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Verfahren zum kontinuierlichen Trennen von gelösten Stoffen verschiedenen
Dissoziationsgrades BeiderBehandlung von Flüssigkeiten mit körnigen Ionenaustauschern,
z. B. mit solchen auf Kunstharzbasis oder auf Kohlebasis, erfolgt die Wechselwirkung
zwischen'Flüssigkeit und Ionenaustauscher nicht nur an der Oberfläche des Ietzteren,
denn die Flüssigkeit dringt auch in das Innere der porösen Körner ein. Es ist bekannt,
daß die Konzentrationsverhältnisse m der in die Poren der Ausiausaherkörner eingedrungenen
Flüssigkeit andere sind als in der die Körner umgebenden Flüssigkeit. Es ist auch
bekannt, daß mit der Flüssigkeit, welche in die Poren eindringt, elektrolytisch
schwach dissoziierbare Verbindungen leichter mitgehen als stark dissoziierende Verbindungen,
so daß beispielsweise starke Elektrolyte, wie anorganische Säuren, Basen oder Salze,
gegenüber mit ihnen gelösten schwachen Elektrolyten vorzugsweise in der die Austauscherkörner
umgebenden Lösung bleiben und die Poren in den Körnern meiden, während d'ie schwach
dissoziierten Stoffe leichter aus der die Körner umgebenden Lösung in, die Poren
innerha. lb derselben eindringen.
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Ist der Ionenaustauscher mit einer lonenart beladen, die in der zu
behandelnden Flüssigkeit enthalten ist, dann wirkt er gegenüber den wenig oder nicht
dissoziierten Stoffen wie ein Adsorptionsmittel, während er gegenüber den dissoziierten
Stoffen eine abweisende Wirkung hat. Dadurch erfolgt mit der Adsorption zugleich
eine deutliche Trennung der wenig oder nicht dissoziierten Stoffe von den dissoziierten.
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Auf diesen Tatsachen beruht ein bekanntes Verfahren zur Trennung
stark dissoziierbarer von wenig dissoziierbaren Stoffen, das als IonenausschluBverfahren
bezeichnet wird. Es wird in Durchlauffiltern durchgeführt, in welchen Ionenaustauscher
in größeren Schichten eingelagert sind und durch welche die Flüssigkeiten, in denen
die gelösten Stoffe enthalten sind, filtriert werden. Von Zeit zu Zeit unterbricht
man die Zufuhr an neuen Mengen gelöster Stoffe und spült den Ionenaustauscher lediglich
mit reinem Lösungsmittel nach. Dabei erscheinen am Filterauslauf jeweils zunächst
die stärker dissoziierbaren Stoffe und nach einiger Zeit die weniger stark dissoziierbaren
Stoffe. Man kontolliert nun laufend die Konzentrationen in der ablaufenden Spülnüssigkeit
und fängt die Konzentrabe einzelner gelöster Stoffe nach geeignetem Plan in getrennten
Behältern auf, in denen dann die ursprünglich gemeinsam gelösten Stoffe getrennt
voneinander liegen. Dieses Verfahren dient vorzugsweise zur Zerlegung von wässerigen
I. ösungen organischer und anorganischer Stoffe, beispielsweise zur Entsalzung von
Alkoholen, Glykolen, Glyzerin, Aminen, Oxyaminen und dergleichen wässerigen Lösungen,
zur Trennung von Mineralsäuren und Karbonsäuren u. dgl.
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Ein erheblicher Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die getrennt
voneinander zu gewinnenden Stoffe bei einmaligem Durchgang der die zu trennenden
Stoffe enthaltenden Lösung durch die Behandlung in sehr großer Verdünnung anfallen.
