ФИЛЬТР СМЕШАННОГО ДЕЙСТВИЯ
MIXED ACTION FILTER

Изобретение относится к оборудованию химической промышленности для проведения процессов ионообменной адсорбции.
Известен фильтр ионитовый смешанного действия, содержащий соединенные между собой корпуса, один из которых заполнен катионитом, а другой - анионитом, приемную камеру с патрубком для подачи исходной воды и сливную камеру с патрубком для отвода обессоленной воды. Фильтр снабжен камерой для смешения регенерационных растворов, расположенной между корпусами и имеющей патрубок для отвода регенерационных растворов, при этом приемная и сливная камеры имеют патрубки для заливки регенерационных растворов [патент 2166363 РФ, МПК BО1J 47/02, BО1D 27/02. Фильтр смешанного действия для обессоливания воды. / Драбкин Л.М., Драбкин Д.Л.; заявители и патентообладатели Драбкин Л.М., Драбкин Д.Л – № 96107931/12; заявл. 19.04.1996; опубл. 10.05.2001.].
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 фильтр ионитовый смешанного действия с внутренней регенерацией, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого имеются верхнее, среднее и нижнее распределительные устройства, эллиптические днище и крышку, приваренные к корпусу, три опоры для установки фильтра на фундамент, люки для монтажа конструктивных элементов внутри фильтра и осмотра их состояния, патрубки для подвода исходной воды на очистку, отвода очищенной воды, подвода воды на взрыхление и разделение ионитового слоя, подвода растворов щелочи и кислоты, подвода воды для отмывки ионитов, подвода сжатого воздуха, отвода отработанной воды, отработанной промывочной воды, отработанных растворов щелочи и кислоты, гидровыгрузки ионитов [Громогласов А.А. и др. Водоподготовка: Процессы и аппараты: Учебное пособие для вузов / А.А. Громогласов, А.С. Копылов, А.П. Пильщиков; Под ред. О.И. Мартыновой. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 272 с.].
Недостатком прототипа 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 возможность проведения ионообменной очистки воды одновременно от катионов и анионов с помощью ионообменных материалов с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды.
Указанный результат достигается тем, что в фильтре смешанного действия, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, эллиптическое днище, приваренное к корпусу, три опоры для установки фильтра на фундамент, патрубки для подвода исходной воды на очистку, отвода очищенной воды, подвода растворов щелочи и кислоты, отвода отработанной воды, отработанной промывочной воды, отработанных растворов щелочи и кислоты, согласно изобретению, крышка выполнена плоской формы, на которой расположены патрубок для отвода очищенной воды и отработанного раствора щелочи, стакан и карманы; в средней части фильтра на опоре установлена горизонтальная перегородка со сквозным отверстием для прохода очищаемой воды, промывочной воды и отработанного раствора щелочи; горизонтальная перегородка делит аппарат по высоте на две части, в верхней из которой имеется полый перфорированный цилиндр, верх которого присоединен к крышке аппарата, а низ - к горизонтальному диску, на котором расположены стакан и карманы; на перфорированном цилиндре свернуто в рулон анионообменное одеяло, один край которого закреплён с помощью прутка, установленного в стаканы, расположенные соосно на крышке и горизонтальном диске, а другой край одеяла закреплён с помощью другого прутка, установленного в карманы, расположенные соосно на крышке и горизонтальном диске; в нижней части аппарата под горизонтальной перегородкой, имеющей стакан и карманы, установлены полый перфорированный цилиндр, горизонтальный диск со стаканом и карманами и два прутка, идентичные верхним аналогичным деталям, причем на нижнем перфорированном цилиндре свернуто в рулон и закреплено катионообменное одеяло, и внутри этого перфорированного цилиндра имеется дисковый поворотный затвор для пропускания очищаемой воды, промывочной воды и отработанного раствора щелочи, а также для перекрытия потока щелочи на время регенерации анионообменного одеяла.
Технический результат достигается за счет применения двух расположенных одним на другим перфорированных цилиндров, на верхнем из которых свернуто в рулон анионообменное одеяло, а на нижнем - катионообменное одеяло, установления между этими цилиндрами горизонтальной перегородки со сквозным отверстием для прохода очищаемой воды, промывочной воды и отработанного регенерационного раствора щелочи, установления внутри нижнего перфорированного цилиндра дискового поворотного затвора для пропускания очищаемой воды, промывочной воды, отработанных раствора щелочи и промывочной воды, а также для перекрытия потока щелочи на время регенерации анионообменного одеяла.
