DE1078543B - Verfahren zum Konzentrieren waessriger Loesungen - Google Patents

Description

Das Entfernen von Wasser aus Lösungen unter isothermischen Bedingungen, insbesondere bei gewöhnlicher Temperatur, ist von großer technischer Bedeutung, wenn z. B. der gelöste Stoff hitzeempfindlich ist.

Es ist bekannt, daß in einem geschlossenen Raum eine Lösung eines wasserlöslichen festen Stoffes mit geringem Wasserdampfdruck den von einer in dem gleichen Raum befindlichen wäßrigen Lösung mit größerem Wasserdampfdruck entwickelten Wasserdampf so· lange aufnimmt, bis beide Lösungen den gleichen Partialdruck aufweisen. Für technische Zwecke verläuft dieser Prozeß zu langsam.

Die Übertragung von Wasser aus einer wäßrigen Lösung mit höherem Dampfdruck auf eine Lösung mit niedrigerem Dampfdruck kann erfindungsgemäß dadurch beschleunigt werden, daß das Wasser nicht in Dampfform, sondern in flüssiger Phase transportiert und als Transportmittel eine mit Wasser teilweise mischbare, den gelösten Stoff nicht lösende Flüssigkeit im Kreislauf verwendet wird.

Die Anwendbarkeit der Erfindung wird nicht dadurch ausgeschlossen, daß die zu konzentrierende wäßrige Lösung entweder von Anfang an feste Stoffe aufgeschlämmt enthält oder sich eine solche Aufschlämmung im Lauf des Verfahrens_ durch Ausfällung eines Teils des gelösten Stoffes bildet.

Das Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich ausgeführt werden.

Als Transportmittel brauchbar sind nicht nur solche organischen Lösungsmittel, die nur eine beschränkte Mischbarkeit mit Wasser selbst haben, sondern auch solche, die bei Raumtemperatur mit reinem Wasser unbegrenzt mischbar sind, jedoch nur beschränkt mischbar mit wäßrigen Lösungen von Stoffen, die in dem organischen Lösungsmittel unlöslich oder schwer löslich sind.

Es ist bekannt, daß in der Hauptsache aus organischen Lösungsmitteln bestehende Flüssigkeiten dadurch entwässert werden können, daß sie mit wasserlöslichen oder Kristallwasser aufnehmenden Salzen, die in der organischen Flüssigkeit nicht löslich sind, in Berührung gebracht werden. Es ist ferner bekannt, daß organische, in Wasser gelöste Feststoffe dadurch gereinigt werden können, daß der Lösung ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel sowie ein Salz zugesetzt werden, in dessen Gegenwart das Lösungsmittel nur beschränkt mit Wasser mischbar ist, wodurch sich ein Zweischichtensystem ausbildet, in dessen zwei Schichten der zu reinigende Feststoff und die Verunreinigungen verschieden löslich sind. Die Zerlegung von organischen Flüssigkeitsgemischen durch Extraktion unter Vermeidung von Destillation ist gleichfalls bekannt; hierbei kann man entweder Verfahren zum Konzentrieren
wäßriger Lösungen

Anmelder:

Makhtsavei Israel,

eine Gesellschaft nach israelischem Recht, ίο Tel Aviv (Israel)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. F. Redies, Patentanwalt,
Opladen, Kennbaumstr. 27

Beanspruchte Priorität:

Israel vom 26. Dezember 1957

Dr. Abraham Baniel, Haifa (Israel),
ist als Erfinder genannt worden

eine einzige Extraktionsflüssigkeit verwenden, die bevorzugt einen der Bestandteile des Gemisches auflöst, oder ein Gemisch von Extraktionsflüssigkeiten, die miteinander nicht mischbar sind und in denen die Bestandteile des aufzulösenden Flussigkeitsgenrsch.es in verschiedenem Maß löslich sind.

Alle diese bekannten Verfahren eignen sich nicht zum Konzentrieren wäßriger Lösungen, das unter isothermischen Bedingungen bisher noch nicht in technisch befriedigender Weise durchgeführt werden konnte. Das Verfahren gemäß der Erfindung eröffnet daher einen neuen Weg zum schonenden Einengen wäßriger Lösungen. Da das Verfahren gemäß der Erfindung ohne Anwendung eines Vakuums bei gewöhnlicher Temperatur durchgeführt werden kann, ersetzt der das Wasser aufnehmende Stoff den Brennstoff, der in den bisherigen Verfahren benötigt wird. Dabei lassen sich als wasseraufnehmende Stoffe manche industriellen Abfallstoffe verwenden, z. B. rohes Kochsalz, das bei der Kaligewinnung anfällt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren neben seinen rein technischen Vorteilen auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.

