труба, установленная с возможностью подачи инертного материала с помощью эрлифта из ионообменного фильтра через запорное устройство в пространство между корпусом емкости и трубой, а также возможностью перемещения инертного материала с водой самотеком из емкости через запорное устройство в нижнюю часть ионообменного фильтра по эрлифту при отсутствии подачи в него сжатого воздуха.

Технический результат достигается за счет перемещения инертного материала из нижней части ионообменного фильтра в емкость над фильтром с помощью эрлифта и появления за счет этого возможности отмывки ионита от механических примесей на стадии взрыхления ионита.

На фиг. 1 изображена ионообменная установка для стадий очистки воды, регенерации и отмывки, на фиг. 2 – ионообменная установка для стадии прекращения подачи воды в установку, на фиг. 3 – ионообменная установка для стадии перемещения инертного материала с помощью эрлифта из нижней части ионообменного фильтра в емкость, на фиг. 4 - ионообменная установка на стадии взрыхления, на фиг. 5 - ионообменная установка для стадии перемещения инертного материала из емкости в ионообменный фильтр, на фиг. 6 – шаровое запорное устройство в закрытом состоянии для стадий очистки воды, регенерации, отмывки и взрыхления, на фиг. 7 - шаровое запорное устройство в открытом состоянии для стадий прекращения подачи воды в установку и перемещения инертного материала с помощью эрлифта из нижней части ионообменного фильтра в емкость, на фиг. 8 - шаровое запорное устройство в открытом состоянии для стадии перемещения инертного материала из емкости в ионообменный фильтр, на фиг. 9 - нижнее дренажно-распределительное устройство.

Ионообменная установка (фиг. 1) состоит из ионообменного фильтра 1, емкости 2 и запорного устройства 3. Внутри ионообменного фильтра 1 установлены эрлифт 4, верхнее 5 и нижнее 6 дренажно–распределительные устройства. Фильтр 1 содержит трубку 7 для подачи сжатого воздуха, штуцер 8 для подачи воды на очистку, вывода отработанного регенерационного раствора и промывочной воды и штуцер 9 для вывода очищенной воды, подачи регенерационного раствора и промывочной воды. Внутри емкости 2 установлены отбойник 10 и труба 11. Емкость 2 содержит патрубок 12для вывода воздуха и подачи очищенной воды.

Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки (фиг. 1) запорное устройство 3 находится в закрытом состоянии (фиг. 6), когда в сферическом запирающем элементе 13, сквозное отверстие, состоящее из цилиндрической части 14 и конической части 15, находится в горизонтальном положении, и по высоте ионообменного фильтра 1 расположены сверху вниз неподвижный слой частиц ионита 16 и слой частиц инертного материала 17. Длястадий прекращения подачи воды в ионообменную установку (фиг. 2) запорное устройство 3 находится в открытом состоянии (фиг. 7), когда цилиндрическая часть 14 сквозного отверстия расположена в верхней части запирающего элемента 13, а коническая часть 15 расположена в нижней части запирающего элемента 13, и по высоте ионообменного фильтра 1 расположены сверху вниз неподвижный слой частиц ионита 16 и слой частиц инертного материала 17. Для стадии перемещения инертного материала с помощью эрлифта 4 из нижней части ионообменного фильтра 1 в емкость 2 (фиг. 3) запорное устройство 3 находится в том же положении, что для стадии прекращения подачи воды в ионообменную установку (фиг. 2), и по высоте ионообменного фильтра 1 расположены сверху вниз неподвижный слой частиц ионита 16 и свободный объем 18, а емкость 2 заполнена слоем частиц инертного материала 17.Для стадии взрыхления (фиг. 4) запорное устройство находится в закрытом состоянии (фиг. 6) и в ионообменном фильтре 1 слой ионита находится в псевдоожиженном состоянии 19. Для стадии перемещения инертного материала из емкости 2 в ионообменный фильтр 1 (фиг. 5) запорное устройство 3 находится в открытом состоянии (фиг. 8), когда цилиндрическая часть 14 сквозного отверстия расположена в нижней части запирающего элемента 13, а коническая часть 15 расположена в верхней части запирающего элемента 13, и по высоте ионообменного фильтра 1 расположены сверху вниз неподвижный слой частиц ионита 16 и слой частиц инертного материала 17.

Ионообменная установка работает следующим образом.

