Способ очистки жидкости от примесей

 

Изобретение относится к способам очистки жидкостей фильтрованием через ионообменные гранулированные материалы и позволяет повысить эффективность процесса и использования ионообменного материала. Фильтрование и промывку фильтра осуществляют путем пропускания жидкости снизу вверх через нижний и верхний защитные слои и средний слой ионообменного материала, при этом плотность материалов слоев изменяется снизу вверх, а верхний слой - плавающий. Скорость фильтрования составляет V_ф =K₁V^ʹ_вит, где K₁ = 1,2 - 1,3, V^ʹ_вит- скорость витания наибольших частиц ионообменного материала, скорость промывки составляет V_пр= K₂V^ʹʹ_вит, где K₂ = 0,6 - 0,7, V^ʹʹ_вит - скорость витания наименьших частиц ионообменного материала. При фильтровании ионообменный слой 4 поджат к верхнему плавающему слою 5, при этом снижается истирание ионита и засорение его зернами верхней решетки 6 при невысоком гидравлическом сопротивлении слоя. При промывке зерна слоя 4 опускаются к защитному слою 2 и находятся в псевдоожиженном состоянии, что способствует удалению из слоя загрязнений и удалению их через порог слоя 5 и решетку 6 из фильтра. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к фильтрованию, а именно к очистке жидкости на гранульных ионообменных фильтрующих материалах, и может быть использовано на электростанциях для очистки воды от растворенных примесей и в других областях промышленности, где требуется очистка жидких сред. Цель изобретения повышение эффективности процесса и использования ионообменного материала. На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа в режиме фильтрования; на фиг. 2 схема в режиме промывки. Устройство включает корпус фильтра 1, нижний защитный слой 2 гранулированного материала, размещенный на нижней дренажно-распределительной решетке 3, фильтрующий ионообменный слой 4 и верхний дренажный слой 5, имеющий крупность зерен больше крупности ионообменного материала и плотность меньше плотности жидкости. Над слоем 5 размещена верхняя решетка 6. Фильтр оснащен патрубками 7 для подвода очищаемой и промывной жидкости, патрубком 8 для отвода промывной жидкости и подачи растворов на регенерацию, патрубком 9 для отвода фильтрата, а также прибором 10 для изменения гидравлического сопротивления слоя. Способ очистки жидкости осуществляют следующим образом. Жидкость на очистку (см. фиг. 1) подается в фильтр через патрубок 7 на нижнем днище, проходит дренажно-распределительную решетку 3 и дренажный 2 слой из гранулированного материала тяжелее жидкости (например, отрезков титановой проволоки), который предназначен для защиты от забивания зернами ионитов дренажной решетки 3 при протоке растворов и воды сверху вниз во время химической регенерации ионитов. В режиме фильтрации нижний дренажный подслой 2 находится в псевдоожиденном состоянии и не забивается частицами нерастворенных примесей. Далее жидкость проходит фильтрующий слой 4 ионитов, в котором очищается от растворенных и нерастворенных примесей. Плотность материала ионита больше плотности очищаемой жидкости, но меньше плотности материала защитного слоя 2. Фильтрование жидкости осуществляется при скорости, превышающей скорость витания гранул ионитов наибольшего размера, поэтому слой 4 поджат к верхнему дренажному слою 5, удерживающему зерна ионитов и не препятствующему выносу частиц взвеси. Верхний дренажный слой 5 (плавающий), состоит из инертного материала с размером гранул больше гранул ионитов (например, гранулированный полиэтилен высокого давления), в заполненном водой фильтре всегда поджат к верхней решетке 6 за счет превышения Архимедовой силой выталкивания силой тяжести слоя. В процессе фильтрации по мере накопления в фильтрующем слое ионитов частиц взвесей увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра, которое фиксируется соответствующими приборами 10. После достижения установленной по условиям работы фильтра