Способ ионообменной очистки жидкости

 

Изобретение относится к способам очистки жидкостей, например технологической воды, от растворенных солей с помощью ионообменных материалов , а также от механических примесей . Цель изобретения - повьшение эффективности очистки за счет создания непрерывного процесса при переменном потреблении жидкости, возможности самоочищения стенок контура и проведения многоступенчатого процесса очистки. Способ осуществляют при проведении ионного обмена путем циркуляции потока смеси ионита с очищаемой жидкостью в условиях гидротранспорта в замкнутом контуре, имеющем проницаемую стенку, с последующим разделением смеси и выделением очищенной жидкости путем непрерывного отбора (фильтрации) через эту стенку, причем количество отбираемой жидкости равно количеству жидкости , подаваемой в контур на очистку . Способ предусматривает одновременное проведение очистки жидкости и регенерации ионита во взаимозаменяемых контурах, а также проведение многоступенчатого процесса очистки, исключающего смешение ионитов, путем последовательной подачи очищаемой жидкости из одного контура в другой. В качестве ионитов в предлагаемом способе наиболее целесообразно использовать волокнистый ионообменный материал. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. г сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цц С 02 F 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3841920/23-26 (22) 14.01.85 (46) 30.01.87. Бюл. У 4. (72) С. Г. Кочемасов, А. К. Сафронов, В. Ю. Балашов и Н. В. Тябин (53) 663.632.18(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 196039, кл. В 01 Р 15/04, 1966. (54) СПОСОБ ИОНООБМЕННОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к способам очистки жидкостей, например технологической воды, от растворенных солей с помощью ионообменных материалов, а также от механических примесей. Цель изобретения — повышение эффективности очистки за счет создания непрерывного процесса при переменном потреблении жидкости, возможности самоочищения стенок контура и проведения многоступенчатого процесса очистки. Способ осуществляют при

„„SU„„12 6530 А1 проведении ионного обмена путем циркуляции потока смеси ионита с очищаемой жидкостью в условиях гидротранспорта в замкнутом контуре, имеющем проницаемую стенку, с последующим разделением смеси и выделением очищенной жидкости путем непрерывного отбора (фильтрации) через эту стенку, причем количество отбираемой жидкости равно количеству жидкости, подаваемой в контур на очистку, Способ предусматривает одновременное проведение очистки жидкости и регенерации ионита во взаимозаменяемых контурах, а также проведение многоступенчатого процесса очистки, исключающего смешение ионитов, путем последовательной подачи очищаемой жидкости из одного контура в другой.

В качестве ионитов в предлагаемом способе наиболее целесообразно использовать волокнистый ионообменный материал. 3 э.п. ф-лы, 1 ил.

1286530

Изобретение относится к способам очистки жидкостей, например техноло-; гической воды, от растворенных в них солей и других растворимых примесей с помощью ионообменных материалов (ионитов), а также от механических примесей.

Способ может быть применен для проведения непрерывных химико-технологических процессов (например, адсорбции, экстракции и т.д,).

Цель изобретения — повышение эффективности очистки за счет создания непрерывного процесса при переменном потреблении очищенной жидкости, возможности самоочищения стенок контура и проведение многоступенчатого про1 цесса очистки, На чертеже .изображена схема реализации предлагаемого способа очистки жидкости, Схема реализации предлагаемого способа очистки жидкости содержит контур 1 очистки, выполненный в виде замкнутого контура, например, в виде закольцованного трубопровода, имеющего участок с проницаемой стенкой

2. Насос 3 обеспечивает отбор очищенной жидкости и ее подачу к потребителю 4. Насос 5 обеспечивает циркуляцию смеси ионита и очищаемой жидкости по замкнутому контуру 1.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью насоса осуществляют цир- З5 куляцию смеси очищаемой жидкости с ионитом, обеспечивая условия гидротранспорта ионита по замкнутому контуру, имеющему .участок с проницаемой

40 для очищенной жидкости стенкой, Лрн движении потока смеси очищаемой жидкости и ионитов вдоль проницаемой стенки очищенную жидкость отбирают, а в контур поступает очищаемая жид45 кость в количестве, равном потреблению очищенной жидкости. Равенство количеств отобранной и поступившей на очистку жидкостей по предлагаемому способу выполняется всегда, так как при этом должен соблюдаться за50 кон неразрывности потока.

Наличие проницаемой стенки, выполняющей роль разделительной перегородки, не пропускающей частиц ионита, полностью исключает вероятность попадания ионита в поток очищенной жидкости. При этом иоМообменный процесс протекает в режиме идеального перемешивания, вследствие чего участок с проницаемой стенкой может быть выпол-, нен в любом месте контура.