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Wird aber die Losung, welche die zu trennenden Stoffe enthält, mehrmals,
z. B. im Kreislauf, durch eine Ionena. ustausohersch. icht oder durch mehrere hintereinandergeschaltete
Ionenaustauscherschichten geführt, ehe die gewünschten Stoffe als Endprodukt anfallen,
dann sind zur Verarbeitung einer bestimmten Stoffmenge sehr große lonenaustauschermengen
erforderlich. Da die Flüsaigkeitsströme ständig geregelt. z. B. vergrößert, verringert
oder unterbrochen werden müssen, ist eine große Zahl von Absperr-und Regelorganen
und glegebLenenfalls auch Steurervorrichtungen zu. deren Betätigung erforderlich.
Die Anlagekosten sind demgemäß aehr hoch.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Trennung
von Gemisdhen flüssiger oder in Flüssigkeiten : gelöster Stoffe verschiedenen Dissoziationsgrades
unter
Vermeidung der soeben erwähnten Nachteile.
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Die zu trennenden Gemische nüssiger oder gelöster Stoffe werden hierbei
ebenfalls in bekannter Weise mit körnigen Ionenaustauschern behandelt, die eine
feinporige Struktur aufweisen und ein großes Porenvoluman haben. Hierfür kommen
Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis und Adsorbentien mit ionenaustauschenden Eigenschaften
auf Kohlebasi in Betracht.
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Der Ionenaustauscher wird ebenfalls mit einer der Ionenarten beladen,
die sich aus der stark dissoziierenden Komponente der zu behandelnden Lösung bildet.
Zur Zerlegug einer Glyzerin-Kochsalz-Lösung wird beispielsweise ein Kationenaustauscher
in Natriumform verwendet.
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Der Ionenaustauscher wird in Überrgaung einer in. der Adsorptionstechnik
bekannten Weise nicht in Filtern ruhend angewendet, sondern wird mit gleichbleibender
oder nach einem geeigneten Programm wechselnder Geschewindigkeit, z. B. kontinuierlich
oder intermittierend, durch eine von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmte
Behandlungszone im Gegenstrom geführt. Die Strömungsgeschwindigkeit kann konstant
gehalten oder nach einem geeigneten Programm verändert werden. In dieser Trennzone
dringen die Stoffe, die bei son, gleichen oder ähnlichen Eigenschaften den geringeren
Dissoziationsgrad haben, bevorzugt in die Poren des Feststoffes ein, während die
stark diasoziierten Stoffe vom Ionenaustauscher abgewiesen werden. In einer nachfolgendenWaschzonewerdendanndieseadsorbierten
Stoffe wieder ausgewaschen. Um nun die zu trennenden Stoffe in großer Reinheit zu
gewinnen, wird zwischen der Trenmzone und der Waschzone eine Verdrängungszone angeordnet.
In den einzelnen Behandlungszonen. wie Trennzonen, Verdrängungs- und Waschzonen,
könn, die Feststoffe in bekannter Weise Hießfähige Schichten bilden, wobei die Einzelkörner
in relativ dichter Packung vorliegen. Es können aber auch bis zur Wirbelung aufgelockerte
Schichtformen in einzelnen oder allen stufen angewendet werden. Zweckmäßig wandern
die Feststoffe auf Grund ihres Gewichtes von oben nach unten durch die e Behandlungszonen,
und zwar mit Geschwindigkeiten, die durch Betätigung von mechanisch wirkenden Drosselorganen
geregelt werden können. Innerhalb der Behandlungszonen werden unter den Schichten
des wandernden Feststoffes an sich bekannte flüssiglçeitsverteilende Unterbettungen
angeordnet. Diese sind mit Durchlässen, z. B. vertikalen Rohren, versehen, durch
die die Feststoffe m die nächste Behandlungszone getangen können. Gegebenenfalls
werden di, e einzelnen Schichten mit ebenfalls an sich bekannten stabilisierenden,
die Eigenbewegung der Feststoffteilchen hemmenden Einbauten versehen.