предельной величины перепада давления на фильтре производится отмывка фильтрующего слоя (фиг. 2). Для этого расход жидкости через фильтр снижается и скорость промывной жидкости становится меньше скорости витания гранул ионитов минимального размера, одновременно закрывается клапан на патрубке подачи очищенной воды к потребителю 9 и открывается клапан патрубка 8 сброса промывочной воды. В режиме промывки фильтрующий слой расширяется и из толщи загрузки и с поверхности ионитов смываются задержанные частицы нерастворенных примесей. Верхний дренажный подслой 5, имеющий значительно больший размер пор, не препятствует удалению из фильтра загрязнений. После окончания отмывки клапан на патрубке 7 подачи очищенной воды открывается, клапан на патрубке 8 отвода промывочной воды закрывается, расход воды увеличивается до номинальной величины, система проходит в рабочее состояние для фильтрации. Таким образом, по данному способу режимы фильтрации и промывки осуществляются без изменения направления потока жидкости в фильтре, благодаря чему взаимное расположение зерен в слое ионита практически не изменяется: при первоначальном формировании поджатого слоя ионитов они распределяются по крупности с увеличением размера гранул сверху вниз за счет разной скорости витания. Такое же распределение сохраняется и в расширенном во время промывки слое в восходящем потоке воды и при последующем сжатии слоя для продолжения фильтрации. Отсутствие перемешивания ионита в процессе работы фильтра способствует более полному использованию его обменной емкости при сохранении качества фильтрата и увеличении длительности фильтрации по растворенным примесям. Переход с режима фильтрации на режим промывки и обратно производится при минимальном количестве переключений трубопроводной арматуры. При необходимости может быть осуществлен противоточный принцип химической регенерации путем подачи регенерирующих растворов по патрубку 8 и отводу по патрубку 7. П р и м е р 1. Испытания проводили на прозрачной модели фильтра с внутренним диаметром 140 мм при использовании в качестве нижнего дренажного слоя 2 отрезков титановой проволоки диаметром d 2 мм длиной l 3,5 мм, плотность материала ρ4,5 г/см³; фильтрующего слоя (среднего слоя) из катионита КУ-2-8 с размером зерен 0,5-1,0 мм (средний эффективный размер 0,6 мм), плотность в набухшем состоянии 1,1 г/см³; верхнего дренажного слоя из гранулированного полиэтилена высокой плотности с размером гранул 2,0 мм, плотность материала 0,92 г/см³. Перед испытанием расчетным путем определяли скорость витания частиц катионита и скорость псевдоожижения отрезков титановой проволоки. По расчету скорости витания для частиц катионита наибольшего размера (d 1,0 мм) составила V^'_вит 100 м/ч, среднего размера (d 0,75 мм), V^'_вит 80 м/ч, наименьшего (d 0,5 мм) V^''_вит 36 м/ч, среднего эффективного размера (d 0,6 мм) V_вит 50 м/ч. Скорость псевдоожижения отрезков титановой проволоки 112 м/ч. При испытаниях было установлено (см. табл. 1), что при скорости восходящего потока, равной скорости витания частиц среднего эффективного размера (опыт 1), скорости витания частиц среднего размера (опыт 2) и скорости витания частиц наибольшего размера (опыт 3), значительная часть ионитов находится в псевдоожиженном состоянии, что приводит к их истиранию в процессе работы. Практически все иониты оказываются в поджатом слое при скорости 120 м/ч (опыт 4), дальнейшее увеличение скорости (опыт 5) незначительно уменьшает количество витающих частиц, но при этом непропорционально увеличивается гидравлическое сопротивление слоя. Таким образом, оптимальной величиной скорости фильтрования является скорость, большая скорости витания частиц ионитов наибольшего размера на 20% т. е. V_ф Е₁V^'_вит, где К₁ 1,2--1,3. При скорости 120 м/ч нижний дренажный слой из отрезков титановой проволоки находился в псевдоожиженном состоянии, что исключает возможность его забивания