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Verfahren zur Erzeugung von Kaliumionen enthaltendem Kesselspeisewasser
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desselben in üblicher Weise über einen Natriumaustauscher, der andere Teilstrom aber über einen mit Kaliumionen bzw. Kalium- und Natriumionen beladenen Austauscher filtriert wird, und vereinigt dann die beiden Teilströme wieder.
Bei Filteranlagen mit hintereinander geschalteten Austauschfiltern wird erfindungsgemäss ein mit Natrium-und Kaliumionen beladenes Filter nachgeschaltet, wodurch man in der Lage ist, eine begrenzte und in ihrer Höhe regelbare Kaliumkonzentration einzustellen. Durch das Natrium-Kalium-Verhältnis in der Regenerierlösung für dieses Nachfilter hat man es-wie gefunden wurde-in der Hand, in Abhängigkeit von dem Gesamtsalzgehalt des Speisewassers einen den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Kaliumgehalt des Kesselspeisewassers zu erzeugen.
Die geschilderte Arbeitsweise mit einem sowohl mit Natrium- als auch Kaliumionen beladenen Filter, welches der eigentlichen Enthärtungsstufe nachgeschaltet ist, bietet folgende prinzipielle Vorteile.
Da das Natrium-Kalium-Filter nur unbedeutendeHärtemengen aufzunehmen braucht, dient die Natriumchlorid und Kaliumchlorid enthaltende Regenerierlösung praktisch nur der Einstellung der zweckmässigen Natrium-Kalium-Beladung des Austauschers. Daher kann die gebrauchte Regenerierlösung, welche im Zuge der Regenerierung an Kalium verarmt und auch eine gewisse Verdünnung erfährt, durch Zugabe von Kaliumchlorid wieder aufgestockt und erneut verwendet werden. Da dies des öfteren wiederholt werden kann, wird ein Kaliumverlust weitgehend eingeschränkt, was sowohl im Hinblick auf den Preis des Kaliumchlorids als auch bezüglich der Freihaltung des Vorfluters von Kaliumverbindungen, die ja Fischgifte darstellen, wichtig ist.
Das Verfahren lässt sich besonders leicht dort einführen, wo sowieso mit hintereinander geschalteten Enthärtungsfiltern gearbeitet werden muss, um auf eine sehr geringe Resthärte des Speisewassers zu kommen. In diesem Falle wird das der Feinstenthärtung dienende Nachfilter auf die Natrium-Kalium-Beladung umgestellt.
Bei Enthärtungsanlagen, bei denen einstufig mit mehreren Parallelfiltern gearbeitet wird, ist es zweckmässig, eines oder mehrere dieser Filter als Kaliumaustauscher zu betreiben, während die übrigen Filter in üblicher Weise als Natriumaustauscher laufen. Durch geeignete Bemessung der Teilströme kann auf diese Weise ein Weichwasser mit der gewünschten Konzentration an Kaliumionen eingestellt und so ein Speisewasser erhalten werden, welches die eingangs genannten Vorteile bietet.
Der erreichbare Kaliumgehalt des Mischwassers hängt bei dieser Arbeitsweise sowohl von dem Salz-
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Natriumaustauschertauscher geführten Teilstrom anteilmässig grösser halten als im Falle eines sehr salz-und hartereichen Ausgangswassers. Um im letzteren Fall auf nicht unnötig hohe Kaliumgehalte des Speisewassers zu kommen, kann das Kaliumfilter auf eine Natrium-Kalijm-Beladung eingestellt werden, indem mit einer Natriumchlorid-Kaliumchlorid-Lösung regeneriert wird.
Diese Arbeitsweise ist auch dann zu empfehlen, wenn verhältnismässig wenige Parallel-Enthärter zur Verfügung stehen.
