СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОТИВОТОЧНОЙ ИОНООБМЕННОЙ СИСТЕМЫ
METHOD OF COUNTERCURRENT ION EXCHANGE SYSTEM OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ионообменным системам, включая многослойные насадочные колонны, функционирующие в противоточном режиме.
Введение
Ионообменные системы, включая многослойные насадочные колонны, используют во множестве вариантов деминерализации и умягчения. Например, по всему миру находятся в эксплуатации сотни насадочных систем AMBERPACK™ и DOWEX™ UPCORE™. Насадочные системы AMBERPACK™ функционируют в режиме производства при восходящем потоке и в режиме регенерации при нисходящем потоке. Насадочные системы DOWEX™ UPCORE™ функционируют в режиме производства при нисходящем потоке и в режиме регенерации при восходящем потоке. И системы AMBERPACK™, и системы UPCORE™ могут быть спроектированы в однокамерной и многокамерной компоновке. Например, в двух- и трехкамерных колоннах (так называемых «послойно загружаемых слоях») могут быть размещены сочетания слабых и сильных электролитных смол, позволяющие получать высокоэффективные системы.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение охватывает усовершенствованную противоточную ионообменную систему и способ ее эксплуатации. В одном из вариантов осуществления изобретения система включает множество вертикально выровненных колонн с насадочным слоем ионообменной смолы, включающих: верхнюю по потоку колонну с насадочным слоем катионообменной смолы и нижнюю по потоку колонну с насадочным слоем анионообменной смолы, находящуюся в сообщении по текучей среде с верхней по потоку колонной, при этом в обеих колоннах имеется верхнее и нижнее отверстие для входа и выхода текучей среды. В другом варианте осуществления изобретения способ эксплуатации системы включает следующие стадии:
i) ввода подаваемой жидкости в верхнее отверстие верхней по потоку колонны так, чтобы подаваемая жидкость протекала вниз через колонну и выходила через нижнее отверстие, после чего перетекала в нижнее отверстие нижней по потоку колонны и вверх для выхода через верхнее отверстие,
ii) прерывания ввода подаваемой жидкости,
iii) ввода первого регенерата в верхнее отверстие нижней по потоку колонны так, чтобы регенерат протекал вниз через колонну и выходил через нижнее отверстие, и ввода второго регенерата в нижнее отверстие верхней по потоку колонны так, чтобы регенерат протекал вверх через колонну и выходил через верхнее отверстие, и iv) повторение стадий с i) по iii).
Краткое описание чертежей
Фиг. 1А представляет собой схематичное изображение двухкамерного варианта осуществления изобретения, работающего в режиме производства.
Фиг. 1В представляет собой схематичное изображение варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 1А, работающего в режиме регенерации.
Подробное описание
В одном из вариантов своего осуществления изобретение охватывает противоточную ионообменную систему, в общем показанную как позиция 10 на фиг. 1А и 1В. Изображенная система включает две вертикально выровненные колонны, включая верхнюю по потоку колонну (12), в которой имеется насадочный слой катионообменной смолы, и нижнюю по потоку колонну (14), в которой имеется насадочный слой анионообменной смолы. Нижняя по потоку колонна (14) находится в сообщении по текучей среде с верхней по потоку колонной (12), поэтому жидкость может проходить из верхней по потоку колонны (12) в нижнюю по потоку колонну (14). Обе колонны (12, 14) включают в себя по меньшей мере одно верхнее (16, 16') и нижнее (18, 18') отверстие для входа и выхода текучей среды. Обе колонны (12, 14) показаны как имеющие верхнюю (20, 20') и нижнюю (22, 22') камеры, разделенные пластиной, снабженной соплами (24, 24'). Верхняя камера (20) верхней по потоку колонны (12) заполнена слабокислой катионообменной смолой, тогда как нижняя камера (22) заполнена сильнокислой катионообменной смолой. Верхняя камера (20') нижней по потоку колонны (14) заполнена сильноосновной ионообменной смолой, тогда как нижняя камера (22') заполнена слабоосновной ионообменной смолой. Колонны соединены посредством трубопровода, при этом направление потока текучей среды в режиме производства показано сплошными линиями со стрелками на фиг. 1А, а в режиме регенерации - на фиг. 1В. В верхней по потоку колонне (12) имеется необязательный свободный запас (26) и плавающая инертная смола (28). Необязательная дегазационная колонна (30) может быть расположена на пути (траектории) потока между верхней и нижней по потоку колоннами (12, 14).