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In der Verdrängungszone werden die Stoffe, die in der Trennzone von
dem Ionenaustauscher abgewiesen werden, durch Behandeln mit einer Spülfliissigkeit
aus dem Feststoffbett verdrängt. Danach wird der Ionenaustauscher in die Waschzone
iibergefiihrt, wo die bevorzugt aufgenommenen zu gewinnenden Stoffe mit der Waschflüssigkeit,
vorzugsweise einem reinen Lösungsmittel, ausgewaschen werden.
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Als. Spülilüssigkeit in der Verdrängungszone wird vorteilhaft ein
Teil der aus der Waschzone kommenden Waschflüssigkeit verwendet, die nach Durchlaufen
der Verdrängungszone in die Trennzone witergeleitet wird.
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In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise
und schematisch dargestellt.
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Ein vertikaler. langgestreckter, z. B. zylindrischer Behälter 1 ist
durch drei nüssigkeitsdurchlässige Böden 2, 3, 4 in mehrere Räume 5, 6, 7, 8 unterteilt.
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Durch den Mantel des Behälters sind Rohre 9, 10, 11, 12 seitlich m
die Räume eingeführt und münden darin in Vertielervorrichtungen 13, 14, 15, 16.
Über diese Rohre und Vertielervorrichtungen können den einzelnen Räumen Flüssigkeiten
zugeführt oder entnommen werden.
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Auf den flüssigkeitsdurchlässigen Böden sind Schiechten 17, 18, 19
eines grobkörnigen oder stückigen Materials angeordnet, welche eine gleichmäßige
Strömung und Verteilung der Flüssigkeiten in den von ihnen durchströmten Räumen
sichern und auf denen der zur Behandlung der Flüssigkeiten dienen de Ionenaustauscher
lagert. Durch diese Ausgleidhsschiohten aus stückigem Material und die flüssigkeitsdurchlässigen
Böden sind verhältnismäßig weite Rohre geführt. welche jeweils benachbarte Räume
miteinander verbindenund durch welche der Ionenaustauscher diese Räume nacheinander
passieren kann. Am oberen wie am unteren Ende des Behälters befinden sich zentrale
Auslässe, die von regelbaren Schleusen 24 und 25 gebildet werden. Oberhalb und unterhalb
des Gefäßes 1 und beispielsweise axial zu diesem angeordnet befinden sich zwei Sammelbehälter
26 und 27 fiir den Ionenaustauscher. die mit Rohren 28 und 29 fiir die Zuleitung
und Ableitung von Flüssigkeiten versehen sind. beide Behälter sind durch eine Förderleitung
30, in welcher ein Regelorgan 31 angeordnet ist und welche zur Förderung des Ionenaustauschers
aus dem unteren in den oberen Behälter dient, verhunden.
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Der Betrieb gestaltet sich folgendermaßen : Es sollen zwei Stoffe
oder StofFgruppen en. 4 und Bs die in einer Flüssigkeit gelöst sind. voneinander
getrennt gewonnen werden. Der Stoff oder die Stoffgruppe A mögesichvondemStofi oder
der Stoffgruppe B durch einen wesentlich geringeren Dissoziationsgrad unterscheiden.
Bei der erfmdungsgemäßen Behandlung dieser Lösung wird sich also die Komponente
in den Poren des Ionenaustauschers gegeniiber der Komponente ß stark anreichern.
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Die Räume 5, 6 und 7 des Behälters 1 sind mit dem Ionenaustauscher,
mit welchem die Trennung ausgeführt werden soll. gefüllt. Unterhalb der Rohre 20,
21, 22 bilden sich Böschungen aus, die auch bei gefülltem Zus, tand der Vorrichtung
in jeder Behandlungszone um den Flüssigkeitsverteiler einen Raum frei lassen.
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Diie zu behandelnde Lösung tritt durch das Rohr 10 und den Verteiler
14 in den Raum 6 oberhalb der darin lagernden Austauscherschicht ein. durchdringt
den Hüssigkettsdurchlässigen Boden 2, die e Ausgleichsschicht 17 und schließlich
auch die im Raum 5 enthaltene Austauscherschicht, in welcher sich dabei die Trennung
vollzieht.
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Die Strömungsgeschwindigkeit der zu behandelnden Flüssigkeit kann
dabei so bemessen werden, daß die Schicht des körnigen Feststoffes eben bis zur
Fließfähigkeit aufgelockert oder in de. r Strömung aufgewirbelt wird. ohn, daß Feststoffteilchen
durch die Ableitung 13 der behandelten Flüsigkeit mitgerissen werden. Im allgemeinen
wird also die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit geringer als die Sinkgeschwind.
igkeit der Feststoffteilchen gehalten.
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Der mit der Komponente 4 angereicherte Ionenaustauscher gelangt durch
die Rohre 20 aus der Trennzone 5 in die Verdrängungszone 6 und wird
hier
mit Flüssigkeit behandelt, die aus der nächsttieferen Waschzone 7 aufwärts strömt.
Bei dieser Spülung werden die der Austauschersohicht anhaftenden Mengen der Romponente
B verdrängt. Die Spülflüssigkeit strömt aufwärts in die Trennzone, während der Feststoff
in die Waschzone 7 übertritt und dort mit reinem Lösungsmittel behandelt wird.
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Dieses wäscht die Komponente A aus dem Feststoff aus und verläßt
die Waschzone durch die Leitung 11.
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Durch ein Drosselorgan 32 in der Leitung 11 kann der Anteil der Waschflüssigkeit,
der durch die Spülzone 6 in die Trennzone 5 geleitet wird, eingestellt werden.
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Die durch die Leitung 9 absttrömende behandelte Flüssigkeit ist gegenüber
der durch die Leitung 10 eingeführten zu behandelnden Flüssigkeit an der Komponentee
4 weitgehend verarmt, zumeist praktisch fr, eli davon. Die durch die Leitung 11
entnommene Waschnüssigkeit ist dagegen praktisch frei von der Komponente B und enthält
die Komponente A in stark angereicherter Form. Beide Flüssigkeiten können einem
gleichen oder ähnlichen Trennprozeß noch einmal oder mehrfach unterzogen werden,
bis der gewiinschte Reinheitsgrad der beiden Komponenten erreicht ist.
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Der in der Waschzone 7 ausgewaschene Ionenaustauscheristvonneuemaufnahmefähig.
Er gelangt zunächst in den trichterähnlichen Einbau 23 in dem Raum 8 und böscht
sich unter den Rohren 22 so ab, daß er als Verschluß wirkt. Im gleichen Maße, wie
durch die Schleuse 25 Ionenaustauscher entnommen wird, strömt dieser durch die Rohre
22 in den Einbau 23 nach und in gleicher Weise aus der Verdrängungszone 6 in die
Waschzone 7 sowie aus der Trennzone 5 in die Verdrängungszone 6. Die Schleuse 25
regelt also die Durchnußgesehwindigkei. t des Ionenaustauschers durch die drei Behandtungszonen.
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Der durch die Schleuse 25 abgezogene Ionenaustauscher sammelt sich
zunächst in dem Belhälter 27 und wi. rd aus diesem zeitweise mit Hilfe eines durch
die Leitung 29 zugeführten Flüssigkeitsstromes durch die Leitung 30 in den oberen
Sammelbehälter 26 übergeführt. Während dieses Vorganges sind die Schleusen 24 und
25 geschlossen. Überschüssige Fördernüssigkait fließt aus dem oberen Sammelbehälter
26 durch die Leitung 28 ab. Wenn der Ionenaustauscher aus dem Behälter 27 vollständig
oder in ausreichender Menge in den Behälter 26 übergeführt ist. wird das Drosselorgan
31 in der Steigleitung geschlossen. Die Schleusen 24 und 25 werden geöffnet und
so eingestellt, daß der Ionenaustauscher mit der erforderlichen Geschwindigkeit
durch die Behandlungsräume abwärts fließt.
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Die Flüssigkeit, die aus dem Behälter 27 in dem Maße verdrängt wird,
wie lonenaus'tauscher durcli die Schleuse 25 zufließt, wird über die Leitung 29
und einLmsohaltojgan33abgeführt.DurchUmschalten dieses Organs wird die Leitung 29
zur Zuführung für die Förderflüssigkeit. Als solche wi rd zweckmäßig die Waschnüssigkeit
selbst verwendet. Sie kann aus dem oberen Sammelraum 26 aus dem Ableitungsrohr 28
entnommen en werden.
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Die Förderflüssigkeit kann auch in einem Kreislauf geführt werden,
indem die Rohre 28 und 29 durch eine Rohrleitung, in welcher eine Pumpe od. dgl.
angeordnet ist, verbunden werden. An diesem Kreislauf werden zweckmäßig Flüss. igkeitszuführungen
und-abfübrungen vorgesehen, um die darin umlaufende Flüssigkeitsmenge vermehren
oder vermindem zu können.
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An Stelle der beschriebenen Fördereinrichtung für den Feststoff sind
auch andere Einrichtungen, z. B. nach Art eines Mischlufthebers wirkende Förderrobre,
denkbar. Auch können die unteren und oberen Sammelräume um weitere Sammelräume vermehrt
werden, so deß innerhalb der Trennsäule der Ionenaustauscher kontinuierlich und
mit gleichbleibender Geschwindigkeit wandern kann.
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Beispielsweise werden je zwei Sammelräume oberhalb und unterhalb
der Trennvorrichtung angeordnet, von dfenen zeitweileig ein Paar mit der Trennsäul,
e in der in der Abbildung beschriebenen Wei se verbunden sind und in Betrieb stehen,
während im anderen Paar der Ionenaustauscher aus dem unteren Behälter in den oberen
gefördert wird. Durch eine geeignete Umsdbaltvorriohtung werden die beiden Behälterpaare
zeitweilig getauscht.
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Beispiel Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wurde Glyzerin mittels
eines in Natriumform vorliegenden Kationenaustauschers auf Kunstha. rzbasis entsalzt.
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Bisher mußten die in der Technik anfallenden Glyzerinlaugen, die einen
hohen Kochsalzgehalt aufweisen, von diesem entweder durch Destillation oder durch
lonenaustauschm.i'.tKationen-undAnio.ne.naustauschern befreit werden. Durch Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gleiche Wirkung unter wesentlich günstigeren
wirtschaftlichen Bedingungen erzielt, so daß die Konzentration des Glyzerins durch
einfaches Eindampfen erfolgen kann.
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Durch eine Trennzone umd eine anschließende Verd'rängungszone bewegen
sich in Natriumform befindliche Ionensaustauscherkörner in Mengen von etwa 1 m3
je m2 lichtne Querschnitt der Zon, en abwärts.
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Dabei bilden sie eine relativ dichte, aber noch fließfähige Schicht
von insgesamt 4m Hohe. Zwischen beiden Zonen wird die Glyzerin-Kochsalz-Lösung,
die einen Gehalt von rund 10"/o Glyzerin und etwa 2% Kochsalz aufweist, zugeführt.
Die insgesamt zulaufende Flüssigkeitsmenge beträgt, bezogen auf das Volumen des
wandernden Ionenawstauschers, etwa 0, 3 m3 je m3 Austauscher. Am Austritt aus der
Trennzone wird eine Glyzerin nur noch in Spuren enthaltende Kochsalzlösung abgezogen.
Das weitgehend salzfreie Glyzerin wird in der nachgeschalteten Waschzome derart
aus dem Austauscher ausgewaschen, daß es mit ei : nJer m. ittlrerenKonzenltration
vonetwa6°/o anfällt.