专利名称：环罐形自身清洗多元离子交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体的树脂交换设备，特别是控制介质流流速，使树脂按粒径大小排列分层的的多元离子交换器。
已有的离子交换器，有柱形和U形的筒体，筒体内用装有筒室过滤器的隔板，将筒体内腔分隔成装填树脂和填料的筒室，筒体外配有介质输送装置及其控制器、介质输送配管及控制阀门、树脂外清洗塔及其树脂输送管。由于筒室容积按已有的浮动床交换法或固定床交换法设计，因此，这种交换器只能选用上述的一种交换方法，其适用范围受到限制。再者，交换器中装填的树脂型，也只能是阳性树脂或阴性树脂中的一种，即作成的阳床交换器和阴床交换器必须各成系统，其设备庞大，管网繁杂，占地面积大，成本高。
鉴于此，本发明的目的就在于提供一种使树脂按粒径进行重力分层形成沸动层、压实层、清洗层的从而提高处理能力和质量，降低能耗和再生剂比耗，能排放清洗层进行树脂自身清洗，能作沸动床或固定床运行，能作再生沸动床，阳室床阴室床共存的具有水质软化、脱盐、高纯水制取、废水处理等多功能的多元离子交换器。
本发明的环罐形自身清洗多元离子交换器(参见附图2～6)，包含介质流的输送装置及控制器，筒体，连通输送装置与筒体的有下输送管(19、23)、上输送管(28、32、34)的介质流的输送管，排放管，管道中的阀门，上述筒体内有至少两个隔离件(10、11、44、45、54、55)将筒体内腔分隔成至少两个筒室(35、36、46、47、48、49、56、57)，筒室的下端有筒室过滤器(37、39、50)，上述筒体呈环形结构，筒体的顶部有排气管(29)，上述筒室的上端部有与上述排放管(20)连通的自身清洗过滤器(38、40、51、52、59、60)。
上述筒体，可以用上端和下端的隔离件(10、11)将筒体分隔成左筒体(8)和右筒体(9)。上述左筒体和右筒体可以环形连通；也可以将左筒体的上端(24)与右筒体的下端(21)连通，且下输送管(19)与左筒体的下端(17)连通，上输送管(32)与右筒体的上端(30)连通。
上述的左筒体(8)和右筒体(9)，可以是用作为隔离件的上接管(10)和下接管(11)连接的罐体结构。
上述筒室过滤器(37、39、50)、和自身清洗过滤器(38、40、51、52、59、60)的滤孔(41)有长形的槽孔，孔的宽度小于0.3毫米。
根据在同一容器中，品种相同而粒径不等的树脂，其浸在介质流中的堆积比重值不等的原理，粒径较大的树脂的堆积比重值较大，粒径较小的树脂的堆积比重值较小，当介质流自下而上流动穿过树脂层时，介质流对堆积比重值不等的树脂的浮力不相同，即对粒径不等的树脂的浮力不相等，使树脂按其粒径沿介质流的流向排列分层，堆积比重值较大的较大粒径树脂位于下层，堆积比重值较小的较小粒径树脂位于中层，破碎树脂及介质流杂物的粒径最小其堆积比重值也最小而浮于上层。控制介质流流速，使下层的树层形成翻滚沸腾状态的树脂沸动层，中层的树脂形成上浮固定的紧密状态的树脂压实层，并在树脂沸动层与树脂压实层之间形成分隔该两层的流体垫层。被处理介质流在上述树脂的沸动层、压实层进行多次离子交换，从而成为多元离子交换。本发明的树脂粒径可以选取0.3～1.2毫米，介质流的流速可以选取7～55米／小时。
在上述多元离子交换器中，装填所需的树脂和填料，开启输送装置，并操纵控制器及阀门，当根据树脂粒径，整定被处理介质流或再生液流的流速，并自下输送管经筒室过滤器输入筒体的筒室时，如
图1所示，在筒室中自下而上形成树脂沸动层3、流体垫层4、树脂压实层5、清洗层6、压脂层7，进行离子交换或树脂再生，成品介质流或再生废液流由上输送管输出。须清洗时，开启排放管的阀门，破碎树脂和介质流杂物，经由自身清洗过滤器被排出筒室。上述运行构成运行沸动床或再生沸动床。
