ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2023 года по МПК B01D24/02 B01D24/46 B01J47/02 

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена.

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 фильтр, 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, отработанного регенерационного раствора, отработанной промывочной воды, причем нижнее дренажно-распределительное устройство установлено вертикально в стенке корпуса ионообменного фильтра и закрыто снаружи карманом со штуцерами, в нижней части ионообменного фильтра установлена решетка, под которой находится эластичная пленка для создания воздушной подушки в нижней части ионообменного фильтра, внутри ионообменного фильтра расположены слой частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, и слой частиц инертного материала с плотностью, большей, чем плотность очищаемой воды, днище ионообменного фильтра снабжено штуцером для ввода и вывода воздуха с целью надувания и сдувания воздушной подушки 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, слой частиц инертного материала и воздушная подушка, для стадии прекращения подачи воды 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 РФ 2768619, МПК B01D 24/02, B01D 24/46 B01J 47/02. Ионообменный фильтр // Натареев С.В., Первойкин В.Н., Никифорова Т.Е.; патентообладатель ФГБОУ ВО «Ивановский государственный химико-технологический университет»; заявка 2021111040, 20.04.2021; опубл. 23.03.2022, бюл. №9].

Недостатком прототипа является ненадежная работа эластичной пленки, которая разрушается при многократном надувании и сдувании воздушной подушки, что приводит к невозможности удержания частиц ионита в неподвижном состоянии.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности удержания частиц ионита в неподвижном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала.

Указанный результат достигается тем, что в ионообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, эллиптические крышку и днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцер для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцер для отвода очищенной воды, отработанного регенерационного раствора, отработанной промывочной воды и ввода воды для взрыхления ионита, штуцер для отвода воды для взрыхления ионита, неподвижный слой частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, слой частиц инертного материала с плотностью, большей, чем плотность очищаемой воды, и свободный объем для обеспечения следующих состояний слоев аппарата в процессе работы: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, для стадии прекращения подачи воды расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала, согласно изобретению в нижней части аппарата расположена вертикальная труба с конической крышкой, в верхней части которой расположено колено из трубы, соединяющее коническую крышку со штуцером для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, причем диаметр этого штуцера равен диаметру трубы колена, для создания внутри вертикальной трубы на стадиях очистки воды, регенерации ионита и промывки ионита свободного объема.

Технический результат достигается для стадий очистки воды, регенерации и отмывки за счет замены эластичной пленки на вертикальную трубу с конической крышкой, в верхней части которой расположено колено из трубы, соединяющее коническую крышку со штуцером для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, причем диаметр этого штуцера равен диаметру трубы колена, для создания эффективного удержания слоя частиц ионита в неподвижном плотном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, полученного вследствие массового уноса частиц инертного материала из вертикальной трубы в верхнюю часть аппарата потоком жидкости и создания внутри вертикальной трубы свободного объема.

На фиг. 1 изображен ионообменный аппарат для стадий очистки воды, регенерации и промывки, на фиг. 2 - ионообменный аппарат для стадии прекращения подачи воды в аппарат, на фиг. 3 - ионообменный аппарат для стадии взрыхления.

Ионообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1, эллиптические крышку 2 и днище 3, верхнее 4 и нижнее 5 дренажно-распределительные устройства. Нижнее дренажно-распределительное устройство 5 установлено на бетонное основание с цементной стяжкой 6. На крышке 2 расположен штуцер 7 для вывода из ионообменного аппарат очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, а также ввода воды для взрыхления ионита. На днище 3 расположен штуцер 8 для вывода из ионообменного аппарата воды для взрыхления ионита. В средней части аппарата расположен штуцер 9 для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды. В нижней части ионообменного аппарата установлена вертикальная труба 10 с конической крышкой 11, в верхней части которой расположено колено 12 из трубы, соединяющее коническую крышку 11 со штуцером 9 с диаметром равным диаметру трубы колена 12. Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата неподвижный слой частиц ионита 13, слой частиц инертного материала 14 и внутри вертикальной трубы 10 свободный объем 15 (фиг. 1). Для стадии прекращения подачи воды в ионообменный аппарат расположены сверху вниз по высоте аппарата слой частиц ионита 13, свободный объем 16 и слой частиц инертного материала 14 (фиг. 2). Для стадии взрыхления под верхним дренажно-распределительным устройством 4 расположен слой псевдоожиженного ионита 17, под которым расположен слой частиц инертного материала 14 (фиг. 3).