На фиг. 1 изображен фильтр смешанного действия, фронтальный разрез, на фиг. 2 – вид А, на фиг. 3 – вид Б, на фиг. 4 – вид В, на фиг. 5 – вид Г, на фиг. 6 – вид Д, на фиг. 7 – разрез А-А, на фиг. 8 – анионообменное одеяло, на фиг. 9 – схема наматывания анионообменного одеяла.
Фильтр смешанного действия содержит цилиндрический корпус 1, эллиптическое днище 2, плоскую крышку 3 и установочные лапы 4. В нижней части днища 2 расположен штуцер 5 для подвода в аппарат исходной воды, раствора кислоты для регенерации катионообменного одеяла, отвода из аппарата отработанной воды, отработанной промывочной воды, отработанных растворов щелочи и кислоты. В средней части корпуса аппарата расположен штуцер 6 для подвода раствора щелочи для регенерации анионообменного одеяла. На крышке 3 расположены стакан 7, карманы 8, штуцер 9 для удаления из аппарата очищенной воды, отработанного раствора щелочи и подвода промывочной воды, а к нижней части крышки 3 присоединен полый перфорированный цилиндр 10. В нижней части цилиндра 10 имеется горизонтальный диск 11, причем на диске имеются стакан 12 и карманы 13, расположенные соответственно соосно стакану 7 и карманам 8, находящимся на крышке 3. В стакан 12 на диске 11 и в стакан 7 на крышке 3 установлен пруток 14. В карман 13 на диске 11 и в карман 8 на крышке 3 установлен пруток 15. Прутки 14 и 15 удерживают анионообменное одеяло 16, свернутое в рулон на перфорированном цилиндре 10. Анионообменное одеяло 16 (фиг. 8) изготовлено из анионообменной ткани 17 и заполнено слоем частиц анионита 18. По краям одеяла отсутствует слой частиц анионита, а верхняя ткань и нижняя ткань соединены швом 19 с возможностью образования отверстий 20, в которые вставляются прутки 14 и 15. Внутри средней части корпуса аппарата имеется опора 21, на которой установлена горизонтальная перегородка 22 со сквозным отверстием для прохода очищаемой воды, стаканом 23 и карманами 24. Перегородка 22 присоединена к опоре 21 с помощью шпилечного соединения. Причем стакан 23, карманы 24 на горизонтальной перегородке 22 и установленные под ней перфорированный цилиндр 25, горизонтальный диск 26 со стаканом 27, карманами 28, два прутка 29 и 30 идентичны верхним аналогичным деталям. На нижнем перфорированном цилиндре 25 свернуто в рулон катионообменное одеяло 31, изготовленное из катионообменной ткани и частиц катионита аналогично анионообменному одеялу 16. Внутри верхней части перфорированного цилиндра 25 имеется дисковый поворотный затвор 32 с ручкой 33 для перекрытия потока раствора щелочи на время регенерации анионообменного одеяла.
Фильтр смешанного действия работает следующим образом.
Перед началом работы в фильтр смешанного действия помещают ионообменные одеяла 16 и 31. Для этого с корпуса 1 снимают крышку 3, к которой присоединен перфорированный цилиндр 10 с диском 11. Перфорированный цилиндр 10 устанавливают в горизонтальное положение. В отверстие на краю анионообменного одеяла 16 вставляют пруток 15, который зацепляют с помощью стаканов 7 и 12, находящихся соответственно на крышке 3 аппарата и на горизонтальном диске 11. Анионообменное одеяло 16 наматывается на перфорированный цилиндр 10 при его вращении (фиг. 9). Усилия наматывания анионообменного одеяла определяются свойствами данного материала с учетом, что во время работы фильтра слой частиц анионита между слоями анионообменной ткани должен находиться в неподвижном состоянии. После окончания наматывания одеяла в отверстие на краю одеяла вставляют пруток 14. Один конец прутка 14 помещают в один из карманов 13, находящийся на диске 11, а другой конец этого прутка помещают в один из карманов 8, находящийся на крышке 3. Вынимают из корпуса 1 ручку 33 и перегородку 22, к которой присоединен перфорированный цилиндр 25 с диском 26. На перфорированный цилиндр 25 наматывают катионообменное одеяло 31 по аналогии с наматыванием анионообменного одеяла 16 на перфорированный цилиндр 10. Катионообменное одеяло 31 крепится к перфорированному цилиндру 25 с помощью прутков 29 и 30, стаканов 23 и 27, карманов 24 и 28 по аналогии с креплением анионообменного одеяла 16 к перфорированному цилиндру 10. Горизонтальную перегородку 22 с присоединенным к ней перфорированным цилиндром 25, на котором намотано в рулон катионообменное одеяло 31, помещают в корпус 1 на опору 21. Перегородку 22 соединяют с опорой 21 с помощью шпилечного соединения. Крышку 3 с присоединенным к ней перфорированным цилиндром 10, на котором намотано в рулон анионообменное одеяло 16, помещают в корпус 1. Корпус 1 и крышку 3 соединяют с помощью болтового соединения. Вставляют в аппарат ручку 33, с помощью которой открывают поворотный затвор 32. Аппарат готов к работе.