上述运行沸动床或再生沸动床中，被处理介质流或再生液流首先进入树脂沸动层，与沸腾状态的树脂进行离子交换或再生，因其二者相互接触充分、接触面积增大，充分发挥树脂的交换功能或再生功能、介质流中的离子的绝大部分被交换除去或使沸动层的树脂获得再生复苏；随后介质流或再生液流穿过流体垫层，进入压实层，该层较小粒径树脂呈浮起紧密排列状态，介质流中的剩余离子被树脂交换除去而获得精制，或使该层树脂获得再生复苏；被处理介质流或再生液流穿过清洗层，压脂层，破碎树脂和介质流中杂物被压脂层截留进入上述清洗层，防止清洗层与上方筒室的筒室过滤器接触和进入上方筒室的下道工序污染上方筒室的树脂，且减小运行的阻力降。
本发明具有如下的显著优点和明显效果。
一、本发明，打破了国际惯常使用的浮动床和固定床交换器，创立了沸动床离子交换器，特别是结束了固定床再生法的历史，创立了沸动床再生。在沸动床中，树脂排列为多层，每一层为一个单元，多层构成多元，每单元均与介质流离子进行一次交换，多元则进行多次交换，本发明开创了在同一筒室中进行多元离子交换的历史。该沸动床交换器可作运行沸动床、再生沸动床交换器。
二、本发明运行沸动床形成的沸动层，减小了运行阻力降，可减小动力消耗，节约能源；可提高运行流速，成品产量高，可达同规格固定床产量的两倍。
三、本发明运行沸动床形成的压实层，起到精制交换的作用，提高了成品的质量。
四、本发明的运行沸动床、再生沸动床形成的清洗层，创立了自身清洗方法，这是一种只需排除筒室内清洗层的简便的清洗工艺。这种方法解决了阳阴树脂在共用的筒室外清洗设备中清洗的混脂问题，消除了降低成品质量的隐患；提高了清洗质量和效率；节省了筒室外整套树脂清洗设备和配管，节约了占地面积和投资；避免了树脂在筒室与清洗设备之间输送时的破损；简化了清洗工艺。
五、本发明的交换器，可作成运行沸动床，这种室床的容积结构也可作运行固定床，结束了长期以来一台设备只能作一种室床交换器的历史，扩大了交换器的使用范围。
六、本发明的交换器，可在左、右筒体中制成单室床，双室床、多室床的离子交换器，在同一交换器中具有同时使用强弱树脂和阳阴树脂的功能，是一种多功能离子交换器，可广泛用于水质软化、脱盐、高纯水制备、废水等处理。由于交换器中使用两种型号以上的树脂，适应被处理流体中含盐的范围增大很多。
七、本发明的运行沸动床工艺，采用逆向再生固定床工艺，再生复苏树脂，在落床后的再生过程中，填料形成的压脂层处于树脂压实层上方，自上而下流动的再生剂在压脂层进行二次分配，使再生剂在多室床中增大了接触面积，延长了接触时间，获得充分利用，提高了再生度，降低了再生剂比耗，再生剂的利用率可达95％以上，降低了成本，避免排放对环境的污染。同时，填料具有对破碎树脂及其微粒的吸附作用，防止破碎树脂及其微粒进入下道工序，避免了破碎树脂对相邻树脂的污染。
八、本发明交换器，既能适用盐酸再生剂，也能适用硫酸再生剂进行树脂逆流再生，可使生成的硫酸钙迅速地排除，防止发生树脂结块现象。
九、本发明可同时用部分筒室装填阳树脂作阳性室床，再用另一部分筒室装填阴树脂作阴性室床，而成为阳阴室床共存的离子交换器，从而提高成品质量，适应含盐量高的介质处理。本发明的阳阴室床各自在再生工艺中所使用的酸性再生剂和碱性再生剂除在各室床中获得多次利用外，过剩的酸、碱量能在排放管系中自身中和后再排出，不仅可大幅度地节约再生剂，而且能减少和避免污染环境，创立了再生剂自身中和方法。
十、本发明交换器的筒室过滤器和自身清洗过滤器的滤孔采用长形的槽孔，可将完整树脂截留于床室中，滤除形状不规则的破碎树脂及其微粒和介质流杂物、和再生工艺中所产生的絮状硫酸钙。
