Способ непрерывного ионного обмена

 

Изобретение относится к ионному обмену с подвижным материалом и может быть использовано в ряде отраслей промышленности: химической, гидрометаллургической, водоподготовке и др., позволяет поддерживать в цепочке колонн соотношение ионит : жидкость при заданной производительности. Способ включает отвод воздуха из исходной жидкости перед ее вводом в колонну на фильтрацию. При подгрузке ионита в колонну часть исходной жидкости с отделенным воздухом подают на пристенное орошение ионита в загрузочном бункере следующей колонны, при отгрузке ионита из колонны в дозатор его сообщают с атмосферой и освобождают от исходной жидкости, заполняют его полностью ионитом при одновременном нижнем дренировании из него исходной жидкости, а перед передавливанием ионита из дозатора вытесняют газы и порцию выводимого из дозатора ионита регулируют путем уровня заглубления трубы для передавливания. При фильтрации исходной жидкости из верхней части сорбционной или промывной колонны могут периодически выводить сегрегированный измельченный ионит. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ионному обмену с подвижным материалом и может быть использовано в ряде отраслей промышленности: химической, гидрометаллургической, водоподготовки и др. Цель изобретения - поддержание соотношения потоков ионит: жидкость при заданной производительности. Способ поясняется чертежом. Установка содержит несколько (например, три) ионнообменные колонны: сорбционную 1, регенерационную 2 и промывную 3. Каждая колонна снабжена загрузочным бункером 4, дозатором 5 ионита, трубопроводами ввода исходной жидкости 6, вывода отработанной жидкости 7, подгрузки 8 и отгрузки 9 ионита, а также орошения загрузочного бункера и отвода воздуха 10. На напорных трубопроводах ввода исходных жидкостей в колонны установлены жидкостные клапаны 11 и обратные клапаны 12 и 13. Каждый загрузочный бункер оснащен сдувкой 14, пристенным оросителем 15, дренажным устройством 16 и задвижкой 17 на трубе подгрузки ионита в колонну. Каждый дозатор ионита снабжен задвижкой 18 отгрузки в него ионита, обратным клапаном 19 сдувки, перфорированной заглубленной трубой 20 сдувки, подвижной трубой 21 передавливания ионита и клапаном 22 на трубе 23 дренажа жидкости. Процесс по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. В цепочке аппаратов, состоящей из сорбционной 1, регенерационной 2 и промывной 3 колонн, загрузочных бункеров 4 и дозаторов 5, осуществляют полный цикл процесса непрерывного ионного обмена, состоящий из двух циклов: фильтрационного, во время которого проводят также порционное передавливание ионита из дозатора в загрузочный бункер следующей колонны исходной жидкостью предыдущей колонны, и цикла отгрузки из колонны и подгрузки в нее ионита при прекращении подачи в нее исходной жидкости. Во время фильтр-цикла в каждую колонну вводят поток исходной жидкости по трубопроводу 6 через открытый автоматический клапан 11 и нормально открытый обратный клапан 13 и выводят из колонны отработанную конечную жидкость по трубопроводу 7. При заданной производительности соотношение потоков ионит: жидкость поддерживают путем более точной и гибкой дозированной перегрузки ионита и стабилизации потока жидкости. Для поддержания заданной производительности по исходной жидкости из ее напорного трубопровода через воздухораспределитель-трубопровод 10 с нормально закрытым обратным клапаном 12 отводят воздух. При этом отводимый с воздухом небольшой объем исходной жидкости используют для орошения ионита в загрузочном бункере следующей колонны через пристенный ороситель 15 во время загрузки ионита в эту колонну. Во время фильтр-цикла проводят передавливание исходной жидкостью порции ионита из дозатора в герметично отключенный от колонны задвижкой 17 загрузочный бункер следующей колонны. При этом избыток транспортирующей (передавливающей) исходной жидкости из загрузочного бункера отводят через его верхнее дренажное устройство 16 в бак соответствующей исходной жидкости (предыдущей колонны). Для передавливания порции ионита дозатор отключают от его дренажной линии нижнего слива трубы 23 клапаном 22 и сперва выдавливают из дозатора в атмосферу по заглубленной в ионит перфорированной трубе 20 с нормально закрытым обратным клапаном 19 воздух исходной жидкостью, подаваемой одновременно в колонну через жидкостной клапан 11 и в дозатор через задвижку 18 отгрузки в него ионита. При этом попутно проводят промывку этого ионитного клапана 18 от зерен ионита. Частичным потоком исходной жидкости, подаваемой