DE1257692B

DE1257692B - Regenerieren von Gemischen stark und schwach saurer Ionenaustauscher

Info

Publication number: DE1257692B
Application number: DEB75577A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Otto Zeiss
Original assignee: Joh A Benckiser GmbH
Current assignee: Joh A Benckiser GmbH
Priority date: 1964-02-25
Filing date: 1964-02-25
Publication date: 1967-12-28
Also published as: CH467221A; BE660159A; FR1425144A; NL6501966A

Description

DEUTSCHES #n PATENTAMT Deutsche Kl.: 85 b -1/05

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1 257 692

Aktenzeichen: B 75577IV a/85 b

1 257 692 Anmeldetag: 25.Februar 1964

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Regenerieren von schwach sauren gelartigen oder porösen Carboxyl- und/oder Phosphon- und/oder Phosphinsäuregruppen enthaltenden Kationenaustauschem bzw. deren Mischungen und stark sauren gelartigen oder porösen sulfogruppenhaltigen Kationenaustauschern bei der Herstellung von teilentsalztem, härtefreiem Wasser mittels Kleinfilteranlagen.

Für Haushaltszwecke ist es sehr oft vorteilhaft, ein h'ärtefreies und auch teilentsalztes Wasser zur Verfügung zu haben. Es hat sich nämlich in der Praxis herausgestellt, daß die härtefreien, aber noch salzreichen Weichwässer auch im Haushaltgebrauch noch gewisse Nachteile aufweisen, wie z.B. Triibungserscheinungen und Fleckenbildung auf dem zu behandelnden Gut, insbesondere dann, wenn höhere Temperaturen dabei erforderlich sind.

Die Teilentsalzung von Wasser kann derart durchgeführt werden, daß ein Teilstrom des Wassers entweder durch einen stark sauren Kationenaustauscher in der H-Form und einen stark sauren Kationenaustauscher in der Na-Form oder durch einen schwach sauren Kationenaustauscher in der H-Form und einen stark sauren Kationenaustauscher in der Na-Form oder durch einen solchen Ionenaustauscher, der sowohl stark saure als auch schwach saure Gruppen nebeneinander enthält, durchgeführt wird. Ein großer Nachteil von Ionenaustauschern mit gemischten aktiven Gruppen ist jedoch ihre geringe nutzbare Volumenkapazität, die schwierige Anpassung der Verhältnisse der verschiedenen aktiven Gruppen an die jeweilige Rohwasserzusammensetzung und besonders das starke Nachlassen der Austauscheigenschaften bei höheren Durchflußgeschwindigkeiten.

Das Regenerieren der Austauscher nach dem Gebrauch erfolgt üblicherweise in zwei aufeinanderfolgenden Regeneriervorgängen mit zwei getrennten Regneriermitteln. Im ersten Arbeitsgang wird das Harzgemisch mit einer starken Mineralsäure behandelt und in die H-Form übergeführt, und im zweiten Arbeitsgang erfolgt dann die Regenerierung mit einem Neutralsalz, wobei je nach der Neutralsalzmenge der stark saure Kationenaustauscher ganz oder zum Teil in die Neutralform übergeführt wird.

Bekannt ist auch, einen Kationen- und einen Anionenaustauscher mit einer Kochsalzlösung in einem Verfahrensschritt zu regenerieren oder Anionenaustauscher mit Wasser, dem eine schwache organische Säure, wie CO₂, zugesetzt ist, zu behandeln.

Regenerieren von Gemischen stark und schwach
saurer Ionenaustauscher

Anmelder:

Joh. A. Benckiser G. m. b. H., Chemische Fabrik, Ludwigshafen/Rhein, Frankenthaler Str. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Otto Zeiss, Schwetzingen;

Eberhard Tscherning, Mannheim

Die Anwendung von mit Ionenaustauschern entsalztem Wasser im Haushaltsektor brachte bisher zwar gute Erfolge. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß aus Sicherheitsgründen in einem Haushalt zum Wiederherstellen der Funktionsfähigkeit der Ionenaustauscher starke Säuren oder Laugen nicht verwendet werden sollen. Es erwies sich deshalb als erforderlich, einen Weg zu finden, der die übliche Teilentsalzung für den obengenannten Anwendungszweck ohne Gefahr für den Anwender und die Beständigkeit des Materials ermöglicht.

Die Erfindung betrifft daher das Regenerieren von schwach sauren gelartigen oder porösen Carboxyl- und/oder Phosphon- und/oder Phosphinsäuregruppen enthaltenden Kationenaustauschern bzw. deren Mischungen und stark sauren gelartigen oder porösen sulfogruppenhaltigen Kationenaustauschem bei der Herstellung von teilentsalztem, härtefreiem Wasser mittels Kleinfilteranlagen durch die Verwendung wasserlöslicher, fester organischer Säuren im Gemisch mit ihren Natriumsalzen oder eines Gemisches dieser Säuren mit Kochsalz. Als Säure kommen z. B. Wein- oder Zitronen- oder Apfelsäure oder deren saure Salze in Frage.