下面，再结合实施例及其附图，对本发明作进一步地阐述。
附图的简要说明。
图1是本发明的树脂重力分层的示意图。显示离子交换器1、自下而上的介质流2和树脂沸动层3、流体垫层4、树脂压实层5、清洗层6、压脂层7。
图2是本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器的结构示意图。显示由作为隔离件的上接管10、下接管11连接的罐体结构的左筒体8和右筒体9构成的罐式环形筒体；左室35、左室过滤器37、左室自身清洗过滤器38、左再生液管28；右室36，右室过滤器39，右室自身清洗过滤器40，右再生液管34，下再生液管23；下输送管19、上输送管32、接管26、排放管20、排气管29。
图3是本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器的结构示意图。显示左右筒体各有两个筒室46、47；48、49。
图4是本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器的结构示意图。显示左右筒体各有三个筒室46、47、56；48、49、57。
图5是本发明的环罐形自身清洗多元离子交换器的一种过滤器的结构示意图。显示呈管形结构，有长形的滤孔41。
图6是本发明的环罐形自身清洗多元离子交换器的一种过滤器的结构示意图。显示呈截锥帽形结构，有长形的滤孔41。
实施例1本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器，如附图2、5所示。
本发明的离子交换器，有一个环形的筒体，该筒体由对称的两个通常的罐体结构的左筒体8和右筒体9，用作为隔离件的呈U形管的上接管10、和下接管11分别采用法兰螺栓结构连接左筒体和右筒体的上下端构成。筒体的下端有三个或四个通常结构的支承腿12，可用地脚螺钉固装在地基上。左筒体和右筒体有按需要对称设置的窥视镜13、加工维护用工艺孔14、装取树脂和填料的进口15、出口16，运行时上述工艺孔均用法兰盲板和螺栓结构封闭。左下阀18、右下阀22设置在下接管11中，左筒体8的下端17经下接管11、左下阀18与下输送管19和排放管20接通。右筒体9的下端21经下接管11、右下阀22与下再生液管23、排放管20接通，且左右下阀可经下接管11相互连通。左筒体8的上端24分别经上接管10、左上阀25、左再生阀27、接管26、右下阀22、下接管11与右筒体9的下端21连通；经上接管10、左上阀25、左再生阀27与左再生液管28连通；经上接管10、左上阀25、右上阀31、右再生阀33与排气管29连通。右筒体9的上端30分别经上接管10、右上阀31与上输送管32连通；经上接管10、右上阀31、右再生阀33与排气管29连通。上述管道中的阀门均选用通常的多位多通阀。上述左筒体8和右筒体9的内腔分别构成左室35和右室36。左室35下端部有用法兰螺栓结构与下接管11连通的左室过滤器37；上端部有用法兰螺栓结构与上接管10连通的左室自身清洗过滤器38。右室36下端部有与下接管11连通的右室过滤器39，上端部有与上接管10连通的右室自身清洗过滤器40。上述左右室过滤器选用通常结构的过滤器，左右室自身清洗过滤器选用本发明人的中国专利CN88220554.4过滤器的管式结构，如图5所示，本实施例的法兰设置在该滤管的中部，且其滤孔41制成长形的槽孔，滤孔的宽度小于0.3毫米，可以是0.1～0.2毫米。上述的下输送管、上输送管、左再生液管、右再生液管、下再生液管均是介质流的输送管。采用通常的管网结构连接后，与通常作为介质流输送装置的电机泵机组(图中未表示)接通，并用作为通常控制器的阀门和电控器(图中均未表示)来控制上述管网和电机泵机组。
