DE1417643A1 - Verfahren zum Durchfuehren von Ionenaustauschreaktionen - Google Patents

Verfahren zum Durchfuehren von Ionenaustauschreaktionen

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DE1417643A1
DE1417643A1 DE19601417643 DE1417643A DE1417643A1 DE 1417643 A1 DE1417643 A1 DE 1417643A1 DE 19601417643 DE19601417643 DE 19601417643 DE 1417643 A DE1417643 A DE 1417643A DE 1417643 A1 DE1417643 A1 DE 1417643A1
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DE19601417643
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Vajna Dr-Ing Sandor
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J49/00Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Description

  • Verfahren zum Durchführen von Ionenaustauschreaktionen Bei der industriellen Durchführung von Ionenaustauschreaktionen machen die Kosten für die Regenerierung der Ionenaustauscher einen hohen Anteil der Betriebskosten aus. Die Kosten für die bei der Regenerierung einzusetzenden Chenikalien sind umso höher, Je vollständiger der Nutzaustausch erfolgen soll, weil dann ein Mehrfaches der nach der stöchiometrischen Umsetzung berechneten Menge an Chemikalien notwendig ist. Els hat nicht an Versuchen gefehlt, die erforderliche Menge an Regenerierchemikalien herabzusetzen; so ist es bekannt, den Ionenaustausch ii Gegenstrom durchzuführen, wobei die Regenerierkosten zwar einen sehr niedrigen Wert haben, der jedoch nur mit einer umfangreiohen und komplivierten Apparatur durchführbar ist0 Unvollkommen ist die sogenannte Sparregenerierung, bei der die ausfließende Regenerierlösung in zwei (oder drei) Teile aufgeteilt, der erate weitgehend ausgenutzte Teil abgezogen und der zweite (oder gegebenenfalls der dritte) Teil, der noch einen erheblichen Überschuß an Regeneriermittel enthält, in dem nachfolgenden Austausch als erste (bzw. zweite) Fraktion verwendet wirdO Diese Aufteilung bringt z.B. bei der Wasserenthärtung eine Ersparnis an Kochsalz, bei der die in einfachen Gang erforderlichen etwa 300 % der stöchiometrisch berechneten Menge suf etwa 250 % sinkt.
  • Mit der Erfindung ist erkannt worden, daß die Geringfügigkeit dieses Erfolges darauf zurückzuführen ist, daß die nochmals zur Verwendung kommenden Lösungsteile ohne irgendwelche Sorgfalt weitergeleitet und bis zur nächsten Verwendung eingelagert werden, wobei das bei der Verdrängung der Salzlösung zugemischte Wasser das spezifische Gewicht des zurückgeführten Lösungsteiles fortwährend ändert. Die einzelnen Lösungsteile werden also stark miteinander vermischt Auch bei der Wiederverwendung der Lösungsteile wird die Verwischung weiter fortgesetzt. Du Ergebnis ist, daß die bei der vorangehenden Regenerierung in die Lösung gelangten Kalziumionen in ganzen Lösungsvolumen weitgehend gleichmäßig verteilt enthalten sind. Da aber infolge des Massenwirkungsgesetzes die Regenerierfähigkeit der Kochselzlösung bereits durch sehr kleine Mengen Kalziumionen erheblich herabgesetzt wird, ist -die bei der Wiederverwendung der betreffenden Proktion erzielte Wirkung nur geriq, so daß nur die nachfolgend zugeführte frische Kochsalzlösung tatsächlich voll wirksam wird.
  • Ferner ist mit der Erfindung erkannt worden, daß eine erhöhte Wirksamkeit der Regenerierlösung durch Vergrößerung d.r durch den Austauscher geführten Lösungsiengen in Verhältnis zum abzug nur dann einen Sinn hat, wenn die Anzahl der Lagerungsgefäße erheblich erhöht wird, ul die oben angeführte schädliche Vermischung auf kleinere Lösungsvolumina zu beschränken. Damit ist zwar ein Schritt zur Verwirklichung des vollkonmenen Gegenstromes getan; denn bei Verwendung einer größeren Anzahl von Gefäßen wird der Unterschied der sich vermischenden Lösungsteile innerhalb eines Gefäßes hinsichtlich ihrer Konzentration umso kleiner, Je mehr Gefäße verwendet werden, so daß die nacheinander einzusetzenden Gefäßinhalte in günstiger Weise eine sich stufenweise ändernde Zusammensetzung aufweisen, was die Vorbedingung zur Durchführung des Gegenstromes ist.