Исходная вода подается в нижней части аппарата через штуцер 5 и, проходя через кольцевой слой катионообменного одеяла 31, очищается от катионов. Затем вода проходит через отверстия перфорированного цилиндра 25, поворотный затвор 32, сквозное отверстие в горизонтальной перегородке 22 и, проходя через кольцевой слой анионообменного одеяла 16, очищается от анионов. Очищенная вода проходит через отверстия перфорированного цилиндра 10 и удаляется в верхней части аппарата через штуцер 9. После отработки катионита и анионита подачу воды в аппарат прекращают, остатки отработанной воды сливают в нижней части аппарата через штуцер 5. Затем проводят регенерацию катионита. Для этого через штуцер 5 подают в аппарат раствор кислоты, который, проходя через кольцевые слои катионообменного одеяла 31, восстанавливает его обменную емкость. Отработанный раствор кислоты проходит через отверстия перфорированного цилиндра 25, поворотный затвор 32, сквозное отверстие в горизонтальной перегородке 22 и удаляется из аппарата через штуцер 6. После окончания регенерации катионообменного одеяла 31 подачу раствора кислоты прекращают, поворотный затвор 32 закрывают с помощью ручки 33 и через штуцер 6 подают в аппарат раствор щелочи который, проходя через кольцевые слои анионообменного одеяла 16, восстанавливает его обменную емкость. Отработанный раствор щелочи проходит через отверстия перфорированного цилиндра 10 и удаляется из аппарата через штуцер 9. После окончания регенерации анионообменного одеяла 16 подачу раствора щелочи прекращают. Через штуцер 6 сливают отработанный раствор щелочи, а через штуцер 5 – отработанный раствор кислоты. С помощью ручки 33 открывают поворотный затвор 32 и остатки отработанных растворов щелочи и кислоты сливают в нижней части аппарата через штуцер 5. Затем проводят отмывку ионообменных одеял от остатков кислоты и щелочи промывочной водой, которую подают в аппарат через штуцер 9. Промывочная вода проходит последовательно через кольцевые слои анионообменного одеяла 16, кольцевые слои катионообменного одеяла 31 и удаляется в нижней части аппарата через штуцер 5. После отмывки ионообменных материалов подачу промывочной воды в аппарат прекращают и её остатки сливают в нижней части аппарата через штуцер 5. Аппарат готов для проведения процесса очистки воды. Цикл повторяется.
Предлагаемый аппарат позволяет проводить одновременно процессы катионообменной и анионообменной очистки воды через слои частиц катионита и анионита с плотностями, меньшими, чем плотность очищаемой воды, за счет установления между верхним перфорированным цилиндром, на котором намотано в рулон анионообменное одеяло, и нижнем перфорированным цилиндром, на котором намотано в рулон катионообменное одеяло, горизонтальной перегородки со сквозным отверстием для прохода очищаемой воды, удержания одного края анионообменного одеяла прутком, закрепления этого прутка сверху и снизу с помощью стаканов, расположенных на крышке и горизонтальном диске, тугой намотки анионообменного одеяла на верхнем перфорированном цилиндре, удержания другого края анионообменного одеяла другим прутком, закрепления этого прутка сверху и снизу с помощью карманов, расположенных на крышке и горизонтальном диске, удержания аналогичным образом канионообменного одеяла на нижнем перфорированном цилиндре и установления в нем дискового поворотного затвора для перекрытия потока раствора щелочи на время регенерации анионита.