经左、右室的进口15，各将一种粒径为0.3～1.2的适量树脂和两种适量填料分别装入左室35和右室36，操纵控制器、开启输送装置进入运行状态。
本实施例用作运行沸动床离子交换器时，输送装置将被处理流体如水的流速整定为7～55米／小时，经下输送管19、左下阀18、下接管11、左室过滤器37，输入左筒体的左室35，自下而上穿过树脂、填料，经左室自身清洗过滤器38、上接管10、左上阀25、左再生阀27、接管26、右下阀22、下接管11、右室过滤器39进入右筒体的右室36、又自下而上穿过树脂、填料、经右室自身清洗过滤器40、上接管10、右上阀31、右再生阀33、上输送管32输出。在流体进入筒体初期，分别经上接管10、左上阀25、右上阀31、再经右再生阀33、排气管29排出左筒体8和右筒体9内的空气。在上述的自下而上介质流的作用下，左室35和右室36内自下而上形成如
图1所示的树脂沸动层3、流体垫层4、树脂压实层5、清洗层6、压脂层7。上述树脂沸动层的树脂粒径为0.8～1.2毫米，树脂压实层的树脂粒径为0.3～0.8毫米，清洗层破碎树脂及其微粒的粒径小于0.3毫米，并使其正好处于自身清洗过滤器的位置。被处理流体中的离子依次在左室35和右室36的树脂沸动层、树脂压实层进行树脂交换，制得成品流体。
交换器清洗时，在上述沸动床状态下，只需开启左上阀25和右上阀31，被压脂层的填料截留于左室和右室的清洗层的破碎树脂及其微粒和流体杂物，分别经左室自身清洗过滤器38、上接管10、左上阀25、经右室自身清洗过滤器40，上接管10、再经右上阀31、排放管20排出去除。
树脂再生采用逆向再生固定床工艺，当左室35和右室36装填的树脂分别是阳性树脂和阴性树脂时，两种树脂相应所需的酸盐和碱盐再生液，分别经左再生液管28、左再生阀27、左上阀25、上接管10，和经上输送管32、右再生阀33、右上阀31、上接管10、输入左筒体和右筒体，再自上而下分别经作为分布器的左室自身清洗过滤器38和右室自身清洗过滤器40、落床后各左右室内的填料层42、树脂层43，分别使各自树脂再生复苏，各自的酸性和碱性再生废液分别经左室过滤器37、下接管11、左下阀18和右室过滤器39、下接管11、右下阀22同时进入排放管20，在排放管中各自再生废液中的剩余酸碱量进行再生剂自身中和排出。当左室35和右室36均装填相同极性的阳性树脂或阴性树脂时，再生液经上输送管32、右再生阀33、上接管10、右室自身清洗过滤器40进入右筒体9，再经右室过滤器39、下接管11、右下阀22、接管26、左再生阀27、左上阀25、上接管10、左室自身清洗过滤器38送入左筒体8，最后经左室过滤器37、下接管11、左下阀18、排放管20排出。在上述右室36和左室35中，再生液自上而下依次先后使落床后的树脂再生复苏。
将本设备作固定床运行时，被处理流体经上输送管32、右再生阀33、右上阀31、上接管10、右室自身清洗过滤器40、输入右筒体9，再经右室过滤器39、下接管11、右下阀22、接管26、左再生阀27、左上阀25、上接管10、左室自清洗过滤器38送入左筒体8、最后经左室过滤器37、下接管11、左下阀18、下输送管19输出制品。在上述右室36和左室35中，被处理流体均自上而下穿过各自的填料层42和树脂层43，依次与右左室的固定状态的树脂，先后进行离子交换。