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<tb>
<tb> loinGesamthärte <SEP> d <SEP> 30, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Carbonathärte <SEP> d <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Chlorid <SEP> mg/l <SEP> Cl <SEP> 80
<tb> Sulfat <SEP> " <SEP> SO3 <SEP> 365
<tb> Kieselsäure <SEP> " <SEP> Si02 <SEP> 18
<tb>
wird durch Filtration über einen in üblicher Weise mit Natriumionen beladenen Kationenaustauscher enthärtet. Das Filtrat, welches 0, 060d Resthärte aufweist, wird über ein Nachfilter filtriert, welches ein Polystyrclsulfonsäureharz enthält. Dieser Austauscher ist zuvor mit dem 8 fachen Volumen einer Natrium- chlorid-Kaliumchlorid-L (\Sung regeneriert worden, die im Liter 28 g NaCl und 22 g KC1 enthält.
Dieses Filter liefert pro Volumenteil Austauscher 180 Volumenteile Filtrat mit einem praktisch konstanten Kaliumgehalt und einer Härte von 0, 030d. Die folgende Tabelle zeigt den Kaliumgehalt der einzelnen Fraktionen einer Filterlaufzeit :
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<tb>
<tb> bis <SEP> 120 <SEP> Volumteile <SEP> Filtrat <SEP> konstant <SEP> 180 <SEP> mg/l <SEP> Kalium
<tb> 120-140""........ <SEP> 175" <SEP>
<tb> 140-160""........ <SEP> 170" <SEP>
<tb>
Wird das Filter. mit 6 VolumenteilenRegenerierlösungvorbehandelt, die 35 g/lNaCI und 15 g/l KCI enthält, so werden pro Volumenteil Austauscher 140 Volumenteile Filtrat mit einem konstanten Gehalt von
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110 mg/1 K+ und weitere 40 Volumenteile Filtrat mit 105 mg/1 K+ erhalten.
Es gelingt also, durch geeignete Einstellung ein Filtrat mit einem begrenzten und dabei nahezu konstanten Kaliumspiegel herzustellen.
Als Gegenbeispiel seien die Kaliumkonzentrationen angeführt, die sich bei der Filtration des mittels eines Natriumaustauschers enthärteten Brunnenwassers über ein mit reiner 5 %iger Kaliumchloridlösung, d. h. ohne Natriumchloridgehalt, regeneriertes Nachfilter ergeben. In diesem Falle werden pro Volumenteil reinem Kaliumaustauscher erhalten :
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<tb>
<tb> Fraktion <SEP> bis <SEP> 60 <SEP> Volumenteile <SEP> Filtrat <SEP> 495 <SEP> mg/l <SEP> Kalium
<tb> 60-80"475"
<tb> 80-100""390"
<tb> 100-120""290"
<tb> 120-140 <SEP> " <SEP> " <SEP> 200 <SEP> "
<tb> 140-160""110"
<tb> 160-180""80"
<tb>
Eine solche Inkonstanz ist betrieblich unerwünscht.
Beispiel 2: Ein mit Eisenchlorid geflocktes und über Kiesfilter filtriertes Flusswasser der Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Gesamthärte <SEP> od <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Carbonathärte <SEP> od <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Chlorid <SEP> mg/1 <SEP> Cl <SEP> 72
<tb> Sulfat"SO <SEP> 140
<tb> Kieselsäure <SEP> SiO2 <SEP> 12
<tb>
wird zunächst in üblicher Weise mittels eines Natriumaustauschers enthärtet und anschliessend über einen Natrium-Kalium-Austauscher von der Art eines Phenosulfonsäure-Formaldehyd-Harzes filtriert. Der Austauscher ist zuvor mit dem 1, 7fachen Volumen einer Lösung mit 35 g/l NaCl und 15 g/l KCI regeneriert worden.