Хотя показано две колонны, также могут быть использованы дополнительные колонны. Точно также, хотя каждая колонна показана как имеющая две камеры, могут быть применены однокамерные или многокамерные варианты компоновки. Каждая колонна может быть снабжена необязательными вентиляционными клапанами, впусками, прерывателями струи, усиливающими пластинами и т. д., как известно в данной области техники.
В ходе эксплуатации в системе циклически повторяются режимы производства и регенерации. В режиме производства подаваемую жидкость подают в верхнее отверстие (16) верхней по потоку колонны (12) так, что подаваемая жидкость стекает вниз по колонне (12) и выходит через нижнее отверстие (18), после чего поступает в нижнее отверстие (18’) нижней по потоку колонны (14), движется по ней вверх и выходит через верхнее отверстие (16). Режим производства и соответствующее направление потока текучей среды показаны на фиг. 1А согласно схематичным стрелкам. В режиме регенерации подачу подаваемой жидкости в систему (10) прекращают и подают первый регенерат в верхнее отверстие (16') нижней по потоку колонны (14) так, что регенерат стекает вниз по колонне (14) и выходит через нижнее отверстие (18'), где его снова улавливают. Одновременно второй регенерат может быть подан в нижнее отверстие (18) верхней по потоку колонны (12), так что регенерат протекает вверх через колонну (12) и выходит через верхнее отверстие (16), где он может быть снова уловлен. Режим регенерации и соответствующее направление потока текучей среды показаны на фиг. 1В согласно схематичным стрелкам. Эксплуатация системы может дополнительно включать необязательные стадии обратной промывки.
Рассматриваемые система и способ эксплуатации представляют собой гибрид насадочных систем AMBERPACK™ и DOWEX™ UPCORE™, в котором верхняя по потоку колонна (12) функционирует как система UPCORE™, а нижняя по потоку колонна (14) функционирует как система AMBERPACK™. Этой гибридной системе свойственны неожиданные преимущества обеих насадочных систем AMBERPACK™ и UPCORE™.
Примеры
Было проведено моделирование рабочих параметров насадочных систем AMBERPACK™ и DOWEX™ UPCORE™, которые сравнили с соответствующей «гибридной» системой, при помощи проектного программного обеспечения CADIX (Computer Assisted Design for Ion eXchange, version 6.2 (автоматизированное проектирование ионообмена, версия 6.2)) от Dow Chemical Company. В каждом случае расход потоков, конфигурации колонн, смолы и регенераты были идентичными. Результаты моделирования представлены в таблице 1. Также включены данные для двухкамерной гибридной системы, представленной на фигурах. Как видно из этих данных, гибридная система характеризовалась большей эксплуатационной готовностью, меньшей потребностью в технической воде, чем сравнимые насадочные системы UPCORE™ и AMBERPACK™, работающие при повышенной нагрузке по TSS (total suspended solid - общее содержание взвешенных частиц).
Таблица 1
Нагрузка по TSS, кг/м<sup>2</sup>
0
0,5
1
UPCORE™ (одна камера)
HCl/м<sup>3</sup>
0,204
0,2040
0,2041
NaOH/м<sup>3</sup>
0,1475
0,1475
0,1476
техническая вода/м<sup>3</sup>
0,265
0,0266
0,0269
эксплуатационная готовность, %
89,9
89,8
89,7
AMBERPACK™ (одна камера)
HCl/м<sup>3</sup>
0,203
0,2130
0,2327
NaOH/м<sup>3</sup>
0,147
0,1542
0,1685
техническая вода/м<sup>3</sup>
0,23
0,0252
0,0296
эксплуатационная готовность, %
91,1
90,2
88,6
Гибридная система (одна камера)
HCl/м<sup>3</sup>
0,2035
0,2035
0,2036
NaOH/м<sup>3</sup>
0,147
0,1470
0,1471
техническая вода/м<sup>3</sup>
0,25
0,0251
0,0256
эксплуатационная готовность, %
90,7
90,7
90,4
Гибридная система (две камеры)
HCl/м<sup>3</sup>
0,2035
0,2035
0,2035
NaOH/м<sup>3</sup>
0,147
0,1470
0,1470
техническая вода/м<sup>3</sup>
0,25
0,0251
0,0250
эксплуатационная готовность, %
90,7
90,7
90,7