Für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignete wassertransportierende Lösungsmittel sind z. B. ali-

phatische Alkohole mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, niedere Äther sowie Ketone, z. B. Methyläthylketon. Von diesen sind die Alkohole am leichtesten zugänglich und daher im allgemeinen vorzuziehen. Wenn jedoch einer der in der Ausgangsflüssigkeit gelösten

909 768/167

Stoffe in diesen Alkoholen löslich ist (z. B. CaCl₂ bei oder nahe dem Sättigungspunkt), so muß ein anderes der in Betracht kommenden Lösungsmittel benutzt werden. Alkohole mit nur einer Oxygruppe sind in vielen Fällen verwendbar. n-Butanol und sek.-Butanöl, die ein bedeutendes Lösungsvermögen für Wasser haben, bilden bei der Destillation azeotrope Gemische mit Wasser, so daß Restmengen des Lösungsmittels, die in der wäßrigen Phase verbleiben, leicht durch Abdestillieren wiedergewonnen werden können. n-Propanol, das mit reinem Wasser vollständig mischbar ist, kann im Falle von Lösungen einiger Salze verwendet werden, z. B. Lithiumnitrat, in deren Gegenwart sich eine getrennte alkoholische Phase bildet. Butanole sind bei konzentrierten Magnesiumchloridlösungen nicht verwendbar, da sich das Salz zwischen den beiden Phasen verteilt; dagegen kann in diesem Fall Methyläthylketon benutzt werden, da es MgCl₂ überhaupt nicht löst. Andere organische Lösungsmittel, z. B. aliphatisch^: Amine mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen (z. B. n-Hexylamin und n-Propylamin) sowie Ätheralkohole, können in solchen wäßrigen Systemen verwendet werden, in denen die darin gelösten Stoffe (z. B. Glyzerin, das in C₄-AIkO-holen löslich ist) in den gewöhnlichen Lösungsmitteln löslich sind.

Die Wasseraufnahmefähigkeit einer gegebenen Menge eines wasseraufnehmenden Stoffes bzw. einer Lösung ist vom Partialwasserdampf druck der wasserabgebenden Lösung abhängig. Die folgende Tabelle zeigt beispielsweise die maximale Wasseraufnahmefähigkeit von 11 ursprünglich festen Natriumchlorids, bezogen auf gesättigte wäßrige Lösungen der dort angeführten Stoffe.

35

Gesättigte
■wäßrige Lösung von

NH₄Cl

(NHJ

J₂₄
K Cl oder Zucker

KJ

KHCO₃

NaHCO₃

CuSO_A

Tonnen Wasser

aufnehmbar von 11

Natriumchlorid

4,0
4,35
5,4
6,7

11,1

25
50

40

45

Das Verfahren kann zur Kristallisation fester Stoffe aus ihren wäßrigen Lösungen verwendet werden. Wird der Wasserentzug in Chargen ausgeführt, so wird der Umlauf des wassertransportierenden Lösungsmittels fortgesetzt, bis die gewünschte Menge Wasser entfernt worden ist.

Das sich in der wasseraufnehmenden Lösung lösende Lösungsmittel kann durch Destillation zurückgewonnen werden.

Das Verfahren wird an den folgenden Beispielen an Hand der Zeichnung erläutert.

Beispiel 1

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens, wobei das wassertransportierende Lösungsmittel in je zwei Stufen mit der zu konzentrierenden KHCO₃-Lösung und der wasseraufnehmenden KCl-Lösung in Beruhrung gebracht wird.

Eine KHCO₃-Lösung mit einer Konzentration von 13,4 kg KHCO₃ auf 100 kg Wasser wird kontinuierlich von einem Vorratsbehälter 1 in den Oberteil eines Extraktors 2 einlaufen gelassen, wo sie im Gegenstrom mit dem durch Leitung 10 aus dem Extraktor3 zugeführten, bereits etwas wasserhaltigen Lösungsmittel (sek.-Butanol) in Berührung gebracht wird. Die Temperatur aller Flüssigkeiten ist etwa 31 bis 32°C.

Die am Boden des Extraktors 2 abgezogene Flüssigkeit enthält 13,4 kg KHCO₃ in nunmehr nur noch 34,4 kg Wasser, d.h. 38,9 kg auf 100 kg Wasser. Sie wird in den Extraktor 3 gefördert und dort mit Lösungsmittel vermischt, das im Entwässerer 6 von dem abgeführten Wasser durch Berührung mit gesättigter KCl-Lösung befreit wurde. Vom Boden des Extraktors 3 wird eine Aufschlämmung von ausgefälltem KHCO₃ in gesättigter KHCO₃-Mutterlauge abgezogen und zur Abtrennung von festem KHCO₃ der Zentrifuge 4 zugeführt. Die Mutterlauge wird im Behälter 5 α gesammelt und durch die Pumpe 5 in den Extraktor 3 zurückgeführt. Der Durchfluß der KHCO₃-Lösung und der Umlauf des Lösungsmittels werden so geregelt, daß auf je 100kg Wasser und 13,4 kg KHCO₃, die in den Extraktor 2 eingeführt werden, 1500 kg Butanol zugeführt werden. Diese Menge Butanol nimmt insgesamt lOO kg Wasser auf, bewirkt also im Ergebnis die vollständige Entwässerung von 13,4kg KHCO₃.