Es werden pro 1 Volumenteil Harzaustauscher 100 Volumenteile Filtrat mit einem konstanten Gehalt von 110 mg/l K+ erhalten. Weitere 40 Volumenteile Filtrat weisen einen Kaliumgehalt von durchschnittlich 90 mg/l K+ auf und sind ebenfalls als brauchbar anzusprechen. Auch in diesem Falle würde die Anwendung eines lediglich mitKaliumchloridlösung regenerierten Austauschers nicht zum Ziele führen, da innerhalb der Fraktionen bis einschliesslich 140 Volumenteile Filtrat pro 1 Volumenteil Aus-
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K+,mensetzung :
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<tb>
<tb> Gesamthärte <SEP> od <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Carbonathärte <SEP> od <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Chlorid <SEP> mg/1 <SEP> Cl <SEP> 70
<tb> Sulfat"SO <SEP> 110 <SEP>
<tb> Kieselsäure"SiO <SEP> 11
<tb>
wird in 3 gleichgrosse Teilströme aufgeteilt, von denen 2 teilströme über 2 parallelgeschaltete Natriumaustauscher filtriert werden, während der dritte Teilstrom über einen Kaliumaustauscher geführt wird. Die beiden Natriumenthärter sind in üblicher Weise mit Kochsalzlösung regeneriert, während das dritte Filter mit Kaliumchloridlösung wiederbelebt ist. Die Füllung der Enthärtungsfilter besteht aus einem Phenolsul- fonsäure-Formaldehyd-Harz. In allen Fällen erfolgt die Regenerierung mit jeweils 335% der theoretisch nötigen Regeneriermittelmenge (Natrium- bzw.
Kaliumchlorid), bezogen auf die in der vorausgegangenen Laufzeit aufgenommenen Härtebildner.
Das durch Mischung der 3 Teilströme erhaltene Weichwasser enthält 62 mg/1 Kaliumionen. Das äquivalente Verhätnis Kieselsäure: Kalium:Natrium im Mischwasser beläuft sich somit auf 1 : 4, 4 : 8, 8.
Beispiel 4 : Ein Brunnenwasser der Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Gesamthärte <SEP> vd <SEP> 29, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Carbonathärte <SEP> od <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Chlorid <SEP> mg/1 <SEP> Cl <SEP> 70
<tb>
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<tb>
<tb> Sulfat <SEP> mg/1 <SEP> SO <SEP> 350
<tb> Kieselsäure"SIO <SEP> 17
<tb>
wird in 2 gleichgrosse Teilströme aufgeteilt und über Basenaustauschfilter filtriert, welche mit gleichen Mengen Polystyrolsulfonsäure-Harz beschickt sind. Das eine Filter ist in üblicher Weise mit Exiger Natriumchloridlösung regeneriert, während das andere Filter pro Volumenteil Austauschermasse mit 6 Volu- menteilen einer Regenerierlösung wiederbelebt ist, die 35 g/l NaCl und 15 g/l KCl enthält.
Das aus dem Kaliumenthärter abfliessende Weichwasser weist einen praktisch konstanten Gehalt von 185 mg/l K+ bis zum Härtedurchbruch auf, der nach 130 Volumenteilen Filtrat je Volumenteil Austauschermasse erfolgt.
Durch Mischung dieses Weichwasserstromes mit dem gleichgrossen Teilstrom des über den Natriumaustauscher enthärteten Wassers wird ein Mischweichwasser erhalten, welches ein Äquivalentverhältnis von Kieselsäure : Kalium : Natrium = 1, 0 : 4, 2 : 17, 4 aufweist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Kaliumionen enthaltendem Kesselspeisewasser auf dem Wege des Ionenaustausches, dadurch gekennzeichnet, dass man durch zusätzliche Anwendung eines mit Natriumund Kaliumionen oder nur mit Kaliumionen beladenen Austauschers ein Weichwasser mit einem konstanten, aber begrenzten Kaliumgehalt erzeugt, der dem Kieselsäuregehalt des Speisewassers angepasst ist.
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Process for the production of boiler feed water containing potassium ions
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the same is filtered in the usual way through a sodium exchanger, but the other substream is filtered through an exchanger loaded with potassium ions or potassium and sodium ions, and then the two substreams are combined again.
