ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2024 года по МПК B01D24/02 B01D24/46 B01J47/02 

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 ионообменного 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, 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, при этом 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 [Патент 2789979 РФ, МПК B01D 53/02 / Ионообменный аппарат / Натареев С.В., Лапшин Н.А., Рябиков А.А., Семенов А.Ю., Краснов А.А.; заявитель патента ФГБОУВО «Ивановский государственный химико-технологический университет», ФГБОУВО «Ивановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» - № 2022105442; заявл. 28.02.22; опубл. 14.02.23; бюл. № 5].

Недостатком известного ионообменного аппарата является значительный объем загрузки инертного материала.

Техническим результатом изобретения является уменьшение объема загрузки инертного материала в аппарат.

Указанный результат достигается тем, что в ионообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, эллиптическую крышку, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцер для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцер для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, слой псевдоожиженного ионита и свободное пространство 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, согласно изобретению корпус аппарата состоит из цилиндрической обечайки и расположенной под ней конической обечайки с сужающимся книзу поперечным сечением и плоским днищем 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, слой частиц инертного материала и свободное пространство; для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала.

Технический результат достигается за счет установления конической обечайки с сужающимся книзу поперечным сечением и плоским днищем.

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 цилиндрическую обечайку 1, коническую обечайку 2 с сужающимся книзу поперечным сечением, эллиптическую крышку 3, плоское днище 4, верхнее 5 и нижнее 6 дренажно-распределительные устройства. В верхней части эллиптической крышки 3 расположен штуцер 7 для вывода из аппарата очищенной воды, отработанного регенерационного раствора, отработанной промывочной воды и ввода в аппарат воды для взрыхления ионита. В нижней части ионообменного аппарата расположен штуцер 8 для ввода в аппарат исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды и вывода из аппарата воды после взрыхления ионита. Внутри аппарата, находящегося в нерабочем состоянии (фиг. 1), расположены сверху вниз по его высоте неподвижный слой частиц ионита 9, свободное пространство 10 и слой частиц инертного материала 11. Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки (фиг. 2) расположены сверху вниз по высоте ионообменного аппарата неподвижный слой частиц ионита 9, слой частиц инертного материала 11 и свободное пространство 10. Для стадии взрыхления (фиг. 3) расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита 12 и слой частиц инертного материала 11.

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 плотность 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 плотный слой 9, а частицы инертного материала опускается под собственным весом вниз аппарата, образуя неподвижный слой 11. Между неподвижными слоями ионита 9 и инертного материала 11 образуется свободное пространство 10 (фиг. 1).

На стадии очистки воды (фиг. 2) исходная вода подается через штуцера 8, проходит через нижнее дренажно-распределительной устройство 6 и слой частиц инертного материала 11. Движущаяся исходная вода поднимает частицы инертного материала вверх аппарата и прижимает их к неподвижному слою ионита 9. При этом между нижним дренажно-распределительным устройством 6 и неподвижным слоем частиц инертного материала 11 образуется свободное пространство 10. Затем исходная вода проходит через неподвижный слой ионита 9, где очищается от ионов целевого компонента. Очищенная вода проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5 и выводится из аппарата через штуцер 7. 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 и частицы инертного материала опускаются под собственным весом вниз аппарата. При этом между неподвижными слоями ионита 9 и инертного материала 11 образуется свободное пространство 10 (фиг. 1). Для стадии взрыхления (фиг. 3) очищенная вода поступает в ионообменный аппарат через штуцер 7 и последовательно проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 5, слой псевдоожиженного ионита 12, где ионит отмывается от взвешенных веществ, слой частиц инертного материала 11, нижнее дренажно-распределительное устройство 6 и выводится из аппарата через штуцер 8. Затем цикл повторяется.

Предлагаемый аппарат позволяет уменьшить объем загрузки инертного материала путем применения конической обечайки с сужающимся книзу поперечным сечением и плоским днищем.

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионного обмена в химической отрасли. Отличительной особенностью ионообменного аппарата является то, что корпус аппарата состоит из цилиндрической обечайки и расположенной под ней конической обечайки с сужающимся книзу поперечным сечением и плоским днищем 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, слой частиц инертного материала и свободное пространство, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала. Техническим результатом изобретения является уменьшение объема загрузки инертного материала в аппарат. 3 ил.

Ионообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, эллиптическую крышку, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцер для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцер для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, неподвижный слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, слой псевдоожиженного ионита и свободное пространство 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, отличающийся тем, что корпус аппарата состоит из цилиндрической обечайки и расположенной под ней конической обечайки с сужающимся книзу поперечным сечением и плоским днищем 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, слой частиц инертного материала и свободное пространство; для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала.