Table Of Content

Dow Технология UPCORE Liquid Separations (АПКОРЕ) Противоточная регенерация ионообменных смол Прогрессивная технология, позволяющая улучшить качество и снизить себестоимость ионообменного обессоливания воды В поисках усовершенствованной технологии регенерации В большинстве случаев ионообменные методы обработки воды обеспечивают необходимые параметры качества деминерализации в промышлен- ных условиях. В рамках этих технологий исключительно важным является процесс регенерации ионообменных смол, периодически осуществляемый при эксплуатации. Ключевыми факторами, характе- ризующими эффективность процесса деминерализации в целом, являются: объёмы потребляемых при регенерации химических реагентов и воды на собственные нужды, проблемы утилизации стоков (особенно в тех случаях, когда их решение требует существенных затрат) и продолжительность регенерации, которая обычно эквивалентна времени простоя оборудования. Всё это относится как к традиционным прямоточным, так и к устаревшим противоточным технологиям регенерации. В настоящее время существует технология, обеспечивающая более эффективное использование химических реагентов, значительное уменьшение объёма сточных вод и снижение затрат на их обработку. Это процесс UPCORE* (АПКОРЕ), представляющий собой технологию противоточной регенерации ионитов в восходящем потоке, впервые разработанный компанией The Dow Chemi- cal Company1) Мы убедительно просим Вас ознакомиться с основными принципами этой усовершенствованной технологии. Возможно, Вы сможете с её помощью улучшить работу действующей установки, уменьшить производственные затраты или другим образом применить передовые технические решения. * Торговая марка The Dow Chemical Company 1) The Dow Chemical Company совместно с ООО ИПМ запатентовала в 1999 г. технические решения, применяемые в технологии UPCORE™. ПРОТИВОТОК Сравнивая прямоточные и Достоинства регенерация в противоточные технологии регенерации, восходящем потоке мы убеждаемся, что те из них, в которых предусмотрено введение Регенерация ионитов в восходящем регенерационного раствора в слой ионита потоке становится всё более в направлении, противоположном распространённой вследствие высокой рабочему потоку, обладают рядом эффективности и экономичности. При неоспоримых преимуществ. Одним из них этом обычно на 50% уменьшается является тот факт, что наиболее глубоко количество стоков и примерно вдвое отрегенерированный ионит находится в расход реагентов и промывных вод, по той части ионообменного слоя, которая сравнению с прямотоком. Кроме того, расположена в зоне выхода очищенной регенерация в противотоке проводится воды. примерно вдвое быстрее, нежели в прямотоке, и обеспечивает более высокие При этом, когда во время рабочего показатели качества обработанной воды. цикла вода проходит через ионообменный слой, она последовательно вступает Процесс АПКОРЕ в технологическом в контакт с ионитом с все более отношении превосходит уже известные увеличивающейся глубиной регенерации, противоточные технологии регенерации и это обеспечивает высокое качество ионитов во взвешенном слое, а обессоливания, уменьшает проскок ионов также технологии с блокировкой и доводит до максимума рабочую ёмкость (зажатием) слоя смолы воздухом или смолы. Регенерация может быть водой. К недостаткам последних относятся осуществлена быстрее и эффективнее, с высокая чувствительность к изменению более низким расходом реагентов, параметров процесса (нагрузки), меньшим количеством промывных вод, неполное использование объёма пониженным объёмом стоков и низкой фильтра, необходимость установки общей себестоимостью. дополнительного оборудования и сложность контроля. Имеющиеся у нас данные – убедительное свидетельство в пользу противоточной регенерации. Важно, однако, иметь в виду, что имеются две разновидности этой технологии: 1) с рабочим потоком, направленным снизу- вверх, а регенерацией - в направлении сверху-вниз и 2) с рабочим потоком, подаваемым сверху-вниз, а регенерацией в направлении снизу-вверх. Не все противоточные процессы одинаковы Обычно ко всем противоточным поверхности слоя и затем могут быть технологиям предъявляются два основных унесены в следующий фильтр. Как только требования: регенерация заканчивается, ионит должен быть возвращен в рабочее положение, т.е. • Зона с высокой степенью прижат к верхней части фильтра (рис 1). регенерации должна быть Чтобы сохранить зону высоко целостной и находиться в той отрегенерированного ионита в зажатом части слоя ионита, которая состоянии в самой верхней части слоя, он расположена как можно ближе к должен быть перемещен вверх к инерту выходу обработанной воды. быстро и резко. • Слой ионита должен оставаться в Ловушки ионообменных смол сос- зажатом состоянии как во время тавляют существенную часть противоточ- рабочего цикла, так и при ных систем и предназначены для пред- проведении регенерации. отвращения уноса мелких частиц во время рабочего цикла. Однако только с помощью Способ, с помощью которого ловушек нельзя адекватно решить эту про- решаются эти задачи, оказывает влияние блему. При использовании противоточных на качество, производительность и технологий с восходящим потоком обраба- экономичность противоточных систем. тываемой воды в рабочем цикле необхо- Недостатки противоточных димо регулярно проводить взрыхляющие промывки ионита. В противном случае ме- технологий, с примением лочь, которая во время осаждения смолы взвешенного слоя в рабочем скапливается в верхней части слоя, может цикле. быть унесена из фильтра рабочим потоком, что приведет к загрязнению нижних слоёв Процессы с восходящим потоком анионита мелкими частицами катионита, обрабатываемой воды имеют а очищенной воды – измельченными смола- существенные недостатки по сравнению с ми. Взрыхление обратным током необходи- процессами с нисходящим потоком. мо также для удаления любых частиц, Зажатый слой крайне чувствителен к которые находились в воде, поступившей изменению расхода поступающей в фильтр на обработку в фильтр. Поскольку рабочий воды. Кроме того, если рабочий поток поток вводится в его нижнюю часть, где подвержен значительным флуктуациям располагаются самые крупные зерна, а или прерывается, может наблюдаться ионит переходит во взвешенное состояние, внутрислойное перемешивание. восходящий поток, проходя через слой, как Вследствие этого в ту часть слоя, которая бы реализует модель «глубинного находится в зоне выхода очищенной воды фильтрования». Со временем эти и состоит из ионита с высокой степенью загрязнения аккумулируются в слое регенерации, могут попасть загрязненные ионита, вызывая рост гидравлического частицы смолы, что приведет к снижению сопротивления слоя. Необходимость качества очистки и уменьшит рабочую проведения взрыхляющей промывки ёмкость, которые обычно выше в очевидна. противоточных системах, чем в Поскольку технологии со взешен- прямоточных. ным слоем ионита не позволяют осущест- В таких процессах перед влять операцию взрыхления внутри рабо- регенерацией, которая проводится в чего фильтра, то ионит для этой цели необ- нисходящем потоке, ионит свободно ходимо перегрузить в дополнительную ём- оседает на дно фильтра, при этом мелкие кость. Монтаж сборников, трубопроводов частицы самопроизвольно устремляются к и арматуры приводит к удорожанию Процессы с блокировкой слоя воздухом и водой Рабочий цикл Цикл регенерации таких процессов, а выносная Исходная вода Блокирующие взрыхляющая промывка вызывает воздух или простой оборудования, снижение вода производительности, увеличение потребления воды на собственные нужды. Свободное Свободное пространство пространство Процесс переноса сопровождается истиранием гранул ионита и возникновением дополнительных Среднее проблем, связанных с разрушением распределительно Стоки Слой устройство аионита смолы и образованием мелочи. Слой ионита Очищенная Регенерирующий Недостатки процессов с вода раствор