Способ контактирования полидисперсного ионита с жидкостью и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области ионного обмена с подвижным материалом и может быть использовано в ряде отраслей промышленности: химической, гидрометаллургической, очистки воды и позволяет стабилизировать процесс и повысить производительность. Непрерывный способ включает фильтрацию жидкости через плотный слой ионита в напорной колонне с порционной подгрузкой и отгрузкой ионита, частичный вывод обработанной жидкости из глубины слоя, ввод исходной жидкости через нижнее дренажное устройство с его промывкой и выводом из него газов, принесенных исходной жидкостью, периодическое перемешивание перед подгрузкой слоя ионита и отделение при подгрузке ионита от механических примесей. Устройство для осуществления способа содержит напорную колонну, включающую скважинные фильтры, вставленные в верхнее дренажное устройство в чередовании с короткими кассетами, разветвленную проволочную каркасную кассету подачи и дренирования исходной жидкости, газоотводящую трубку с вентилем, заведенную в верхнюю глухую часть проволочной кассеты, колосниковую решетку в загрузочном бункере. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области ионного обмена с подвижным материалом и может быть использовано в ряде отраслей промышленности: химической, гидрометаллургической, очистки воды и др. Цель изобретения - стабилизация процесса и повышение производительности. На чертеже схематично изображено устройство для осуществления способа контактирования полидисперсного ионита с жидкостью. Колонна 1 содержит: днище 2, проволочную каркасную кассету 3 с ответвлениями 4, верхней глухой частью 5, газоотводящей трубкой 6 с вентилем 7, а также дно кассеты, 8, люк 9 для монтажа разветвлений нижней дренажной кассеты 3, нижний усеченный конус 10, верхнее дренажное устройство 11 с вставными сетчатыми кассетами 12 и скважинными каркасными фильтрами 13, ионитные задвижки на подгрузке 14 и на отгрузке 15, жидкостные клапаны на подаче 16 и на дренировании исходной жидкости 17. Загрузочный бункер 18 имеет горизонтальную колосниковую решетку 19 и дренажную сетчатую кассету 20. В разветвленной нижней дренажной кассете 3 витки проволоки могут укладываться в проточенные канавки и прикрепляться к каркасу контактной сваркой. Эта кассета двустороннего действия может иметь и наружный каркас, а в качестве внутреннего в ней может использоваться труба с продольными щелями. Колосниковая решетка может собираться из элементов, выполненных из поставленных на ребро и сваренных пластин. Способ контактирования полидисперсного ионита с жидкостью включает ввод исходной жидкости в низ колонны, фильтрацию ее через движущийся слой ионита, циклическую погрузку ионита после прекращения подачи исходной жидкости и ее дренирование через нижнюю дренажную кассету, при этом часть потока обработанной жидкости выводят из глубины слоя ионита, исходную жидкость вводят через нижнюю дренажную кассету, перед подгрузкой слой ионита периодически перемешивают, а при подгрузке поток ионита отделяют от механических примесей. Устройство работает следующим образом. В нем осуществляют последовательно и многократно два цикла: рабочий, во время которого фильтруют жидкость сквозь плотный слой ионита и проводят частичную его отгрузку из низа колонны, а также вспомогательный, во время которого прекращают подачу жидкости в колонну и подгружают в колонну из загрузочного бункера порцию ионита. В течение фильтр-цикла исходную жидкость подают через открытый клапан 16 и нижнюю дренажную кассету 3, а выводят обработанную через сетчатые кассеты 12 и скважинные фильтры 13 верхнего дренажного устройства 11. При этом закрыты клапан дренирования исходной жидкости 17, а также ионитные задвижки 14 и 15. При подаче исходной жидкости в верхней глухой части 5 нижней дренажной кассеты 3 скапливаются внесенные исходной жидкостью газы, которые выводятся через газоотводную трубку 6 с вентилем 7. В это же время происходит промывка проволочной кассеты, работавшей до того на дренирование. Во время фильтр-цикла приоткрывают ионитную задвижку 15 и выдавливают порцию ионита из нижней части колонны в загрузочный бункер. Таким же образом осуществляют в это время транспортировку порции ионита в загрузочный бункер колонны. При этом избыток транспортировавшей ионит жидкости из загрузочного бункера выводят через его дренажную кассету 20. Для проведения цикла подгрузки закрывают жидкостный клапан 16 и ионитную задвижку 15, а открывают ионитную задвижку 14 и клапан дренирования жидкости 17. При этом столб ионита в колонне оседает и поток ионита из загрузочного бункера 18 проходит колосниковую решетку 19 и погружается в колонну. Для возобновления фильтр-цикла закрывают клапан 17 и задвижку 14, а затем открывают клапан 16 подачи исходной жидкости. Периодически, в зависимости от падения производительности из-за образования верхнего сегрегированного слоя мелочи в колонне, перед подгрузкой при перемешивании проводят усреднение гранулометрического состава слоя ионита. В результате этого гидравлическое сопротивление столба ионита в колонне уменьшается, а производительность соответственно повышается. Отделение механических примесей от потока ионита при подгрузке на колосниковой решетке загрузочного бункера предотвращает забивки ионитных задвижек и тем самым способствует стабильности процесса и повышению производительности. Осуществление частичного глубинного отбора обработанной жидкости из слоя ионита ниже верхних сетчатых кассет также позволило стабилизировать процесс и повысить производительность: во-первых, потому, что чередование скважинных фильтров с сетчатыми кассетами позволило равномерно снизить давление на слой ионита, прилегающий к кассетам, и тем самым повысило пропускную способность кассет; во-вторых, при сформировавшемся верхнем сегрегированном слое мелочи, запирающем кассеты, скважинные фильтры позволяют выводить обработанную жидкость из глубины слоя ионита, где меньше мелочи. Стало возможным работать стабильно и с высокой производительностью на полидисперсном ионите, содержащем много мелочи, без ее удаления. Ввод исходной жидкости через нижнюю дренажную кассету обеспечил ее самоочищаемость, а наличие в ней верхней глухой части при вертикальном расположении позволило организовать из нее отвод газов исходной жидкости. Конструктивное исполнение этой кассеты именно как проволочной каркасной позволило сделать дренажную кассету одностороннего действия. А увеличение фильтрующей поверхности ее за счет разветвлений уменьшило потерю напора на ней. П р и м е р. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления проверены при сорбционном обессоливании воды для комбината минеральных удобрений, умягчения оборотных вод флотационного производства цветной металлургии, а также при извлечении никеля из стоков. В этих работах использовали катионит КУ-2-8 (ГОСТ 20298-74). Фракционный состав этого полидисперсного ионита был таков: содержание фракции - 0,2 мм 1,5%, - 0,4 мм 10%, -0,63 мм 55% и +0,63 мм 45%. При извлечении никеля из стоков, содержащих его 8-17 мг/л, использовали сорбционную напорную колонну диаметром 2,4 м и высотой цилиндрической части 5 м, которая имела в верхнем дренажном устройстве 6 вставных сетчатых кассет с рабочей длиной каждой по 0,6 м и фильтрующей поверхностью по 0,7 м². При работе большая часть мелочи образовывала сегрегированную верхнюю часть слоя ионита высотой до 0,8 м с содержанием фракции - 0,2 мм 31% и - 0,4 мм 78%. Такой слой блокировал верхние дренажные кассеты и вызывал потерю напора до 3 кгс/см² при рабочем давлении 4 кгс/см^2. В результате производительность достигала 270 м³/ч. Остаточное содержание никеля в сточных водах после сорбции было меньше 1 мг/л. На глубине слоя более 1 м содержание мелочи не превышало 4%. Были изготовлены и вставлены в верхнее дренажное устройство колонны в чередовании с кассетами, скважинные каркасные фильтры, фильтрующая поверхность каждого из которых была равной поверхности сетчатой кассеты, а заглубление в слой ионита было меньше половины высоты цилиндрической части колонны и составляло 1,5 м. В загрузочный бункер вставили горизонтальную колосниковую решетку, имеющую живое сечение более 80% , а размер ее ячеек был меньше условного диаметра ионитных задвижек. В нижний усеченный конус через дно колонны вставили проволочную каркасную кассету, разветвления которой смонтировали через люк. Ширина щелей между соседними витками проволоки кассеты составила 0,5 поперечного сечения колонны. В результате осуществления в полном объеме способа и устройства при рабочем давлении 4 кгс/см² производительность устройства была повышена до 270 м³/ч. При этом полнота извлечения никеля не ухудшалась и не превышала 1 мг/л (как при производительности 170 м³/ч). В напорных колоннах с высокой производительностью становится возможным работать на содержащем много мелочи полидисперсном ионите. Появляется возможность уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат, так как используется мелочь наряду с крупным ионитом и для большей производительности требуется менее мощный насос.