In the case of filter systems with replacement filters connected in series, a filter loaded with sodium and potassium ions is connected downstream according to the invention, whereby it is possible to set a limited potassium concentration which can be regulated in its level. The sodium-potassium ratio in the regeneration solution for this secondary filter makes it possible - as has been found - to generate a potassium content in the boiler feed water that corresponds to the respective requirements, depending on the total salt content of the feed water.
The described mode of operation with a filter loaded with both sodium and potassium ions, which is connected downstream of the actual softening stage, offers the following basic advantages.
Since the sodium-potassium filter only needs to absorb insignificant amounts of hardness, the regeneration solution containing sodium chloride and potassium chloride is practically only used to set the appropriate sodium-potassium loading of the exchanger. Therefore, the used regeneration solution, which is depleted in potassium in the course of regeneration and also undergoes a certain dilution, can be replenished by adding potassium chloride and used again. Since this can be repeated several times, a loss of potassium is largely limited, which is important both in terms of the price of potassium chloride and in terms of keeping the receiving waters free of potassium compounds, which are fish poisons.
The process is particularly easy to introduce where one has to work with softening filters connected in series anyway in order to achieve a very low residual hardness of the feed water. In this case, the secondary filter, which is used for fine softening, is switched to sodium-potassium loading.
In the case of water softening systems in which a number of parallel filters are used in one stage, it is advisable to operate one or more of these filters as potassium exchangers, while the other filters are usually used as sodium exchangers. By suitably dimensioning the partial flows, a soft water with the desired concentration of potassium ions can be set in this way and a feed water can thus be obtained which offers the advantages mentioned at the beginning.
The achievable potassium content of the mixed water with this method of operation depends on the salt
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Keep the partial flow conducted in the sodium exchanger exchanger proportionally larger than in the case of a very salty and hard-rich source water. In order to avoid unnecessarily high potassium levels in the feed water in the latter case, the potassium filter can be set to a sodium-potassium load by regenerating with a sodium chloride-potassium chloride solution.
This method of working is also recommended when relatively few parallel softeners are available.
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<tb>
<tb> loin total hardness <SEP> d <SEP> 30, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Carbonate hardness <SEP> d <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Chloride <SEP> mg / l <SEP> Cl <SEP> 80
<tb> Sulphate <SEP> "<SEP> SO3 <SEP> 365
<tb> Silicic acid <SEP> "<SEP> Si02 <SEP> 18
<tb>
is softened by filtration through a cation exchanger loaded in the usual way with sodium ions. The filtrate, which has a residual hardness of 0.060d, is filtered through a post-filter which contains a polystyrene sulfonic acid resin. This exchanger has previously been regenerated with 8 times the volume of a sodium chloride-potassium chloride solution, which contains 28 g NaCl and 22 g KC1 per liter.
This filter delivers 180 parts by volume of filtrate per part by volume of exchanger with a practically constant potassium content and a hardness of 0.030d. The following table shows the potassium content of the individual fractions during a filter run time:
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<tb>
<tb> to <SEP> 120 <SEP> parts by volume <SEP> filtrate <SEP> constant <SEP> 180 <SEP> mg / l <SEP> potassium
<tb> 120-140 "" ........ <SEP> 175 "<SEP>
<tb> 140-160 "" ........ <SEP> 170 "<SEP>
<tb>
Will the filter. pretreated with 6 parts by volume of regeneration solution containing 35 g / l NaCl and 15 g / l KCI, 140 parts by volume of filtrate with a constant content of
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110 mg / 1 K + and a further 40 parts by volume of filtrate with 105 mg / 1 K + were obtained.
It is therefore possible to produce a filtrate with a limited and almost constant potassium level by suitable adjustment.
As a counterexample, the potassium concentrations can be cited that result from the filtration of the well water softened by means of a sodium exchanger over a pure 5% potassium chloride solution, i. H. without sodium chloride content, result in regenerated post-filter. In this case, the following are obtained per part by volume of pure potassium exchanger:
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<tb>
<tb> Fraction <SEP> to <SEP> 60 <SEP> parts by volume <SEP> filtrate <SEP> 495 <SEP> mg / l <SEP> potassium
<tb> 60-80 "475"
<tb> 80-100 "" 390 "
<tb> 100-120 "" 290 "
<tb> 120-140 <SEP> "<SEP>" <SEP> 200 <SEP> "
<tb> 140-160 "" 110 "
<tb> 160-180 "" 80 "
<tb>
Such inconsistency is operationally undesirable.