блокировкой слоя воздухом •Хорошее качество воды •Низкий удельный расход реагентов и водой Но: •Неполное использование объёма фильтра •Среднее распределительное устройство В процессах обработки воды с чувствительно к механическим повреждениям блокировкой слоя ионита воздухом или вследствие набухания ионита и его усадки •Потребность в дополнительном оборудовании водой рабочий цикл проводят в •Большой объём потребляемой воды или воздуха нисходящим потоке, но несмотря на это, •Большие затраты времени и труда на регенерацию •Необходимость периодической взрыхляющей эти процессы требуют относительно промывки больших объёмов воздуха или воды, Процессы с зажатым необходимых для того, чтобы при регенерации удержать зажатый слой в (взвешенным) слоем при восходящем потоке. Фильтр не может быть обработке восходящего потока заполнен ионитом целиком, поскольку Рабочий цикл Цикл регенерации всегда должно существовать свободное пространство над средним Очищенная Регенерирующий вода раствор распределительным устройством, которое заполняется смолой во время промывки Плавающий Плавающий взрыхлением. Этот факт, однако, является инерт инерт Свободное и положительной стороной процесса, т.к. пространство появляется возможность промывать ионит в том же рабочем фильтре (см. рис.1). Слой ионита Слой ионита Процессы с блокировкой слоя Свободное пространство воздухом или водой имеют ряд других недостатков: высока вероятность повреж- дений среднего распреде лительного уст- Исходная вода Стоки ройства, потребность в сжатом воздухе или воде приводит к дополнительным Система может работать с частично ожиженным или зажатым слоем затратам, ионит нужно периодически •Хорошее качество воды промывать обратным током для удаления •Низкий удельный расход реагентов •Высокая степень использования объёма фильтра из слоя мелких осколков и накопившихся •Малая продолжительность регенерации взвесей (как и для того, чтобы уменьшить Но: их накопление от цикла к циклу), •Чувствительность к изменениям расхода и/или прерыванию рабочего цикла регенерация проходит длительно и со •Накопление загрязнений в слое в рабочем цикле значительными трудозатратами. •Для очистки ионита взрыхлением необходима дополнительная емкость •Ловушки необходимы для улавливания мелочи •Послойная загрузка смол возможна только при секционировании фильтра распред. тарелками Рисунок 1 Почему процесс UPCORE лучше? Процесс UPCORE - это современная существующего прямоточного оборудования технология, предполагающая очистку воды и позволяет почти вдвое увеличить рабочую в нисходящем потоке с применением емкость слоя за счет увеличения объема ионообменных смол DOWEX* UPCORE полезного ионита в фильтре. Верхнее (ДАУЭКС* АПКОРЕ) и регенерацию в распределительное устройство прикрыто восходящем потоке в зажатом слое небольшим слоем плавающего инерта, через ионитов. Эта усовершенствованная который могут свободно проходить потоки технология обладает всеми воды и реагентов, ионитная мелочь и другие преимуществами противоточного процесса взвеси, тогда как целые зерна смолы регенерации, что обеспечивает нормальных размеров будут задерживаться. значительную производительность и Это позволяет сохранить слой ионита в экономичность, и в то же время свободна зажатом состоянии во время его регенерации от недостатков, присущих противотчным в восходящем потоке. технологиям предшествующих поколений. Поскольку рабочий цикл осуществляется в нисходящем потоке, Кроме того, уже имеющиеся зажатый слой ионита нечувствителен к противоточные и прямоточные установки изменениям нагрузки. Даже если подача могут быть легко реконструированы для обрабатываемой воды прекращается, не перевода на технологию UPCORE. Этот возникает риска внутрислойного процесс отвечает самым передовым перемешивания ионита. Высокоотрегене- требованиям и служит основой как для рированная зона ионита в нижней части слоя новых проектных разработок, так и для остаётся нетронутой и не загрязняется