Кроме того, в поток очищенной жидкости не попадают механические примеси.

Основным условием осуществления способа является обеспечение гидротранспорта твердых частиц смеси по всему контуру очистки и исключение возможности выпадения ионитов в осадок, что достигается созданием таких условий течения, когда выполняется условие — 0,2 (1)

Vw где 7 — скорость осаждения;

V" — скорость трения.или динамическая скорость, определяемая как где ь — среднее напряжение сдвига

imp Ra. на стенке > <„„

P, — плотность смеси;

R — гидравлический радиус;

Ь вЂ” длина участка, на котором определяют

h p — перепад давления на участке длиной 1.

Для канала круглого сечения где D — диаметр канала.

Процесс ионообменной очистки жидкости в предлагаемом способе не будет зависеть от количества отбираемой очищенной жидкости, так как циркуляция потока в контуре обеспечивается самостоятельным насосом. Поэтому при уменьшении количества отбираемой жидкости ионообменный процесс будет независимо продолжаться.

Независимость процесса очистки от концентрации твердой фазы обеспечивается работой в условиях гидротранспорта ионита и наличием поверхности, проницаемой только для жидкой фазы, поэтому даже прекращение циркуляции смеси не приведет к попаданию ионита в отобранную жидкость.

Энергетические затраты на осуществление процесса по предлагаемому способу определяются потерями энер30 ных волокон позволяет дополнительно обеспечить самоочищение проницаемой поверхности, так как волокна образуют структуры типа "мочалки".

Способ позволяет вести процесс многоступенчатой очистки, когда применяются иониты, смешивание которых, З0 недопустимо. При этом очищаемая жидI кость поступает последовательно нз одного замкнутого контура в другой посредством отбора очищаемой жидкости из предыдущего замкнутого контура 35 через проницаемую поверхность.

Если необходима непрерывная регенерация ионитов, то очистка жидкости и восстановление рабочих свойств ионитов осуществляется одновременно в параллельных, взаимозаменяемых, конту-. рах.

L UPS р =Ф

Re — критерий Рейнольдса; составит 1,41 м/с, Минимальный расход смеси q в замкI нутом контуре при этом должен быть . 4

3 12865 гии на прокачивание смеси по замкнутому контуру и на преодоление гидравлического сопротивления проницаемой стенки при отборе очищенной жидкости. Гидравлическое сопротивление контура определяется как для обычных течений в трубопроводах.

Гидравлическое сопротивление отбору очищенной жидкости, определяемое свойствами материала проницаемой 10 стенки и скоростью отбираемого потока, может быть сведено до минимума за счет осуществления отбора жидкости с малыми скоростямк, при этом требуемая производительность по очищенной жидкости достигается за счет увеличения площади проницаемой поверхности.

По предлагаемому способу допускается использование ионообменных 20 материалов в виде гранул, зерна, порошка и .волокна. При этом применение в качестве ионитов ионообменПример, Рассмотрим процесс очистки технологической воды смесью ионитов: анионитов АВ17-ЗчС (ГОСТ 20301-74) и катионитов КУ-2-8чС (ГОСТ 20298-74). Эквивалентный диа-з метр частиц равен йз = 0,6 10 ы.

Пусть, например, из условия физико-химической кинетики процесса объем контура очистки равен U =- 1 х х 10 м и потребная концентрация ио-2 нитов в смеси равна С 163. з

Плотность смеси р „1, 022 кг/м

-з

Вязкость смеси ш,„ = 1,77.10 Па с.

Определим площадь F проницаемой стенки.

Пусть перепад давления для отбора очищенной жидкости равен р = 0 4 х

У х 10 Па (исходя из имеющегося обору-

I дования), требуемая производительность по очищенной жидкости равна

-а э о = 4 ° 10 м /с, проницаемая стенка выполнена иэ металлокерамического материала проницаемостью К = 0,33 х х 10 " м, толшиной h = 1,75 х 10 м.

qhp

Тогда по формуле Дарси f = =— =

6 PK

= 0 53 10 м, где р = 1 ° 10 Па с— вязкость воды.

Считаем, что контур имеет постоянную площадь. поперечного сечения и гидравлический радиус Б = 5 ° 1(Г м (что соответствует круглой трубе D =

= 20 10 м).

Тогда длина закольцованного трубопровода L = 3,2 м.

Расчет условия гидротранспорта ионита.

Скорость осаждения U 1 = 0,0177 м/с.

Учитывая условие гидротранспорта, по уравнению (1) находим величину динамической скорости Ч„„ > 0,089 м/с."

Необходимый перепад давления д р для обеспечения режима гидротранспор та, определенный по уравнениям (2) и (3), равен 5,3 ° 10 Па.