механическими примесями, присутствующими в исходной воде. П р и м е р 2. Оптимальные условия промывки фильтрующего слоя ионитов от накопленных механических примесей иллюстрируются данными, приведенными в табл. 2. После достижения определенного перепада давления на фильтрующем слое (1 кгс/см²) проводили его промывку без изменения направления потока при снижении скорости до величины, обеспечивающей достаточное для эффективной промывки расширение фильтрующего слоя при отсутствии поджатых к верхнему дренажному слою 5 ионитов слоя 4, которые препятствуют вымыванию загрязнений из фильтра. При скорости промывки 40 м/ч (опыт 1), большей скорости витания частиц ионита наименьшего размера, часть ионитов (5% по высоте) поджата к верхнему дренажному слою, в промывной воде отсутствуют взвешенные частицы; при скорости 36 м/ч (опыт 2), равной скорости витания частиц наименьшего размера ионитов, 3% ионитов также поджато к дренажному слою. По мере уменьшения скорости до 25 м/ч (опыт 3) между верхним дренажным слоем и слоем ионита образуется зазор в 2-3 см, гарантирующий отсутствие поджатого слоя ионитов к слою 5, при этом наблюдается расширение слоя ионита на 100% (в 2 раза). Происходит интенсивное вымывание частиц загрязнений. При дальнейшем уменьшении скорости до 20 м/ч (опыт 4) нижняя часть слоя, состоящая из наиболее крупных зерен, уплотняется, что препятствует эффективному вымыванию частиц загрязнений. Таким образом, оптимальной скоростью промывки является скорость, обеспечивающая расширение слоя на 80-100% меньшая скорости витания частиц ионитов наименьшего размера и равная V_прК₂˙ V^II_вит, где К₂ 0,6-0,7. Для обеспечения удержания ионитов в фильтре поровые каналы верхнего дренажного слоя должны быть меньше размера частиц ионитов наименьшего размера. Вместе с тем, верхний дренажный слой не должен препятствовать выносу загрязнений при промывке из фильтра. Этому условию удовлетворяет дренажный слой, состояний из частиц размером около 2 мм неправильной формы. Нижний дренажный слой из титановой проволоки используется в ионитных фильтратах. При фильтровании имитата конденсата с солесодержанием 50-100 мкг/кг по NaCl на катионите КУ-2-8 при очистке по Na до 5 мкг/кг и скорости фильтрации 120 м/ч рабочая емкость катионита использована на 80% При аналогичных условиях для прототипа (фильтрование сверху вниз, взрыхляющая промывка снизу вверх) рабочая емкость ионита использована на 10% Продолжительность режима отмывки составляет соответственно 30 и 90 мин. Таким образом, применение изобретения приводит к повышению эффективности использования ионообменного материала и процесса очистки жидкостей за счет устойчивости и стабильности взаимного расположения верхнего и нижнего дренажных слоев и слоя фильтрующего материала, более полного использования обменной емкости ионообменного слоя и уменьшения продолжительности вспомогательных операций.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ПРИМЕСЕЙ, включающий ее пропускание снизу вверх при фильтровании и промывке последовательно через нижний защитный и ионообменный слои гранулированных материалов, имеющих плотность больше плотности жидкого при плотности материала защитного слоя больше плотности ионообменного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса и использования ионообменного материала, поток жидкости при фильтровании пропускают дополнительно через слой гранулированного материала, имеющего плотность меньше плотности жидкости, а крупность зерен больше крупности зерен ионита, при этом пропускание жидкости при фильтровании осуществляют со скоростью где K₁ = 1,2 - 1,3 - эмпирический коэффициент запаса; - скорость витания частиц ионообменного материала наибольшего размера; а при промывке - со скоростью где K₂ = 0,6 - 0,7 - эмпирический коэффициент запаса; - скорость витания частиц ионообменного материала наименьшего размера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4