ИОНООБМЕННЫЙ ФИЛЬТР
ION EXCHANGE FILTER

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 ионообменного фильтра 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. C. 258].
Недостатком известного ионообменного фильтра 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, 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 и воздушную подушку [Волжинский А.И., Константинов В.А. Регенерация ионитов. Теория процесса и расчета. Л.: Химия, 1990. С. 9, 10].
Недостатком известного ионообменного фильтра является то, что в нем невозможно проводить процесс противоточной регенерации ионитов с плотностью меньшей, чем плотность очищаемой воды, например, ионитов на основе целлюлозы (модифицированных древесных опилок, хлопковой целлюлозы и др.), поскольку на стадии очистки воды, движущейся сверху вниз, частицы ионита не образуют в нижней части аппарата плотный неподвижный слой, а всплывают вверх аппарата, а также в аппарате невозможно проводить процесс взрыхляющей отмывки ионита от взвеси, поскольку аппарат практически полностью заполнен ионитом, что затрудняет процесс псевдоожижения частиц.
Указанный результат достигается тем, что в ионообменном фильтре, содержащем 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 и воздушную подушку, согласно изобретению
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, причем 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 в ионообменный фильтр расположены сверху вниз по высоте фильтра слой частиц ионита, свободный объем и слой частиц инертного материала, для стадии взрыхления расположены сверху вниз по высоте фильтра слой псевдоожиженного ионита и слой частиц инертного материала.
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 частиц ионита с помощью воздушной подушки, и достигается для стадии взрыхления за счет перемешивания ионита в псевдоожиженном слое, расположенном между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, который опустился в нижнюю часть аппарат под собственным весом вследствие сдувания воздушной подушки и прижатия эластичной пленки к днищу ионообменного фильтра.
На фиг. 1 изображен ионообменный фильтр для стадий очистки воды, регенерации и промывки, на фиг. 2 – ионообменный фильтр для стадии прекращения подачи воды в фильтр, на фиг. 3 – ионообменный фильтр для стадии взрыхления.
Ионообменный фильтр содержит цилиндрический корпус 1, эллиптические крышку 2 и днище 3, решетку 4, нижнее 5 и верхнее 6 дренажно-распределительные устройства. Под решеткой 4 прикреплена к корпусу ионообменного фильтра 1 эластичная пленка 7. На стенке корпуса ионообменного фильтра 1 установлен карман 8 со штуцерами 9 и 10 для ввода исходной воды, вывода отработанных регенерационного раствора, промывочной воды и воды для взрыхления ионита. На крышке 2 расположен штуцер 11 для вывода из ионообменного фильтра очищенной воды, ввода регенерационного раствора, промывочной воды и воды для взрыхления ионита. На днище 3 расположен штуцер 12 для ввода и вывода воздуха. Для стадий очистки воды, регенерации и отмывки расположены сверху вниз по высоте ионообменного фильтра неподвижный слой частиц ионита 13, слой частиц инертного материала 14 и воздушная подушка 15 (фиг. 1). Для стадии прекращения подачи воды в ионообменный фильтр 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 расположен слой псевдоожиженного ионита 17, под которым расположен слой частиц инертного материала 14 (фиг. 3).
Ионообменный фильтр работает следующим образом.
Перед началом работы в ионообменный фильтр помещают ионит, инертный материал и заполняют фильтр водой. Ионит всплывает вверх фильтра, поскольку он легче воды, а инертный материал опускается под собственным весом вниз фильтра. В штуцер 12, расположенный на днище 3, подают воздух, который надувает воздушную подушку 15, образованную стенкой днища 3 и эластичной пленкой 7. Частицы инертного материала свободно проходят вверх через решетку 4. Решетка 4 препятствует чрезмерному раздуванию воздушной подушки 15 и способствует равномерному давлению воздушной подушки 15 на слой частиц инертного материала 14. Слой частиц инертного материала 14 прижимает слой частиц ионита 13 к верхнему дренажно-распределительному устройству 6. Исходная вода подается через штуцера 9 и 10, проходит через нижнее дренажно-распределительное устройство 5, слои частиц инертного материала 14 и ионита 13, где очищается от ионов целевого компонента, а затем вода проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 6 и выводится из ионообменного фильтра через штуцер 11. После насыщения ионита целевым компонентом проводят регенерацию ионита. Регенерационный раствор подается в ионообменный фильтр через штуцер 11, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 6, слои частиц ионита 13 и инертного материала 14, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из ионообменного фильтра через штуцера 9 и 10. После восстановления обменной емкости ионита проводят его отмывку от остатков регенерационного раствора. Промывочная вода подается в ионообменный фильтр через штуцер 11, проходит через верхнее дренажно-распределительное устройство 6, слои частиц ионита 13 и инертного материала 14, нижнее дренажно-распределительное устройство 5 и удаляется из ионообменного фильтра через штуцера 9 и 10. Затем проводят стадию взрыхления. Для этого из воздушной подушки 15 через штуцер 12 удаляют воздух. Воздушная подушка 15 сдувается и слой частиц инертного материала 14 опускается в нижнюю часть ионообменного фильтра под собственным весом, прижимая эластичную пленку 7 к днищу 3 фильтра. Очищенная вода для взрыхления ионита подается в ионообменный фильтр через штуцер 11, поддерживая находящийся под верхним дренажно-распределительным устройством 6 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 фильтра через штуцера 9 и 10. После стадии взрыхления цикл повторяется.
Предлагаемый ионообменный фильтр позволяет проводить процессы 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 воздушной подушкой, а также проводить процесс взрыхления ионита за счет перемешивания ионита в псевдоожиженном слое, расположенным между верхним дренажно-распределительным устройством и слоем частиц инертного материала, который опустился под собственным весом в нижнюю часть ионообменного фильтра вследствие сдувания воздушной подушки.