Полный цикл работы ионообменной установки складывается из следующих стадий: 1) очистка воды (фиг. 1); 2) регенерация ионита (фиг. 1); 3) отмывка ионита(фиг. 1); 4) взрыхление ионита(фиг. 4). Перед началом работы в ионообменный фильтр помещают ионит с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, и инертный материал в форме сферических частиц с плотностью, большей на 15-25 %, чем плотность очищаемой воды, и заливают в аппарат воду. Ионит всплывает вверх фильтра 1, образуя неподвижный плотный слой частиц ионита 16, а инертный материал опускается вниз, образуя под слоем частиц ионита 16неподвижный слой частиц инертного материала 17.Для стадии очистки воды исходная воды поступает в ионообменный фильтр 1 через штуцер 8 в нижнее дренажно-распределительное устройство 6 (фиг. 9), проходит сквозь слой частиц инертного материала 17, неподвижный слой частиц ионита 16, где очищается от ионов целевого компонента, а затем проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5 и выводится из фильтра через штуцер 9. Для стадии регенерации регенерационный раствор поступает в ионообменный фильтр 1 через штуцер 9, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5, сквозь неподвижный слой частиц ионита 16, регенерирует его, а затем проходит через слой частиц инертного материала 17 и выводится из фильтра 1с помощью нижнего дренажно-распределительного устройства 6 через штуцер 8. Для стадии отмывки очищенная вода поступает в ионообменный фильтр 1 через штуцер 8 в нижнее дренажно-распределительное устройство 6, проходит сквозь слой частиц инертного материала 17, неподвижный слой частиц ионита 16, отмывает ионит от остатков регенерационного раствора, а затем проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5 и выходит из ионообменного фильтра через штуцер 9. Для стадии прекращения подачи воды в ионообменную установку (фиг. 2) запорное устройство 3 открывают (фиг. 7), переводя запирающий элемент 13 в положение, когда цилиндрическая часть 14 сквозного отверстия расположена в верхней части запирающего элемента 13, а коническая часть 15 расположена в нижней части запирающего элемента 13. Затем в трубку 7 подают сжатый воздух, который по эрлифту 4 поднимает в емкость 2 частицы инертного материала 17, которые ударяются в отбойник 10 и заполняет пространство между корпусом емкости 2 и трубой 11. Воздух и вода удаляются из емкости 2 через штуцер 12. В нижней части ионообменного фильтра 1 образуется свободной объем 18 (фиг. 3). В трубку 7 прекращают подачу сжатого воздуха и закрываю запорное устройство 3 (фиг. 6). Для стадии взрыхления (фиг. 4) очищенная вода поступает в ионообменный фильтр 1 через штуцер 9, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5 и слой псевдоожиженного ионита 19, отмывает его от взвешенных веществ, а затем выходит из ионообменного фильтра 1 через нижнее дренажно-распределительное устройство 6 и штуцер 8. После стадии взрыхления подачу очищенной воды в фильтр 1 прекращают, запорное устройство 3 открывают (фиг. 8),переводя запирающий элемент 13 в положение, когда цилиндрическая часть 14 сквозного отверстия расположена в нижней части запирающего элемента 13, а коническая часть 15 расположена в верхней части запирающего элемента 13. Для стадии перемещения инертного материала из емкости 2 в ионообменный фильтр 1 (фиг. 5) в емкость 2 через штуцер 12 подают очищенную воду, которая вместе с частицами инертного материала самотеком проходит последовательно сверху вниз зазор между корпусом емкости 2 и трубой 11 (фиг. 8) и открытое запорное устройство 3. Затем частицы инертного материала вместе с очищенной водой опускаются по эрлифту, в который не подается сжатый воздух, в нижнюю часть ионообменного фильтра 1, где заполняют свободный объем 18, образуя неподвижный слой инертного материала 17. Очищенная вода проходит через неподвижный плотный слой ионита 16, верхнее дренажно-распределительное устройство 5 и выводится из фильтра через штуцер 9.Подачу очищенной воды в емкость 2 с помощью штуцера 12 прекращают, и запорное устройство 3 закрываю (фиг. 6). Затем цикл повторяется.

Предлагаемая ионообменная установка позволяет перемещать частицы инертного материала из ионообменного фильтра в емкость с помощью аэрлифта, для проведения отмывки ионита от механических примесей на стадии взрыхления ионита.

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена. Отличительной особенностью ионообменной установки является то, что она включает емкость, расположенную над ионообменным фильтром, между которыми установлено запорное устройство типа шарового крана со сферическим запирающим элементом, имеющим сквозное отверстие, состоящее из цилиндрической части и конической части с углом конусности 45°. В центре ионообменного фильтра расположен эрлифт для перемещения инертного материала с помощью сжатого воздуха из нижней части фильтра через запорное устройство в емкость, в верхней части которой установлен отбойник. В центре емкости расположена вертикальная труба, установленная с возможностью подачи инертного материала с помощью эрлифта из ионообменного фильтра через запорное устройство в пространство между корпусом емкости и трубой, а также возможностью перемещения инертного материала с водой самотеком из емкости через запорное устройство в нижнюю часть ионообменного фильтра по эрлифту при отсутствии подачи в него сжатого воздуха. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности отмывки ионита от механических примесей на стадии взрыхления ионита. 9 ил.

Ионообменная установка, содержащая ионообменный фильтр, внутри которого установлены верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства и расположены слой частиц ионита с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, и слой частиц инертного материала с плотностью, большей на 15-25%, чем плотность очищаемой воды, трубу с запорным устройством, соединенную с ионообменным фильтром, емкость, в верхней части которой расположен штуцер для отвода воды и подвода воздуха, выполненную с возможностью приема по трубе части инертного материала с водой для обеспечения следующих состояний слоев фильтра в процессе работы: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, для стадии прекращения подачи воды в ионообменную установку расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала, отличающаяся тем, что емкость расположена над ионообменным фильтром, между которыми установлено запорное устройство типа шарового крана со сферическим запирающим элементом, имеющим сквозное отверстие, состоящее из цилиндрической части и конической части с углом конусности 45°, в центре ионообменного фильтра расположен эрлифт для перемещения инертного материала с помощью сжатого воздуха из нижней части фильтра через запорное устройство в емкость, в верхней части которой установлен отбойник, и в центре емкости расположена вертикальная труба, установленная с возможностью подачи инертного материала с помощью эрлифта из ионообменного фильтра через запорное устройство в пространство между корпусом емкости и трубой, а также возможностью перемещения инертного материала с водой самотеком из емкости через запорное устройство в нижнюю часть ионообменного фильтра по эрлифту при отсутствии подачи в него сжатого воздуха.