  • Dennoch läßt sich die Methode praktisch nur in seltenen Fällen verwirklichen, da eine vergrößerte Anzahl von Lagerungsgefäßen eine erhebliche Verteuerung der Einrichtung mit sich bringt. Demgegenüber soll nach der Erfindung der Gegenstrom während des Ionenaustausches mit sehr gutem, Wirkungsgrad in einer verhältnismäßig einfachen Einrichtung dadurch verwirklichen,daß die nacheinander ausfließenden, unterschiedliche Zusammensetzung aufweisenden Flüssigkeitsanteile der Überschußmenge ohne wesentliche Vermischung in der gleichen Reihenfolge in das Lagerungsgefäß eingelagert und bei der nachfolgenden Austauscherbehandlung in der gleichen Reihenfolge auf den Austauscher zurückgeführt werden.
  • Die Vorteile der Erfindung zeigen sich in zwei Richtungen.
  • Erstens kann oan den Abzug beim Regenerieren verkleinern, wobei die Ausnutsung des Regeneriermittels der theoretisch berechneten Zahl sehr nahe kont. Der Abzug ist selbstverständlich immer gleich der frisch zusuführenden Menge des Regeneriermitteis. Weiterhin kann man die durchgeleitete Lösungsienge beii Regenerieren vergrößern, wodurch erreicht wird, daß der Austauscher praktisch vollständig regeneriert wirdO Die Wirtschaftlichkeit des lonenaustausches, ausgedrückt als die verbrauchte Menge des Regeneriernittels bezogen auf die Menge der im Rutzaustausch entfernten Ionen, wird also durch beide Maßnahmen verbessert.
  • Das Gesagte bezieht sich sinngemäß auch auf Fälle, wo man den Butzaustausch verbessern will. Es kommt vor, z.B, bei der Konvertierung eines Alkalisalzes in Ammoniumsalze in konzentrierten Lösungen, daß die Umsetzung nur in den ersten Lösungsteilen in erwünschtem Maße verläuft in den nachfolgenden aber bald abninct. Bei einer erwünschten Ausnutzung der Austauscherkapazität ist die erhaltene Lösung in ihrer Gesamtheit nur unvollständig umgewandelt. Durch Anwendung der Erfindung wird auch hierbei erreicht, daß im Abzug eine sehr weitgehende Umsetzung, im Austauscher eine weitgehende Umladung erfolgt.
  • Bekanntlich trifft bei. lonenaustausch eine Lösung immer auf ein mit Wasser vollkommen gefülltes Austauscherbett. Die ersten Lösungsteile vermischen sich mit dem Wasser und erst später erreicht die Konzentration der ausfließenden Lösung die Eingangskonzentration. Die daait verbundene Änderung des spezifischen Gewichtes würde die Ausführung des erfindungsgeaäßen Verfahrens stören. Durch eine weitere Ausbildung des Verfahrens nach der,Erfindung soll nun die Menge des Abzuges so bemessen sein, daß damit zusammen der überwiegend größere Teil des Wassers entfernt wird, das sich nit den ersten Lösungsteilen vermischt.