Vom Kopf des Extraktors 2 wird das mit Wasser beladene Lösungsmittel (100kg Wasser auf je 1500kg Lösungsmittel) durch die Leitung 11 zum Boden des Entwässerers 7 geführt, wo es mit einer gesättigten, aus dem Entwässerer 6 kommenden KCl-Lösung in Berührung gebracht wird und hierbei 65,6 kg Wasser je 1500 kg Lösungsmittel abgibt. Die diesen Entwässerer verlassende verdünnte KCl-Lösung enthält 10 kg KCl auf 100 kg Wasser und hat den gleichen Dampfdruck wie die ursprüngliche KHCO₃-Lösung. Im Ergebnis erfolgt die Entwässerung von 13,4 kg KHCO₃ also mit Hilfe von 10kg KCl.

Vom Kopf des Entwässerers 7 wird das vom Wasser teilweise befreite Lösungsmittel mittels der Pumpe 13 durch die Leitung 12 in den Entwässerer 6 gefördert. In diesem befindet sich eine gesättigte KCl-Lösung, die durch kontinuierliche Zufuhr von festem KCl aus dem Vorratsbehälter 8 gesättigt gehalten wird. Hier verliert das Lösungsmittel seinen restlichen Gehalt von Wasser (34,4 kg Wasser je 1500 kg Lösungsmittel) und wird dann durch die Leitung 9 über den Extraktor 3 in den Kreis der zu entwässernden KHC Og-Lösung zurückgeführt.

Beispiel 2

Eine wäßrige CuSO₄-Lösung mit einem Gehalt von 10 g Cu im Liter wird in zwei Stufen im Gegenstrom mit sek.-Butanol mit einem Wassergehalt von 8°/o in Berührung gebracht, wobei der Zufluß beider Flüssigkeiten auf ein Raummengenverhältnis von 3600 ml Lösungsmittel auf je 1000 ml Kupfersulfatlösung eingestellt wird. Bei geregelter Durchführung des Verfahrens enthält die ablaufende Kupfersulfatlösung 66 g Cu im Liter, während der Wassergehalt des Lösungsmittels auf 29°/o ansteigt und dementsprechend die Raummenge des Lösungsmittels von je 3600 ml auf 4400 ml anwächst.

Das abgezogene wasserhaltige Lösungsmittel wird in vier Stufen im Gegenstrom mit einer gesättigten wäßrigen Kochsalzlösung behandelt, wobei auf je 4400 ml des wäßrigen Lösungsmittels 970 ml der Kochsalzlösung verwendet werden. Im geregelten Betrieb läuft eine 14°/rige Kochsalzlösung ab, während der Wassergehalt des Lösungsmittels von 29 auf 8% fällt. Die ablaufende Kochsalzlösung wird von dem

in ihr gelösten Lösungsmittel befreit und verworfen. Das derart wiedergewonnene Lösungsmittel wird mit der Hauptmenge vereinigt, wodurch die ursprünglich eingesetzte Menge von 3600 ml mit einem Wassergehalt von 8% wiederhergestellt wird. Diese wird zur Konzentrierung weiterer Mengen von Kupfersulfatlösung zurückgeführt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: IO

1. Verfahren zum Konzentrieren wäßriger Lösungen durch Übertragen des Wassers in eine wäßrige Lösung mit niederem Partialdruck bzw. einen in Wasser löslichen Festkörper, der dabei eine Lösung mit niederem Partialdruck bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Wasser begrenzt mischbares organisches Lösungsmittel, welches die in den Lösungen enthaltenen Stoffe nicht löst, mit der zu konzentrierenden Lösung in Berührung gebracht, davon abgetrennt und dann mit der einen niedrigeren Dampfdruck als die zu konzentrierende Lösung aufweisenden Lösung in Berührung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösung mit niedrigerem Dampfdruck eine gesättigte Lösung verwendet wird, deren Sättigung durch Eintragung weiterer Mengen des ursprünglich gelösten Stoffes aufrechterhalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 854945, 884 346;
österreichische Patentschrift Nr. 127 925;
französische Patentschriften Nr. 755 291, 957 511, 046;

USA.-Patentschrift Nr. 2 081 721.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© Mi 768/167 3.60