Ионообменный аппарат работает следующим образом.

Перед началом работы в ионообменный аппарат помещают ионит, инертный материал и заполняют аппарат водой. Ионит всплывает вверх аппарата, поскольку он легче воды, а инертный материал опускается под собственным весом вниз аппарата. В штуцер 9 подается исходная вода, которая проходит через колено 12, изготовленное из трубы диаметром, равным диаметру штуцера 9, коническую крышку 11 и вертикальную трубу 10. Скорость потока исходной воды в вертикальной трубе 10 и сечении между корпусом 1 и наружной поверхностью вертикальной трубы 10 выше скорости уноса частиц инертного материала, которые перемещаются из вертикальной трубы 10 в верхнюю часть аппарата потоком жидкости, где заполняют свободный объем 16, образуя слой частиц инертного материала 14, который прижимает слой ионита 13 к верхнему дренажно-распределительному устройству 4. В внутри трубы 10 создается свободный объем 15. Исходная вода проходит через слои частиц инертного материала 14 и ионита 13, где очищается от ионов целевого компонента. Затем вода проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 4 и выводится из ионообменного аппарата через штуцер 7. После насыщения ионита целевым компонентом проводят регенерацию ионита. Регенерационный раствор поступает в ионообменный аппарат через штуцер 9 и проходит путь, аналогичный пути движения исходной воды. После восстановления обменной емкости ионита проводят его отмывку от остатков регенерационного раствора. Промывочная вода поступает в ионообменный аппарат через штуцер 9 и проходит путь, аналогичный пути движения исходной воды. Затем проводят стадию взрыхления. Для этого подачу промывочной воды прекращают, и слой частиц инертного материала 14 опускается в нижнюю часть ионообменного аппарата под собственным весом. Между слоями ионита 13 и инертного материала 14 образуется свободный объем 16. Очищенная вода для взрыхления ионита подается в ионообменный аппарат через штуцер 7, поддерживая находящийся под верхним дренажно-распределительным устройством 4 слой ионита в псевдоожиженном состоянии 17. Затем загрязненная вода проходит через слой частиц инертного материала 14, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из ионообменного аппарата через штуцер 8. После стадии взрыхления цикл повторяется.

Предлагаемый ионообменный аппарат позволяет проводить процесс очистки воды, регенерации и отмывки ионита в плотном слое частиц ионита, зажатом между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, полученного за счет массового уноса частиц инертного материала потоком жидкости из вертикальной трубы в верхнюю часть аппарата и создания в вертикальной трубе свободного объема.

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена. Отличительной особенностью ионообменного аппарата является то, что в нижней части аппарата расположена вертикальная труба с конической крышкой, в верхней части которой расположено колено из трубы, соединяющее коническую крышку со штуцером для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, причем диаметр штуцера равен диаметру трубы колена, для создания внутри вертикальной трубы на стадиях очистки воды, регенерации ионита и промывки ионита свободного объема. Техническим результатом изобретения является повышение надежности удержания частиц ионита в неподвижном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала. 3 ил.

Ионообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, эллиптические крышку и днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцер для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцер для отвода очищенной воды, отработанного регенерационного раствора, отработанной промывочной воды и ввода воды для взрыхления ионита, штуцер для отвода воды для взрыхления ионита, неподвижный слой частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды, слой частиц инертного материала с плотностью, большей, чем плотность очищаемой воды, и свободный объем для обеспечения следующих состояний слоев аппарата в процессе работы: для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата неподвижный слой частиц ионита и слой частиц инертного материала, для стадии прекращения подачи воды расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала, отличающийся тем, что в нижней части аппарата расположена вертикальная труба с конической крышкой, в верхней части которой расположено колено из трубы, соединяющее коническую крышку со штуцером для ввода исходной воды, регенерационного раствора и промывочной воды, причем диаметр этого штуцера равен диаметру трубы колена, для создания внутри вертикальной трубы на стадиях очистки воды, регенерации ионита и промывки ионита свободного объема.