树脂再生采用逆向再生沸动床工艺，当左室35和右室36内装填的树脂的极性不相同时，左右筒体呈并联再生，各自相应的酸盐、碱盐再生液分别经下输送管19、左下阀18、下接管11、左室过滤器37和经下再生液管23、右下阀22、下接管11、右室过滤器39分别进入左筒体8和右筒体9，左右室内呈与上述运行沸动床相同的重力分层状态，成为再生沸动床，分别进行树脂再生复苏，再生废液分别经左室自身清洗过滤器38、上接管10、左上阀25和右室自身清洗过滤器40、上接管10、右上阀31，同时排入排放管20，在排放管内剩余酸碱量自身中和后排出。当左室35和右室36内装填相同极性的树脂时，左右筒体呈串联再生，再生液自下输送管19，左下阀18、下接管11、左室过滤器37、进入左筒体8，自下而上，再经左室自身清洗过滤器38、上接管10、左上阀25、左再生阀27、接管26、右下阀22、下接管11、右室过滤器39、进入右筒体9，自下而上，最后经右室自身清洗过滤器40、上接管10、右上阀31、排放管20排出，在左室35和右室36内呈与上述运行沸动床相同的重力分层状态，成为再生沸动床，先后进行树脂再生复苏。
交换器清洗时，沿上述再生液流道输入清洗流体，破碎树脂及流体杂物经左室自身清洗过滤器38、上接管10、左上阀25，和右室自身清洗过滤器40、上接管10、右上阀31，再经排放管20排放清除。
本实施例作运行沸动床，在左筒体和右筒体的左室和右室中，当分别装入弱型和强型阳树脂时，则交换除去流体中的阳离子；当分别装入弱型和强型阴树脂时，则交换除去流体中的阴离子；当分别装入阳树脂和阴树脂、或阴树脂和阳树脂时，则交换除去流体中的阳离子和阴离子。
本实施例作运行固定床，在左筒体和右筒体的左室和右室中，当分别装入强型和弱型阳树脂时，则交换除去流体中的阳离子；当分别装入强型或弱型阴离子时，则交换除去流体中的阴离子；当分别装入阳树脂和阴树脂、或阴树脂和阳树脂时，则交换除去流体中的阳离子和阴离子。
因此，本实施例既是软化器，又是阳交换器和阴交换器，也是脱盐(纯水)交换器。本实施例制品的产量高。
实施例2
本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器，如图3、5、6所示。其运行方法和交换器结构与实施例1基本相同。此外，左筒体8和右筒体9内腔分别被中部的左隔离件44和右隔离件45分隔成左上室46和左下室47，右上室48和右下室49。上述左隔离件和右隔离件为法兰多孔板螺栓结构，多孔板上每一通孔装有一个隔室过滤器50，该隔室过滤器选用本发明的中国专利CN88220554.4的过滤器的截锥帽形结构，如图6所示，其滤孔41制成长形的槽孔，滤孔的宽度小于0.3毫米，可以是0.1～0.2毫米。在上述左上室46和右上室48上端部分别有与实施例1相同结构的左室自身清洗过滤器38和右室自身清洗过滤器40。在左下室47和右下室49下端部分别有与实施例1相同结构的左室过滤器37和右室过滤器39，在其上端部分有经下室清洗阀53与排放管20连通的左下室自身清洗过滤器51和右下室自身清洗过滤器52。清洗时，左上室46和右上室48的破碎树脂及流体杂物，分别经左室自身清洗过滤器37、上接管10、左上阀25和右室自身清洗过滤器40、上接管10、右上阀31，再经排放管20排出清除；左下室47和右下室49的破碎树脂及流体杂物，分别经左下室自身清洗过滤器51、右下室自身清洗过滤器52、再经下室清洗阀53、排放管20排出清除。
本实施例在左右筒体中各构成两个筒室共四个筒室，可按需装填强、弱、阳、阴树脂，实现多种功能。其产品的质量优于实施例1。
实施例3本发明的一种环罐形自身清洗多元离子交换器，如图4、5、6所示。其运行方法和交换器结构与实施例2基本相同。此外，左筒体8和右筒体9各被分为三段，在左隔离件44和右隔离件45上方，分别有与左右隔离件结构相同的左中隔离件54和右中隔离件55及其上安装的截锥帽形结构的隔室过滤器50，从而分别构成左中室56和右中室57。在左中室56和右中室57的上端部分别有经中室清洗阀58与排放管20连通的左中室自清洗过滤器59和右中室自身清洗过滤器60，用以分别排放清除左中室56和右中室57中的清洗层。左中室和右中室内装填的树脂和填料，按被处理介质流条件和制品要求来确定。
