ИОНООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
ION EXCHANGE APPARATUS FOR WATER PURIFICATION

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 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 ионообменная очистка воды с помощью ионитов с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды.
Указанный результат достигается тем, что в ионообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, эллиптическую крышку, днище, верхнее и нижнее дренажно-распределительные устройства, штуцера для ввода исходной воды, регенерационного раствора, промывочной воды, штуцеры для отвода очищенной воды, отработанных регенерационного раствора и промывочной воды, слой частиц ионита, слой частиц инертного материала, согласно изобретению днище и нижнее дренажно-распределительное устройство выполнены конической формы, в нижней части конического днища корпуса аппарата расположен цилиндр с плоским днищем, внутри которого установлен мех, на цилиндре установлен штуцер для опорожнения аппарата, на плоском днище установлен штуцер для ввода воздуха в мех, в верхней части которого расположен диск, в верхней части цилиндра на его внутренней поверхности установлено кольцо, сверху вниз по высоте аппарата расположены слой частиц ионита с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды и слой частиц инертного материала с плотностью, большей, чем плотность очищаемой воды, при этом слой частиц инертного материала выполнен с возможностью их опускания в нижнюю часть цилиндра с возможностью псевдоожижения слоя частиц ионита.
Технический результат достигается для стадий очистки воды, регенерации и отмывки за счет удержания слоя частиц ионита в неподвижном состоянии между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, прижатого к слою ионита диском, расположенным в верхней части меха, находящимся в надутом состоянии под внутренним давлением воздуха, большем давления жидкости внутри корпуса аппарата, и достигается для стадии взрыхления за счет перемешивания ионита в псевдоожиженном слое, расположенном между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, часть который опустилась в цилиндр под собственным весом вследствие удаления воздуха из меха, его сдувания и опускания диска в нижнюю часть цилиндра.
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, на фиг. 4 – разрез А-А.
Ионообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1, эллиптическую крышку 2, коническое днище 3, верхнее 4 и нижнее 5 дренажно-распределительные устройства. В верхней части крышки 2 расположен штуцер 6 для вывода из аппарата очищенной воды, ввода регенерационного раствора, промывочной воды и воды для взрыхления ионита. В нижней части днища 3 расположены штуцера 7 и 8 для ввода исходной воды, вывода отработанного регенерационного раствора, промывочной воды и отработанной воды после взрыхления ионита, цилиндр 9 с плоским днищем 10 и штуцером 11 для опорожнения аппарата от воды после окончания процесса ионообменной очистки. Внутри цилиндра 9 расположен мех 12, в верхней части которого установлен диск 13. В верхней части цилиндра 9 на его внутренней поверхности установлено кольцо 14 (фиг. 4). В плоском днище 10 цилиндра 9 установлен штуцер 15 для ввода воздуха в мех 12 и вывода его из меха. Для стадий очистки воды, отмывки и регенерации расположены сверху вниз по высоте аппарата неподвижный слой частиц ионита 16 и слой частиц инертного материала 17. Для стадии прекращения подачи воды в аппарат (фиг. 2) расположены сверху вниз по высоте аппарата слой частиц ионита 16, свободный объем 18 и слой частиц инертного материала 17. Для стадии взрыхления (фиг. 3) расположены сверху вниз по высоте аппарата слой псевдоожиженного ионита 19 и слой частиц инертного материала 17.
Ионообменный аппарат работает следующим образом.
Перед началом работы в ионообменный аппарат помещают ионит и инертный материал. Затем в аппарат заливают воду. Ионит всплывает в верхнюю часть аппарат, поскольку он легче воды, а инертный материал опускается под собственным весом в нижнюю часть аппарата. В штуцер 15 подают воздух, который надувает в цилиндре 9 мех 12, поднимающий вверх диск 13 до упора с кольцом 14. Диск 13 вытесняет из аппарата воду, которая удаляется через штуцер 6, и последовательно прижимает слои частиц инертного материала 17 и ионита 16 к верхнему дренажно-распределительному устройству 4. Исходная вода подается через штуцера 7 и 8, проходит через нижнее дренажно-распределительной устройство 5, слои частиц инертного материала 17 и ионита 16, где очищается от ионов целевого компонента. Очищенная вода проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 4 и выводится из аппарата через штуцер 6. После насыщения ионита целевым компонентом проводят регенерацию ионита. Регенерационный раствор подается в аппарат через штуцер 6, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 4, слои частиц ионита 16 и инертного материала 17, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из аппарата через штуцера 7 и 8. После восстановления обменной емкости ионита проводят его отмывку от остатков регенерационного раствора. Промывочная вода подается в аппарат через штуцер 6, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 4, слои частиц ионита 16 и инертного материала 17, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из аппарата через штуцера 7 и 8. Затем проводят стадию взрыхления. Для этого из меха 12 удаляют воздух через штуцер 15. При этом мех 12 сдувается, диск 13 и частицы инертного материала 17 опускаются в нижнюю часть цилиндра 9 под собственным весом. Между слоем ионита 16 и слоем инертного материала 17 образуется свободный объем 18. Вода для взрыхления ионита подается в аппарат через штуцер 6, поддерживая находящийся под верхним дренажно-распределительным устройством 4 слой ионита 19 в псевдоожиженном состоянии. Отработанная вода затем проходит через слой частиц инертного материала 17, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из аппарата через штуцера 7 и 8. После стадии взрыхления цикл повторяется.
Предлагаемый аппарат позволяет проводить процессы ионообменной очистки воды, противоточной 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, прижатого к слою ионита диском, расположенным в верхней части меха, находящемся под внутренним давлением воздуха, а также проводить процесс взрыхления ионита за счет перемешивания ионита в псевдоожиженном слое, расположенным между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, часть которого заполнила цилиндр вследствие удаления воздуха из меха, его сдувания и опускания диска в нижнюю часть цилиндра.