Формула изобретения

1. Способ контактирования полидисперсного ионита с жидкостью, включающий ввод исходной жидкости в низ колонны, фильтрацию ее через движущийся слой ионита, циклическую погрузку ионита после прекращения подачи исходной жидкости и ее дренирование через нижнюю дренажную кассету, отличающийся тем, что, с целью стабилизации процесса и повышения производительности колонны, часть потока обработанной жидкости выводят из глубины слоя ионита, исходную жидкость вводят через нижнюю дренажную кассету, перед подгрузкой слой ионита периодически перемешивают, при этом при подгрузке поток ионита отделяют от механических примесей. 2. Устройство для контактирования полидисперсного ионита с жидкостью, включающее ионообменную напорную колонну, имеющую верхнее дренажное устройство с вставными сетчатыми кассетами и нижний усеченный конус с днищем, распределителем, исходной жидкости и устройством для ее дренирования, а также загрузочный бункер и установленные на трубопроводах ионитные задвижки и жидкостные клапаны, отличающееся тем, что, с целью стабилизации процесса и повышения производительности, верхнее дренажное устройство снабжено скважинными каркасными фильтрами, установленными в чередовании с сетчатыми кассетами, по центру днища в колонне размещена разветвленная проволочная каркасная кассета, снабженная газоотводящей трубкой, заведенной во внутреннюю верхнюю глухую часть кассеты через дно, а в загрузочном бункере размещена горизонтальная колосниковая решетка.

РИСУНКИ

Рисунок 1