本实施例左右筒体中各构成三个筒室共六个筒室，具有多种功能，且其产品质量更优于实施例2。
本发明的交换器，还可以采用在筒体内腔增设隔离件的方法，构成有多个中筒室的交换器，而获得多功能并制出更加优质的产品。
权利要求1.环罐形自身清洗多元离子交换器，包含介质流的输送装置及控制器，筒体，连通输送装置与筒体的有下输送管(19、23)上输送管(28、32、34)的介质流的输送管，排放管，管道中的阀门，上述筒体内有至少两个隔离件(10、11、44、45、54、55)将筒体内腔分隔成至少两个筒室(35、36、46、47、48、49、56、57)，筒室的下端有筒室过滤器(37、39、50)，其特征在于上述筒体呈环形结构，筒体的顶部有排气管(29)，上述筒室的上端部有与上述排放管(20)连通的自身清洗过滤器(38、40、51、52、59、60)。
2.如权利要求1所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于所说的筒体的上端和下端的隔离件(10、11、)将筒体分隔成左筒体(8)和右筒体(9)，上述左筒体的上端(24)与右筒体的下端(21)连通，上述下输送管(19)与左筒体下端(17)连通，上输送管(32)与右筒体上端(30)连通。
3.如权利要求2所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于所说的左筒体(8)和右筒体(9)是用上接管(10)和下接管(11)连接的罐体结构。
4.如权利要求3所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于，所说的上接管(10)中有经阀门(27、33)与再生液管(28)、排气管(29)、上输送管(32)、排放管(20)连通的阀门(25、31)，所说的下接管(11)中有与下输送管(19)、再生液管(23)、排放管(20)连通的阀门(18、22)。
5.如权利要求1～4任一所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于所说的筒室过滤器(37、39、50)、和自身清洗过滤器(38、40、51、52、59、60)的滤孔(41)有长形的槽孔，孔的宽度小于0.3毫米。
6.如权利要求1～4任一所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于所说的树脂的粒径为0.3～1.2毫米，所说的介质流的流速为7～55米／小时。
7.如权利要求5所述的环罐形自身清洗多元离子交换器，其特征在于所说的树脂的粒径为0.3～1.2毫米，所说的介质流的流速为7～55米／小时。
专利摘要本实用新型涉及树脂交换设备。特别是控制介质流的流速，使树脂按粒径由大到小沿介质流向依次排列分层的多元离子交换器。有上接管10、下接管11连接罐体结构的左右筒体8、9构成的环形罐体、介质输送装置及控制器、输送管及阀门、排放管20、排气管29、隔离件将筒体内腔分隔成筒室，筒室中有筒室过滤器37、39，和通向筒体外的自身清洗过滤器38、40。环形交换器可作自身清洗，自身中和酸碱再生废液，可作运行沸动床、再生沸动床、固定床。成品产量高、质量优。
文档编号B01J47/00GK2194762SQ9423653
公开日1995年4月19日 申请日期1994年5月23日 优先权日1994年5月23日
发明者杨天寿 申请人:杨天寿