  • Beim Ionenaustausch in konzentrierten Lösungen reicht of tmals der gewünschte Abzug nicht aus, ul die gesamte Wassermenge ait sich abzuführen. In diesel Fall kann man das Verfahren nach der Erfindung auch bei der Verdrängung des Wassers anwenden. Zu diesem Zweck wird nur ein Teil der durchgeleiteten Flüssigkeitsmenge, praktisch aus Wasser bestehend, abgezogen und die nachfolgenden Lösungsteile steigender Konzentration ohne Vermischung in einem Lagerungsgefäß eingelagert. Diese Lösungsteile bestehen aus Ionen, die durch den Ionenaustausch iaicht mehr verändert werden, d.h. sie bleiben auch bei wiederholter Durchleitung durch den Austauscher praktisch chemisch unverändert. Mach Beendigung der Verdrängung ist der Austauscher nit dieser Lösung geftLllt, wobei deren Konzentration nahezu die Konzentration der später au behandelnden Lösung erreicht. Diese befindet sich in einen zweiten Lagerungsgefäß und wird auf den Austauscher zur chemischen Behandlung geführt. Dabei werden die ausfließenden Lösungsteile solange auf das erste Lagerungsgefäß geführt, bis dieses gefüllt ist.
  • Erst nachfolgend werden diejenigen Lösungsteile abgezogen, in denen die chemische Umwandlung in gewünschten Maße vollzogen ist. Die Konzentration dieses Abzuges ist nahezu gleich der der Eingangslösung. Saroh die Anwendung des ersten Lagerungsgefäßes wird die Verdünnung der Lösung herabgesetzt. Demzufolge kann dies auch in solchen Fällen angewendet werden, in solchen die Menge des Abzuges ausreicht, das in die Lösung gelangte Wasser att abzuführen.
  • Nach Beendigung des Abzuges werden die nachfolgend ausfließenda Lösungsteile erfindungsgemäß in das zweite Lagerungsgefäß zurückgeführt, die fehlende Ab@ug@menge durch frische Lösung ersetzt und nachfolgend die Lösung vom austauscherbett durch Wasser verdrängt. Bei dieser Verdrängung entstehen wiederum Lösungsteile, deren chemische Zusammensetzung sich kaum mehr ändert, deren Konzentration aber kontinuierlich abnimmt. Würde man diese Lösungsteile unmittelbar in das zweite Gefäß einlagern, so würden sich di. Schichten zufolge ihres veränderlichen spezifischen Gewichtes untereinander vermischen. Um dies zu vermeiden, werden nach einer weiteren Vervollkommnung der Erfindung diejenigen Lösungsteile, deren Konzentration abnimmt, getrennt aufgefangen und homogenisiert. Da die im zweiten Lagerungsgefäß befindlichen fraktionen der vorherigen Verfahrensgänge ebenso homogenisiert worden sind, hat der frisch zukommende Anteil die gleiche Konzentration und verursacht deshalb kein schädliche Vermischung, Will man jedoch die Verdünnung der Lösung herabsetzen, so kann man bein Verdrängen der Lösung ein drittes Lagerungsgefäß wie folgt benutzen.
  • Die frisch zukommende, zu behandelnde Lösung wird erst auf den Austauscher gebracht, nachdem die im zweiten Lagerungsgefäß gespeicherte Menge durch den Austauscher geflihrt worden ist. Zur Verdrängung dieser Lösung wird das dritte Lagerungsgefäß angeschlossen. Die abfließende Lösung wird zaerst zur Auffüllung des zweiten Lagerungsgefäßes benutzt. Die nachfolgend ausfließende Lösung hat abnehmende Konzentration und wird in das dritte Lagerungsgefäß geleitet, das durch nachfolgende Aufgabe von Wasser auf den Ionenaustauscher aufgefüllt wird.
  • Um die Vermischung der einzelnen Lösungsteile ii Lagerungegefäß zu vermeiden, verfährt man gemäß weiterer Ausbildung des Verfahrens, Je asoMen ob das spezifische Gewicht der nacheinander ausfließenden Ldsungsteile ab- oder sunint, wie folgt@ Beim abnehmenden spezifischen Gewicht wird die zufließene Lösung auf die jeweilige Oberfläche der ii Lagerungsgefäß befindlichen Flüssigkeit geführt; beim zunchmenden spezifischen Gewicht dagegen geschieht die Zuführung an der untersten Stelle des Lagerungsgefäßes. Um die Vermischung aich bei der Entleerung des Gefäßes zu verhindern, wird dabei umgekehrt verfahren. Im ersten Fall leitet man die Flüssigkeit von der untersten Stelle des Lagerungsgefäßes ab, im zweiten Fall von der jeweiligen Oberfläche der Flüssigkeit.
