Спосіб протиточної сорбції іонів іонообмінним матеріалом і пристрій для його здійснення – іонообмінний реактор безперервної дії

1. Спосіб протиточної сорбції іонів іонообмінним сорбентом, що включає безперервний процес сорбції у дво х р ухомих шарах сорбенту та реалізує зворотний напрямок потоку розчину, який відрізняється тим, що технологічну рідину подають знизу у верхній C2 2 81920 1 3 81920 проходить крізь шар іоніту і надходить у нижню частину зовнішнього циліндру, а потім проходить крізь другий шар іонітів знизу вверх. Недоліком є те, що спосіб [2] не реалізує процесів одночасної сорбції іонів з технологічної рідини і регенерації сорбенту. Метою винаходу є вдосконалення способу протиточної сорбції іонів іонообмінним матеріалом і розроблення пристрою для його здійснення, який включає одночасний процес очищення технологічної рідини і регенерації сорбенту в одному пристрої. Спосіб протиточної сорбції іонів іонообмінним матеріалом з технологічної рідини, що включає безперервний процес сорбції у двох рухомим шарах сорбенту, який реалізує зворотний напрямок потоку розчину додатково оснащений наступними стадіями: технологічна рідина подається знизу у верхній рухомий шар сорбенту, який рухається зверху вниз назустріч руху технологічної рідини; у нижній рухомий шар відпрацьованого сорбенту подається розчин, що регенерує сорбент; відрегенерований сорбент за допомогою ерліфту подається на відмивання від механічних домішок та залишків регенеруючого розчину; чистий відрегенерований сорбент після відмивання подається на верхній рухомий шар сорбенту; при цьому реалізується одночасно проведення двох процесів: сорбції іонів з технологічної рідини і регенерація сорбенту. Пристрій для здійснення протиточної сорбції іонів іонообмінним матеріалом та регенерації сорбенту - іонообмінний реактор безперервної дії, який має дві вставлених коаксіальне одна в одну труби різного діаметру, заповнених іонообмінним матеріалом, які додатково оснащено лабіринтним каналом; верхнім робочим шаром сорбенту; звужуючим пристроєм - шлюзом, який розділяє верхній і нижній шар сорбенту; нижнім шаром сорбенту, де відбувається його регенерація; ерліфтом, за допомогою якого відрегенерований сорбент надходить з нижнього шару у верхній робочий шар; системою коаксіальних труб та колекторів, які служать для подавання робочої технологічної рідини, регенеруючого розчину та повітря. Всі вказані ознаки є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату: одночасної реалізації проведення двох процесів в одному апараті: сорбції іонів з технологічної рідини і регенерації іонообмінних сорбентів. Іонообмінний реактор безперевної дії, який наведено на фіг., складається з корпусу 1, вузла відмивання 2, який забезпечено лабіринтним каналом 3, верхнього робочого шару сорбенту 4, звужуючого пристрою (шлюзу) 5, розподільного колектору технологічної рідини 6, розподільного колектору для регенеруючого розчину 7, трубопроводу для ерліфта 8, дренажних патрубків 9,10,11, вхідних патрубків 12, 13, дренажного стакану 14, сітки дренажного стакану 15, зливного патрубку 16, кільцевого зазору 17, зони регенерації сорбенту 18, вентиля спуску 19, опорних ніг 20, ерліфта 21. 4 Робота іонообмінного реактору безперервної дії полягає у наступному. Те хнологічна рідина, яку необхідно очистити, крізь вхідний патрубок 13 надходить у розподільний колектор 6, потім у верхній робочий шар сорбенту 4, де відбувається сорбція іонообмінним матеріалом визначених іонів з технологічної рідини. Робочий шар сорбенту 4 рухається назустріч руху те хнологічної рідини, бо з лабіринтного каналу 3 регенерований сорбент падає зверху на робочий шар 4. Відпрацьований сорбент крізь кільцевий отвір 17-звужуючого пристрою (шлюзу) 5 надходить в зону регенерації сорбенту 18. Очищена рідина крізь зливний патрубок 16 надходить за призначенням. Крізь вхідний патрубок 12 надходить регенеруючий розчин, який крізь розподільний колектор 7 надходить в зону регенерації сорбенту 18, де відбувається регенерація сорбенту. Відрегенерований сорбент за допомогою ерліфту 21 надходить у дренажний стакан 14. Рідина з десорбованими іонами та механічними домішками зливається крізь дренажні патрубки 9,10,11. Сітка дренажного стакану 15 служить для розділення механічних домішок і розчину десорбованих іонів. Зневоднена маса сорбенту перевалюється через край дренажного стакану 14 і падає вниз в лабіринтний канал 3, бо рівень рідини у промивному вузлі нижче рівня рідини у верхній частині реактору. Це досягається за допомогою відповідного регулювання прохідних перетинів зливного патрубку 16 і дренажного патрубка 11. Очищена рідина з верхньої частини реактору