Neben der absoluten Sicherheit bei der Handhabung hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß mit dem Gemisch aus fester organischer Säure und Neutralsalz in einem Arbeitsgang regeneriert wird, wobei die organische Säure nur den schwach sauren Kationenaustauscher regeneriert, während die Neutralsalze gleichzeitig den stark sauren Kationenaustauscher regenerieren. Man kann auf diese Weise mit den einfachen Salzlösebehältern bei Kleinenthärtungs- bzw. Teilentsalzungssystemen in einem Arbeitsgang genau wie bei einer einfachen Enthärtung regenerieren und benötigt daher bei der

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Claims

automatisch gesteuerten Regenerierung solcher Geräte nur ein Magnetventil für den Regenerierbehälter. Weiterhin gewährleisten die organischen Säuren mit komplexbildenden Eigenschaften ein intensives Entfernen von Eisen- und Kalkverbindungen aus den über ihre nutzbare Volumenkapazität hinaus beanspruchten Austauschermassen. Durch das Regenerieren mit organischen Säuren an Stelle der bisher eingesetzten Mineralsäuren wird auch eine weitgehende Schonung der Apparatebauteile und -armaturen erzielt. Ferner sind die organischen Säuren gerade für den Einsatz im Haushaltsektor besonders geeignet, da es sich vor allem um physiologisch unbedenkliche Säuren handelt. Beim Einsatz von porösen Austauschern ist es möglich, ganz auf einen Rückspülraum zu verzichten und so den Bau kleinster Filtereinheiten zu ermöglichen. Als saure Kationenaustauscher verwendet man solche, deren nutzbare Volumenkapazität im Bereich von 20 bis 60 g CaOA Harz, vornehmlich zwischen 20 bis 40 g CaO/1 liegt, um bei den hohen Durchflußgeschwindigkeiten noch eine ausreichende Wasserqualität zu erhalten. Das Lösungsgemisch aus den organischen Säuren und den Natriumsalzen durchströmt bei getrennten Schichten erst den schwach sauren Austauscher. Bei gemischter Austauscherschicht kann der Durchlauf von Regeneriermitteln und von Rohwasser in jeder beliebigen Richtung erfolgen. Das Gemisch fester organischer Säuren mit den Natriumsalzen kann auch in Tablettenform gepreßt, der jeweiligen Härte des Rohwassers angepaßt, auf das Filter gebracht werden und ermöglicht so ein sicheres Handhaben der Regenerierung. Beispiel 1 Ein Rohr, das an beiden Enden mit einer engen Siebplatte und einem Zufluß- und Abflußstutzen versehen ist, wird mit gleichen Teilen eines stark sauren, sulfogruppenhaltigen Polystyrolharzes als Kationenaustauscher hoher nutzbarer Volumenkapazität und einem schwachsauren carboxylgruppenhaltigen PoIyacrylatharz als Kationenaustauscher zur Hälfte gefüllt. Das Harzbett wird von unten her rückgespült, wobei sich beide Harze trennen. Der stark saure Kationenaustauscher unterschichtet den schwach sauren Kationenaustauscher. Der Zulauf des aufzubereitenden Wassers und des Regeneriermittels erfolgt von oben her. Das Regeneriermitter besteht aus einem Gemisch von 250 g NaCl und 150 g Zitronensäure und wird mit so viel Wasser verdünnt, daß eine 3- bis 4%ige Lösung entsteht. Bei einer Regenerierzeit von etwa 40 Minuten und spezifischen Belastungen von 40 bis 501/h für den schwach sauren Kationenaustauscher werden nutzbare Volumenkapazitäten von 35 g CaO/1 Harz erreicht. Der Salzgehalt des aufzubereitenden Wassers sinkt dabei um den Wert der im Wasser enthaltenen Bicarbonate der Härtebildner. Das Harzverhältnis kann man auch den jeweiligen Härteverhältnissen anpassen. Unter gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 gibt ein Harzgemisch, das auch im Gemisch regeneriert worden ist, eine nutzbare Volumenkapazität von g CaO/1 Harz. Beispiel 2 Beim Regenerieren eines Ionenaustauschergemisches im Verhältnis 1:1 mit einer 5- bis 6°/oigen Lösung von 320 g Mononatriumcitrat und Wasser, einer Verweilzeit der Salzlösung im Ionenaustauscher von 45 Minuten und einer spezifischen Belastung von 20 bis 401/1/h konnte eine nutzbare Volumenkapazität von 34 bis 36 g CaO/1 Harz erhalten werden. Die Versuche wurden mit einem Rohwasser von bis 22° dH, wobei die Carbonathärte 50 bis 80% betrug, durchgeführt. Patentansprüche:

1. Regenerieren von schwach sauren gelartigen oder porösen Carboxyl- und/oder Phosphon- und/oder Phosphinsäuregruppen enthaltenden Kationenaustauschern bzw. deren Mischungen und stark sauren gelartigen oder porösen sulfogruppenhaltigen Kationenaustauschern bei der Herstellung von teilentsalztem, härtefreiem Wasser mittels Kleinfilteranlagen gekennzeichnet durch die Verwendung wasserlöslicher, fester organischer Säuren im Gemisch mit ihren Natriumsalzen oder eines Gemisches dieser Säuren mit Kochsalz.

2. Regeneriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zitronen- oder Wein- oder Apfelsäuren oder deren saure Salze verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 761 219;

österreichische Patentschrift Nr. 199131;

französische Patentschrift Nr. 858 841;

F. Helff erich, »Ionenaustauscher«, Bd. 1, 1959, S. 12, 13, 24 und 25;

R. Dorfner, »Ionenaustauscher«, 1963, S. 26 und 27;

A. Splittgerber, »Wasseraufbereitung im Dampfkraftbetrieb«, 1954, S. 207;

Chemisches Zentralblatt, 115. Jahrgang, 1944/Π, S. 150 Abs. 3.