модернизации и усовершенствования зернамии смолы с более низкой степенью существующих ионообменных установок. регенерации из его (слоя) верхней части. Во время регенерации в восходящем потоке зажатый слой смолы поршнеобразно поднимается и прижимается к инерту регенерирующим раствором, скорость которого достаточна для того, чтобы обеспечивать пребывание слоя ионита в зажатом состоянии. При регенераци решаются две задачи: с её помощью реактивируются центры ионного обмена и одновременно происходит очистка слоя от ионитной мелочи и других загрязнений. При этом отпадает необходимость проведения операции взрыхления. Взвешенные твёрдые частицы и ионитная мелочь удаляются во время каждого цикла регенерации автоматически. Процесс UPCORE обеспечивает пользователю пре- Простая конструкция плюс имущества технологии противоточной увеличенная ёмкость регенерации в сочетании с экономией эксплуатационных затрат. Фильтры для процесса UPCORE по своей конструкции просты и недороги. Cвободным остается незначительный объем фильтра, что намного упрощает переделку под эту технологию уже * Торговая марка компании The Dow Chemical Company Другое преимущество: последующего рабочего цикла, который проводится в нисходящем потоке, а затем UPCORE – самоочищающаяся удаляются, при проведении очередной система регенерации восходящим потоком. Процесс UPCORE характеризуется При этом гидравлическое сопро- самоочисткой ионита, поэтому при его тивление слоя (перепад давления на нем) применение нет нужды в ловушках или остается постоянным, а не возрастает взрыхлении смолы для решения проблемы непрерывно, как это происходит в других уноса ионитной мелочи и иных взвесей. В противоточных технологиях. Постоянство процессе UPCORE взвеси и ионитная перепада давления снижает риск мелочь мигрируют вверх и накапливаются каналообразования в слое смолы, которое в верхнем слое ионита при проведении может приводить к уменьшению рабочей операции оседания слоя смолы в конце ёмкости и избыточному истиранию регенерационного цикла. Взвеси ионита. Рис.2 иллюстрирует рабочий и аккумулируются над верхней кромкой регенерационные циклы процесса зажатого слоя ионита слоя во время всего UPCORE. РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЦИКЛ РЕГЕНЕРАЦИИ Исходная вода Стоки Плавающий инерт Главные преимущества технологии UPCORE: • Простота конструкции Свободнoe пространство • Лёгкость контроля и автоматизации • Дешевизна Слой ионита • Лёгкая реконструкция DOWEX UPCORE • Возможность послойной загрузки • Оптимальное исполь- зование объёма фильтра • Нечувствительность к Свободнoe пространство изменению рабочей нагрузки • Самоочистка, отсутст- вие дополнительной операции взрыхления Очищенная вода Регенерирующий раствор Рисунок 2 Больше, чем просто новая встреча с противотоком Процесс UPCORE предполагает регенерация ионита и удаляются наличие слоя плавающего инертного взвешенные твердые частицы и ионитная материала непосредственно под верхним мелочь. распределительным устройством. Этот Высокое качество очищенной воды, материал способен свободно пропускать достигаемое при использовании уплотняющий или регенерирующий поток, технологий с противоточной регенерацией, взвешенные твёрдые частицы и ионитную обеспечивается за счет соблюдения мелочь, но задерживать целые зерна принципа сохранения высокоэффективной ионита нормальных размеров. Это резко зоны очистки (полировочной зоны– уменьшает потери ионообменных смол, защитного слоя) как при регенерации, так особенно если в процессе используются и в рабочем цикле. Во время рабочего иониты DOWEX UPCORE (ДАУЭКС цикла слой остаётся прижатым к нижнему АПКОРЕ). распределительному устройству. При Обрабатываемая вода поступает в регенерации фиксированное положение верхнюю часть фильтра через слоя определяется эффектом распределительное устройство и затем гистерезиса, что показано на графике проходит через слой ожиженного (Рисунок 3). инертного материала. Для проведения Сначала