2.4 Аппараты полунепрерывного действия со сплошным слоем сорбента
В аппаратах полунепрерывного действия движение сорбента организуется проще, чем в аппаратах непрерывного действия, и происходит периодически при изменении направления движения раствора (реверсировании) или при остановках.
По большинству характеристик и по конструкции аппараты полунепрерывного действия близки к истинно непрерывным. Иногда аппараты непрерывного или полунепрерывного действия относят к аппаратам полунепрерывного действия и наоборот аппараты полунепрерывного действия относят к аппаратам непрерывного действия при длительном периоде сорбции и с порционной загрузкой и выгрузкой сорбента. Деление на соответствующие группы – условное.
Аппараты полунепрерывного действия работают в циклическом режиме, конструкция их и автоматизация сложнее, поэтому они разрабатываются только противоточными, т.к. в этом случае достигаемые преимущества перекрывают усложнение конструкции и эксплуатации.
Создана целая серия аппаратов полунепрерывного действия (с периодическим характером передвижения сорбента), отличающихся простой конструкцией.
2.4.1 Сорбционная напорная колонна (снк)
Устройство:
СНК представляет собой емкость с нижним распределителем раствора, верхним дренажем и бункером для хранения запаса сорбента (рис. 2).
Рис. 2. СНК.
Наиболее сложными частями всех аппаратов полунепрерывного действия со сплошным слоем сорбента являются верхняя дренажная система, узел соединения бункера с реакционной зоной и система равномерного распределения исходного раствора под слой сорбента. От их совершенства зависит производительность, эффективность и габариты аппаратов.
Из-за несовершенства распределительной системы высота СНК значительна (5-10 м), что приводит к значительному гидравлическому сопротивлению. Поэтому удельная производительность аппарата при давлении исходного раствора до 0,3 – 0,5 МПа не превышает 20–25 м3/ч. Для равномерного передвижения смолы внутри аппарата её выгрузку приходится осуществлять большими порциями, равными 20 – 30 % от объёма загрузки, что занимает значительное время. Поэтому колонны СНК используют только в процессе переработки малоконцентрированных растворов, когда выгрузку производят редко (1 – 5 раз в сутки).
Принцип действия:
Аппарат заполнен сорбентом, исходный раствор фильтруется через его слои снизу вверх. Выгрузку отработанного раствора ведут периодически, большими порциями равными 0,2 – 0,3 объема загрузки. Одновременно с выгрузкой осуществляется загрузка исходного сорбента под напором его столба в бункере.
Периодически подачу исходного раствора прекращают, в аэролифт подается воздух и из колонны удаляется определенная порция насыщенного ионита, которая направляется на регенерацию. Такое же количество смолы перетекает из бункера в верхнюю часть аппарата. После этого возобновляется подача исходного раствора в колонну и цикл сорбции продолжается.
2.4.2 Противоточная ионообменная колонна (пик)
Устройство:
Колонна (рис. 3) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, в верхней части которого установлены дренажи в виде горизонтальных перфорированных труб. Колонна полностью заполнена сорбентом, выше дренажа слой сорбента сухой и своей массой препятствует псевдоожижению рабочего слоя. Работа дренажа в слое сорбента предотвращает его забивание взвесями и мелкими фракциями сорбента.
Рис. 3. ПИК.
Разработана модификация колонны ПИК с дренажами, расположенными в верхней и средней части колонны (рис. 4). Техническое назначение двойного дренажа состоит в одновременном осуществлении в различных зонах процессов регенерации и донасыщения сорбента. Слой сорбента до нижнего дренажа работает в режиме регенерации, слой сорбента между нижним и верхним дренажом работает в режиме донасыщения из-за дополнительной сорбции полезного компонента из части товарного регенерата.
Рис. 4. ПИК-2 с двумя дренажами.
Принцип действия:
Ионит загружают сверху, при этом аэролифт через распределитель подключён к линии атмосферного давления и регенерирующий раствор через распылительную головку не подаётся. Как только загрузка ионита прекращается, в дренажной линии создают разрежение и одновременно начинают подачу регенерирующего раствора и выгрузку ионита с помощью сжатого воздуха. В результате уровень ионита вновь падает, подача раствора прекращается, остатки регенерата стекают в коллектор, вакуумную линию отключают и цикл возобновляется.