Тогда скорость потока смеси в замкнутом контуре определяемая по формуле Дарси-Вейсбаха где 9 — коэффициент .сопротивления, 0,3164 равный

0,25

Ве а

7 = 4,43 10 м/с.

Таким образом, имеем все необхо- . димые параметры для осуществления процесса очистки по предлагаемому способу.

Условия проведения испытаний позволяют варьировать величину расхода

{скорости) смеси очищаемой жидкости и ионитов в закольцованном трубопроводе.

В результате проведения испытаний установлено:

Таким образом, предлагаемый способ (no сравнению с известными) обладает следующими преимуществами: полностью исключается унос твердой фазы (ионитов) в поток очищенной жидкости; позволяет кроме ионитов отделять и другие механические примеси; малые энергозатраты на процесс, так как малы гидравлические сопро50

5 ) 2865 а) При номинальной величине отбора очищенной жидкости q = 4 "!О м /с. з

Условия гидротранспорта действительно выполняются при расходах сме- си, начиная с q = 4,2 ° 10 м /с (отклонение от расчетного 5,2%)..

При снижении расхода смеси ниже укаэанного, выпадение ионитов в осадок одновременно наблюдается как для трубопроводных участков, так и для 10 участка с проницаемой поверхностью (момент начала образования осадка фиксировался визуально).

Удельное сопротивление очищенной технологической воды r = 5 10 Ом/см, 15

6 что соответствует предъявляемым требованиям, б) При изменении величины отбираемой жидкости в пределах q = (0-6) х х 10 м /с.система очистки устойчи- 20

so работает, что подтверждает возможНость независимости ведения ионообмениого процесса от количества отбираемой очищенной жидкости.

Тот факт, что величина отбора очи- щенной жидкости не нарушила условия гидротранспорта у проницаемой поверхности говорит о том, что отбор жидкости вносит незначительные изменения

s структуру потока смеси (в пределах погрешностей расчетных формул).

Из приведенного примера видно, что потребные давления для осуществления процесса составляют 5,3 х

Ъ е х 10 Па для циркуляции и 0,4 10 Па 35 для отбора жидкости, Материал, используемый для проницаемой стенки, позволяет отделять частицы размером

20 мкм.

Для такой степени очистки в гидро- 40 циклонах (способ-прототип) требуется создавать перепад давления, равный

1,5 10 Па.

Следовательно, при одинаковой производительности и исходных услови- 45 ях, приведенных в примере, снижение энергозатрат по предлагаемому способу будет "- в 4 раза.

30 6 тивления элементов технологической схемы, позволяет осуществлять независимое ведение ионообменного процесса от количества отбираемой очищенной жидкости; позволяет использовать мелкодисперсные иониты без риска их попадания в поток очищенной жидкости, что также способствует повьппению эффективности ионообменного процесса и экономии ионитов; позволяет осуществлять полностью беэотходное использование технологической воды (жидкости) в промьппленных производствах; позволяет организовать непрерывный многоступенчатый процесс очистки жидкости, когда смешивание ионитов недопустимо; использование многоконтурной схемы позволяет производить непрерывное восстановление истощенных ионитов во временно отклк енных от общей системы контурах, не останавливая процесса очистки жидкости (контура взаимозаменяемые); схема реализации способа отличается простотой, отсутствием дорогостоящих и сложных элементов и узлов.

Формула изобретения

1. Способ ионообменной очистки жидкости, включающий проведение ионного обмена в потоке смеси ионита с очищаемой жидкостью, последующее разделение смеси и выделение очищенной жидкости, регенерацию ионита, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения эффективности очистки за счет создания непрерывного процесса при переменном потреблении очищенной жидкости, ионный обмен проводят при циркуляции потока смеси ионита с очищаемой жидкостью в условиях гидротранспорта в замкнутом контуре, имеющем проницаемую стенку, причем разделение смеси осуществляют путем непрерывного отвода очищенной жидкости через эту стенку в количестве, равном количеству жидкости, подаваемой в контур на очистку..

2, Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что очистку жидкости и регенерацию ионита осуществляют

\ одновременно во взаимно заменяемых контурах.

1286530 8 проведения многоступенчатого процес са очистки, исключающего смешение ионитов и попадание их из одной ступени в другую, очищаемую жи5 дкость через проницаемую стенку последовательно направляют из одного замкнутого контура в другой.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью создания возможности самоочищения стенок контура, в качестве ионитов используют волокнистый ионообменный материал.

4, Способ по.пп. 1-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

Составитель В. Вилинская

Редактор А. Ревин Техред JI.Îëåéíèê, Корректор С. Шекмар

Заказ 7676/21

Тираж 849 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,, r. Ужгород, ул. Проектная, 4