в дозатор, передавливают порцию ионита в загрузочный бункер следующей колонны по подвижной трубе 21, вводимой в дозатор до заданного уровня. Дозатор сорбционной колонны освобождают или за один раз, когда время полного цикла сорбционной колонны равно времени регенерационной колонны, или за несколько раз, когда времени больше, например, в кратное число раз. После передавливания заданной порции ионита закрывают задвижку 18 и соединяют дозатор с его дренажной линией нижнего слива трубы 23 через клапан 22. При этом нормально закрытый обратный клапан 19 открывается и исходную жидкость из дозатора дренируют в бак соответствующей исходной жидкости. Периодически при возрастании гидравлического сопротивления и падении производительности колонны проводят отгрузку сегрегированной в ее верхней части измельченной фракции ионита, например, через открытый проем кассеты верхнего дренажного устройства или в бункер через открытую задвижку при фильтрации через колонну исходной жидкости с соответствующей скоростью. Отгрузку от колонны в дозатор порции отработанного ионита и одновременно загрузку в нее такой же порции исходного ионита из загрузочного бункера проводят во время второго отгрузочно-загрузочного цикла работы колонны. Для последовательно работающих колонн это цикл проводят одновременно или в разное время. Для отгрузки ионита из колонны закрывают клапан 11 подачи исходной жидкости и открывают задвижку 18 отгрузки ионита в дозатор, а также задвижку 17. Суспензия ионита самотеком перетекает в предварительно освобожденный объем дозатора. В это время закрывается нормально открытый обратный клапан 13, препятствуя попаданию зерен ионита в жидкостной клапан 11. Дозатор при отгрузке в него ионита сообщается с атмосферой через открывшийся обратный клапан 19 и с дренажной линией нижнего слива трубы 23 исходной жидкости через открытый клапан 22. Избыток исходной жидкости, суспензии во время заполнения дозатора дренируют по трубе 23 в соответствующий бак исходной жидкости и полностью заполняют дозатор зернистой фазой. Одновременно с отгрузкой в колонну подгружают порцию ионита из загрузочного бункера. При этом ионит в загрузочном бункере пристенно орошают исходной жидкостью, отводимой из нормально закрытого обратного клапана воздухораспределителя напорной коммуникации предыдущей колонны. После завершения подгрузки ионита в колонну закрывают задвижку 17, герметично отключая загрузочный бункер от колонны до следующей подгрузки в новом цикле. Предлагаемый способ проверен в укрупненно-лабораторных и частично в опытно-промышленных условиях с использованием ионита АМП. П р и м е р 1. На укрупненно-лабораторной установке, содержащей цепочку колонок рабочим объемом каждая по 1,3 л при одинаковых потоке воды и соотношении потоков ионит: вода, сравнивают предлагаемый и известный способы при отгрузке ионита из колонки в промежуточный дозатор и загрузке ионита из загрузочного бункера в колонку, объем отгружаемого ионита 450 см³, перепад уровней ионита в колонке и в дозаторе 0,8 м, поперечное сечение переточной трубки 1,7 см². Отгрузка ионита в дозатор, непосредственно несоединенный с атмосферой и заполненный водой (по прототипу), протекает почти в полтора раза дольше, чем по предлагаемому способу, при заданном контрольном времени 3 мин порция 450 см³ ионита по предлагаемому способу полностью отгружается в дозатор, а по прототипному (менее чем на 2/3) не обеспечивает заданного для колонки рабочего соотношения потоков ионита и исходной жидкости. При передавливании порции ионита из загрузочного бункера водой по прототипу разубоживание суспензии составляет 1,2 объема воды на объем ионита. По предлагаемому способу с орошением загрузочного бункера разубоживание в нем в два раза меньше, чем по прототипу, и лишь незначительно превышает порозность слоя ионита. В результате за одинаковое контрольное время по прототипу часть ионита не загружается в освободившийся объем колонны, что также дестабилизирует заданное соотношение потоков в колонке. При передавливании 450 см³ ионита водой с давлением около 0,5 кгс/см² на высоту 1 м тремя расчетными порциями, равными по объему с увеличением каждый раз заглубления в дозатор подвижной трубки вывода ионита объем каждой порции ионита составляет 150 ±5 см³. Таким образом, предлагаемый способ позволяет быстрее и точнее осуществлять перегрузку ионита, поддерживать соотношение ионит: жидкость при заданной производительности. П р и м е р 2. При проведении опытно-промышленных испытаний сорбционной очистки никелевого электролита от цинка