слой ионита прижимается к регенерации сначала поток воды инерту восходящим потоком воды. направляют вверх от нижнего Скорость потока зависит от распределительного устройства, в гранулометрии ионита и его плотности, результате чего слой ионита прижимается объёма свободного пространства и к инерту в верхней части фильтра. Сразу температуры воды. Для зажатия слоя по окончании этой стадии через фильтр требуется всего несколько минут. пропускают восходящий поток регенерирующего раствора со скоростью, С целью предотвращения ионного достаточной для того, чтобы сохранить загрязнения полировочной зоны слой ионита в зажатом состоянии. Затем используемая при этом вода должна быть осуществляется промывка в режиме обессолена (или декатионирована, если вытеснения и в финальной стадии – речь идёт о фильтре с катионитом). свободное осаждение слоя. Во время операции по зажатию слоя благодаря активной гидродинамике Цикл регенерации несущей среды из слоя в значительной степени уносятся взвеси (намываемые на На стадии регенерации решаются поверхности во время рабочего цикла), а две задачи: проводится собственно также ионитная мелочь. Правильный Операция 2,3 Степень зажатия слоя ионита 4 я и ц Операция 1: зажатие а р Операция 2: подача е Оп О п е р а ц и я 1 ООреппгеееррнааеццрииияяр у43ю:: овщсыеатгжеосд рнеаенснитиевеора Операция 5: окончательная быстрая промывка Операция 5 Вверх Линейная скорость Рисунок 3 выбор марки плавающего инерта DOWEX стадии регенерации процесс самоочистки и конструкции распределительного заканчивается. устройства оптимизирует этот процесс. На Зажатый слой ионита не разуплот- няется даже при некотором снижении Постадийное описание скорости несущего потока. Это позволяет процесса обеспечить оптимальные значения концен- трации регенерирующего раствора и его ЗАЖАТИЕ (Операция 1) времени контакта с ионитом. Эффект очистки усиливается за счет изменения Удаление взвесей объёма зерна смолы (набухание/усадка). и мелочи ионита За регенерацией по технологии UPCORE следует операция вытеснения или медленной промывки. При этом вода Инерт подается в фильтр снизу вверх со скоростью, равной скорости раствора при регенерации. После промывки в режиме Зажатый вытеснения подача потока воды слой ионита прерывается и слой ионита свободно оседает. Оседание зажатого слоя занимает от 5 до 10 минут. Свободное пространство ОСАЖДЕНИЕ (Операция 4) Зажатый отрегенерированный ионит Вода Рисунок 4 ПОДАЧА РАСТВОРА НА РЕГЕНЕРАЦИЮ / ВЫТЕСНЕНИЕ (Операция 2/3) Стоки Свободное Разуплотнённый пространство отрегенерированный ионит Инерт Рисунок 6 Во время оседания ионит опускается на дно послойно. Внутри движущегося в вверх свободного пространства Зажатый происходит его классификация, а вся слой ионита ионитная мелочь переходит во взвешенное состояние. По окончании осаждения слой разрыхляется, мелочь мигрирует вверх и Свободное далее удаляется во время очередной пространство операции по зажатию слоя перед регенерацией. Таким образом, предотвращается унос мелочи в другие фильтры во время рабочего цикла. Полировочная зона сохраняется в Ввод регенерирующего неизменном состоянии в процессе Рисунок 5 раствора оседания слоя. Подведем итоги… Вода для окончательной промывки может быть сырой, если промывается Цикл регенерации завершается катионит, но для промывки анионита она окончательной быстрой промывкой или должна быть декатионирована или рециркуляцией промывной воды между обессолена. анионитным и катионитным фильтрами. Для экономии воды на собственные Во время окончательной промывки нужды окончательная промывка может вода движется через слой ионита сверху быть основана на рециркуляции вниз со скоростью, равной скорости промывной воды между анионитным и рабочего потока. катионитным фильтрами. БЫСТРАЯ ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ПРОМЫВКА (ОПЕРАЦИЯ 5) (Сырая) вода Декатионированная (обессоленная) вода Инерт Свободное пространство Слой Слой катионита анионита Рисунок 7