Example 2: River water flocculated with ferric chloride and filtered through a gravel filter with the composition:
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<tb>
<tb> total hardness <SEP> or <SEP> 11, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Carbonate hardness <SEP> or <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Chloride <SEP> mg / 1 <SEP> Cl <SEP> 72
<tb> Sulphate "SO <SEP> 140
<tb> Silicic acid <SEP> SiO2 <SEP> 12
<tb>
is first softened in the usual way using a sodium exchanger and then filtered through a sodium-potassium exchanger of the type of a phenosulfonic acid-formaldehyde resin. The exchanger has previously been regenerated with 1.7 times the volume of a solution containing 35 g / l NaCl and 15 g / l KCl.
100 parts by volume of filtrate with a constant content of 110 mg / l K + are obtained per 1 part by volume of resin exchanger. A further 40 parts by volume of filtrate have an average potassium content of 90 mg / l K + and can also be considered useful. In this case, too, the use of an exchanger regenerated only with potassium chloride solution would not lead to the goal, since within the fractions up to and including 140 parts by volume of filtrate per 1 part by volume of
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K +, composition:
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<tb>
<tb> total hardness <SEP> or <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Carbonate hardness <SEP> or <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Chloride <SEP> mg / 1 <SEP> Cl <SEP> 70
<tb> Sulphate "SO <SEP> 110 <SEP>
<tb> Silica "SiO <SEP> 11
<tb>
is divided into 3 substreams of equal size, of which 2 substreams are filtered through 2 sodium exchangers connected in parallel, while the third substream is passed through a potassium exchanger. The two sodium softeners are regenerated in the usual way with saline solution, while the third filter is revitalized with potassium chloride solution. The filling of the softening filter consists of a phenol sulfonic acid-formaldehyde resin. In all cases, the regeneration takes place with 335% of the theoretically required amount of regenerant (sodium resp.
Potassium chloride), based on the hardness builders absorbed in the previous period.
The soft water obtained by mixing the 3 substreams contains 62 mg / 1 potassium ions. The equivalent ratio of silica: potassium: sodium in the mixed water is 1: 4, 4: 8, 8.
Example 4: A well water with the composition:
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<tb>
<tb> total hardness <SEP> vd <SEP> 29, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Carbonate hardness <SEP> or <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Chloride <SEP> mg / 1 <SEP> Cl <SEP> 70
<tb>
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<tb>
<tb> Sulphate <SEP> mg / 1 <SEP> SO <SEP> 350
<tb> Silicic acid "SIO <SEP> 17
<tb>
is divided into 2 equal-sized substreams and filtered through base exchange filters, which are charged with equal amounts of polystyrene sulfonic acid resin. One filter is regenerated in the usual way with Exiger sodium chloride solution, while the other filter is revitalized per part by volume of exchanger material with 6 parts by volume of a regeneration solution containing 35 g / l NaCl and 15 g / l KCl.
The soft water flowing out of the potassium softener has a practically constant content of 185 mg / l K + up to the hardness breakthrough, which occurs after 130 parts by volume of filtrate per part by volume of exchanger material.
By mixing this soft water flow with the partial flow of the same size of the water softened via the sodium exchanger, a mixed soft water is obtained which has an equivalent ratio of silica: potassium: sodium = 1.0: 4, 2: 17, 4.
PATENT CLAIMS:
1. A method for producing boiler feed water containing potassium ions by means of ion exchange, characterized in that a soft water with a constant but limited potassium content is produced by additionally using an exchanger loaded with sodium and potassium ions or only with potassium ions, which is adapted to the silicic acid content of the feed water is.