лабіринтним каналом 3 рухається назустріч руху сорбенту, після того, як він пересипався через край дренажного стакану 14; цим самим відбувається очистка сорбенту від залишків регенеруючого розчину, десорбованих іонів і механічних домішок. В результаті чистий регенерований сорбент подається у вер хню частину робочого шару сорбенту 4. Таким чином, відбувається процес одночасної протиточної сорбції іонів і регенерація сорбенту із супутнім вилученням механічних домішок, які можуть бути присутніми у початковій технологічній рідині. Приклад конкретного застосування. Реактор безперервної дії завантажено смолою КУ-2-8. Об'єм завантаження 20дм 3; діаметр реактору 0,145м; висота 0,9м; рідина, що очищується вода; іони, що вилучаються - кальцій, магній; загальні початкова жорсткість Жо=3,5мг-екв/дм 3. Витрати рідини склали 0,1м 3/г; 0,000028м 3/c або 0,02дм 3/с. Повна статична ємність смоли-1,7мг-екв/г; насипна щільність 720кг/м 3; маса 20дм 3 дорівнюється 20×0,72=14,4кг. Загальна ємність такої кількості смоли дорівнює 14,4×1,7=24,48г-екв. При жорсткості 3,5 мг-екв/дм 3 було очищено 24480/3,5=6994дм 3, або приблизно 7м 3. Для регенерації 14,4 кг смоли необхідно 24,48г-екв NaCl, тобто 24,48×58,44=1430,6г, або приблизно 1,4кг NaCl. При пом'якшенні води із жорсткості 3,5 мгекв/дм 3 з витратами 0,028 дм 3/с було вилучено 0,028×3,5=0,098мг-екв/с солей жорсткості. Таким чином, можливе дозування не менше 0,098мг 5 81920 екв/с NaCl. Один дм 3 10%-вого розчину NaCl містить 100г NaCl або 100/5 8,44= 1,7мг-екв, тобто 1,7×V=0,098. Звідкіля V=0,098/1,7=0,058дм 3/с. Витрати регенеруючого розчину склали 0,058 дм 3/с. Для покращання масообміну витрат регенеруючого розчину збільшено в 1,5 рази. Таким чином витрати 10%-вого розчину NaCl склали 87 мл/с, а загалні витрати NaCl дорівнюють 1,43×1,5=2,1кг. Витрати 10%-вого розчину NaCl дорівнюють 21кг або 25дм 3. Час безперервної регенерації сорбенту складав 24,48×1000/0,098=69 годин. Техніко-економічна ефективність способу і пристрою, що пропонуються, характеризуються безперервністю процесу фільтрації, спільній одночасній регенерації, постійністю рухомої сили процесу адсорбції, постійністю масообмінних процесів, відсутністю зупинок апарату на регенерацію, мінімізацією об'ємів промивних розчинів, що регенеруються. У зв'язку з реалізацією протиточного руху сорбенту та рідини, що очищається, дифузійні піки іонів, що сорбуються стають менш розмитими, в результаті чого у рівній ступені сорбуються іони, які добре сорбуються (Са2+, Mg2+) та іони, що сорбуються гірше (Na+K+). Шар сорбенту знаходиться у постійному р усі, тому повністю ліквідується явище утворення каналів. В процесі очищення води вилучаються іони, а також проходить очищення технологічної рідини від механічних домішок. Постійне змішування часток іоніту у циркуляційному шарі виключає утворення застійних зон регенеруючого розчину біля кожної гранули. Таким чином, регенерація гранул проходить по повній поверхні, гранули рівномірно збільшують свій обсяг без зміни форми поверхневого шару. Тому виключено ще один недолік регенерації (у порівнянні з нерухомим шаром сорбенту): зменшення ступеня утворення тріщин, зниження відсотків розщеплення гранул. Зруйновані гранули у вигляді тонкодисперсних механічних часток постійно відмиваються і виносяться з реактору. При проведенні стадії катіонування з використанням реагента-кислоти, вільна вуглекислота, що утворюється видаляється повітрям ерліфта із зерен катіонату, тим самим у схемах отримання особливо чистої знесоленої води можливо ліквідувати з те хнологічної схеми стадію декарбонізації. Звуження дифузійних піків іонів, що сорбуються, веде до ліквідування проскоку крізь катіонітовий та іонітовий фільтри слідів іонів, котрі важко сорбуються, що дозволяє не використовува ти складний в експлуатації заключний фільтр спільної дії, без погіршення якості води, що отримується. Запропонований спосіб і пристрій збільшують строк служби сорбенту-іонообмінної смоли у 1,5-2 рази. Вартість Ітони смоли КУ-2-8 приймаємо рівним 5000грн. При використанні смоли на стадії водопідготовки великої ТЕС строк використання сорбенту складає 2-3 роки, об'єм смоли 50 т. При збільшенні строку використання до 3-4,5 років 6 лише від збільшення строку використання маємо економію до 25т смоли, тобто 125000гр. за 1,5 роки. Література: 1. Н.Б. Ферапонтов, В.И. Горшков, Г.А. Медведев, Д.Н. Муравьев, Ю.А. Коваленко. Ионнообменная установка для непрерывного противотока расствора и сорбента.:в сб. "Ионный обмен и хроматография".- 1984.-С. 152 -155. 2. Г.А. Чикина, О.Н. Мягкий. Ионообменные методы очистки веществ.: Воронеж. -Изд. Ворнежск. университет.- 1984.- С. 104-105.