проведена возможность разовой отгрузки из промышленной сорбционной колонны трехчасовой порции ионита, насыщенного цинком. Единовременная загрузка ионита в колонне составляет 13 м³ при диаметре колонны 1,6 м, с учетом гидродинамичкеских условий работы отношение высоты рабочего слоя ионита в колонне к диаметру больше четырех. Часовая порция перегружаемого ионита, обусловленная последующей регенерацией в промышленной колонне КГСПР, составляет 0,3 см³. Время пребывания ионита в колонне сорбции составляет более 40 ч при 80^оС, тогда как для насыщения ионита цинком в этих условиях достаточно 10 ч. По расчету задают соотношение потоков на сорбции ионит: электролит = 1:200. При этом производительность должна составлять 60 м³/ч, т. е. скорость раствора на полное сечение колонны составляет 30 м/ч, а на фактическки проходное сечение при порозности слоя около 50% - около 60 м/ч. Тогда время пребывания электролита в слое ионита достигает 7 мин, что превышает необходимое время для полноты извлечения цинка из никелевого электролита до нужного остаточного содержания цинка менее 0,1 мг/л. Но так как для отгрузки-погрузки ионита ежечасно отключают (в ритме регенерационной колонны) подачу электролита в сорбционную колонну, фактическая производительность по электролиту меньше расчетной и время пребывания его в слое больше. С учетом гидродинамических условий работы сорбционной колонны, в частности равномерности распределения электролита по сечению колонны, а также физико-химических характеристик операции сорбции, оказалось возможным единовременно отгружать ионит из колонны по 0,5 м высоты слоя, т. е. порцией примерно 1 м³. Сравнивают разовые отгрузки из колонны ежечасно по 0,3 м³ и через при часа по 0,9 ионита. При конусности загрузочного бункера 130^о (для меньшей его высоты) продолжительность разовой отгрузки порции 0,3 см³ составляет 3 мин, а трехчасовой 0,9 м³ - 4 мин. В результате при трехчасовом цикле сорбции вместо одночасового стабилизируют поток электролита через колонну, производительность приближается к расчетной более чем на 2 м³/ч. При этом полнота извлечения цинка остается менее 0,1 мг/л электролита. При работе на скоростях растворов менее 40 м/ч измельченная фракция сегрегируется в верхней части колонны толщиной слоя до 5 см. Эту фракцию отводят из колонны через открытый проем кассеты верхнего дренажного устройства при подаче в колонну исходной жидкости и последующей кратковременной остановке. Гидравлическое сопротивление слоя ионита в колонне падает, заданная производи тельность по раствору восстанавливается. Предлагаемый способ способствует при заданной производительности стабилизировать для колонны соотношение потоков ионита и жидкости как на входе в колонну, так и на выходе, что стабилизирует технологические показатели. Способ упрощает аппаратурную схему за счет отказа от грохотов и эрлифтов перегрузки ионита и орошения, т. е. позволяет уменьшить капитальные затраты указанным путем. В связи с этим уменьшаются и эксплуатационные затраты, так как не нужна электроэнергия, использовавшаяся ранее для привода грохотов, и сжатый воздух для эрлифтов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИОННОГО ОБМЕНА в последовательно расположенных сорбционной, регенерационной и промывной колоннах с загрузочными бункерами и промежуточными дозаторами с трубами для передавливания ионита, ионитными задвижками и жидкостными клапанами, включающий одновременные погрузку ионита в колонну и отгрузку ионита из каждой колонны в дозатор, а также совмещение передавливания ионита из дозатора в загрузочный бункер исходной жидкостью с ее фильтрацией через ионит в колонне, отличающийся тем, что, с целью поддержания соотношения потоков ионит : жидкость, при заданной производительности из исходной жидкости перед вводом ее в колонну на фильтрацию отводят воздух, при этом в процессе подгрузки часть исходной жидкости вместе с воздухом подают на пристенное орошение ионита в загрузочном бункере следующей колонны, при отгрузке дозатор сообщают с атмосферой и освобождают от исходной жидкости, заполняют его полностью ионитом при одновременном нижнем дренировании из него исходной жидкости, а перед передавливанием ионита из дозатора вытесняют газы, при этом порцию выводимого из дозатора ионита регулируют путем изменения уровня заглубления трубы для передавливания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при фильтрации исходной жидкости из верхней части сорбционной или промывной колонны периодически выводят сегрегированный измельченный ионит.

РИСУНКИ

Рисунок 1