7. Будова йонообмінних апаратів та установок
В промисловості поширені йонообмінні установки періодичної дії з нерухомим шаром йонообмінника. Йонообмінний апарат (рис. 60) складається з циліндричного корпусу 1 і опорної гратки 2, на якій розміщений шар гранульованого йоніту 3. Для рівномірного розподілу розчину (і щоб запобігти винесенню частинок йоніту) в апараті встановлені розподільні дірчасті труби 4, 5 і 6 для розчину. Іноді на гратку 2 насипають шар гравію не більш як 200 мм завтовшки. На початку роботи розчин надходить через розподільний пристрій 4, проходить крізь шар йоніту згори донизу і видаляється через розподільний пристрій 5. Потім через пристрій 5 подається під тиском промивна вода, яка проходить через шар йоніту знизу догори і видаляється через пристрій 4. Для регенерації йоніту через пристрій 6 насосом 7 з баку 8 в апарат подається регенеруючий розчин, який рухається згори донизу.
Як регенеруючі розчини, наприклад, при очищенні води, використовують розчини NaCl, H2SO4, NaOH, що (для більш ефективного очищення) рухаються через апарат в напрямку, протилежному до руху робочого розчину. При цьому ступінь очищення зростає, тому що оброблений розчин, наближаючись до виходу з шару йоніта, взаємодіє з краще відрегенерованою частиною цього шару. Після завершення процесу регенерації здійснюють відмивання йоніту від регенеруючого розчину водою, яка проходить крізь шар йоніту в напрямку зверху донизу. Після цієї завершальної стадії цикл роботи апарату починається знову.
Рис. 60. Схема йонообмінної установки:
1 – корпус апарату; 2 – опорна гратка; 3 – шар йоніту; 4-6 – розподільні пристрої;
7 – відцентровий насос; 8 – бак з регенеруючим розчином;
9 – вивід відпрацьованого розчину; 10, 11 – ввід і вивід промивної води; 12 – ввід вихідного розчину; 13 – вивід регенерованого розчину
Робота йонообмінних апаратів може бути інтенсифікована при використанні рухомого або киплячого шару йоніту, який сприяє підвищенню швидкості сорбції і кращому використанню ємності йоніту.
Йонообмінні колони періодичної дії з нерухомим і завислим шаром можуть застосовуватись (як і звичайні адсорбери) у вигляді батареї колон в йонообмінних установках безперервної дії.
В апаратах безперервної дії йоніт рухається по контуру, послідовно проходить стадії адсорбції, регенерації і промивання. Апарат складається (рис. 61) з йонообмінної ємності і має вигляд зрізаного конуса, всередині знаходиться другий зрізаний конус, де здійснюються процеси регенерації і відмивання.
Рис. 61. Йонообмінний апарат безперервної дії
Стічна вода подається в колону через трубу з конічними насадками, проходить через шар йоніту і виходить з верхньої частини колони.
Відпрацьований йоніт осаджується в нижній частині колони, звідки через трубчатий пристрій за допомогою ерліфта чи інжектора подається у верхню частину колони. У внутрішньому зрізаному конусі швидкість руху потоку зменшується за допомогою регулятора, пара сприяє подачі відпрацьованого йоніту у цей конус і осадженню його в нижній частині йонообмінної колони. Регенераційний розчин подається в нижню частину внутрішнього конуса і відводиться з верхньої частини колони. Регенерований йоніт промивається і переходить в робочу зону колони. Апарат є простим в конструктивному виконанні і ефективним для процесів зм’якшення води.
Йонообмінні апарати під час роботи з хімічно активними середовищами оснащують внутрішніми антикорозійними покриттями (різні полімерні матеріали, перхлорвінілові лаки тощо).