  • Die Zu- oder Abführung der Flüssigkeit der Oberfläche kann mittels eines Schwimmers erfolgen, der durch die sich bewegende Oberfläche der Flüssigkeit stets mitgenommen wird und das Ende einer flexiblen Leitung für die Flüssigkeit trägt.
  • Man kann aber auch anders verfahren: Die spezifisch leichter werdenden Flüssigkeitsteile können auf die jeweilige Oberfläche der im Lagerungsgefäß befindlichen Flüssigkeit mittels einer spiralfdrxig gebogenen offenen Rinne zugeführt werden, die sich über die ganze Höhe des Lagerungsgefäßes erstreckt. Die oben zugeführte Flüssigkeit rinnt in der Binne nach unten und tritt jeweils beim Erreichen der Flüssigkeitsoberfläche aus. Durch entsprechende Einstellung des Neigungawinkele und der Breite der Rinne kann man die Zuflußgeschwindigkeit so niedrig halten, daß beim Überschwellen keine Aufwirbelung der ruhenden Flüssigkeit eintreten kann. Die Rinne wird an der Gefäßwand oder in der Mitte des Gefäßes befertigt.
  • Will man die im Lagerungsgefäß ruhende Flüssigkeit von der Oberfläche abführen, so kann man auch so verfahren, daß man sie von unten her durch die unbehandelte Flüssigk.it verdrängt Zum Schluß bleibt also das Lagerungsgefäß mit der letzteren gefüllt.
  • Da nach Abfthrung des Abzuges das Lagerungsgefäß, aus welchen die Flüssigkeit an den Austauscher geleitet wird, oft noch nicht leer ist, wenn schon die ausfließenden Lösungsteile eingelagert werden sollen, werden in diesel Fall zwei gleiche Lagerungsgefäße verwendet, die abwechselnd geleert bzw. gefüllt werden. Wird die leichtere behandelte Lösung durch die spezifisch schwerere unbehande te von unten nach oben verdrängt, so werden drei gleiche Gefäße verwendet, die ihre Rolle periodisch vertauschen; ein Gefäß ist mit der behandelten Lösung vom veränderlichen spezifischen Gewicht, das andere mit der unbehandelten Lösung gefüllt und das dritte Gefäß wird mit dem Inhalt des zweiten gefüllt.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Durchführen von Ionenaustauschreaktionen, wobei eine das Mehrfache des Abzuges betragende Menge an Behandlungsflüssigkeit durch den Austauscher geleitet, der verbleibende Überschuß an Behandlungsflüssigkeit vor seiner Wiederverwendung bei der n ohfolgenden Reaktion in einem Lagerungsgefäß gelagert und die Abzugsmenge durch eine entsprechende Menge unbehandelter Flüssigkeit ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die nacheinander ausfließenden, unterschiedliche Zusammensetzung aufweisenden Flüssigkeitsanteile der Überschußmenge ohne wesentliche Vermischung in der gleichen Reihenfolge in du Lagerungsgefäß eingelagert und bei der nachfolgenden Austauscherbehandlung in der gleichen Reihenfolge auf den Austauscher zurückgeführt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die Anwendung bei der zwischen den Austauschreaktionen erforderlichen Verkrängung von Flüssigkeiten.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Aufgeben ton Wasser vom Austauscher abfließenden Lösungsteile ständig abnehmender Konzentration tor dz Einlagern in das lagerungsgefäß homogenisiert werden.
  4. 4. Verfahren, insbesondere Moh Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei abnehmenden spezifischen Gewicht der in das Lagerungsgefäß einzubringenden Lösungsteile die Einführung an der jeweiligen Oberfläche der im Lagerungsgefäß befindlichen Füllung, die Abfährung vom untersten Gefäßteil erfolgt.
  5. 5. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, 1 oder 3, pa dueh gekennzeichnet, das bei zun@@@@ndem spezifischen Gewicht der in das Lagerungsgefäß einzubringenden Lösungsteile die Einführung an der untersten Stelle des Lagerungsgefäßes, die Abführung von der jeweiligen Oberfläche der Füllung erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem lagerungsgefäß befindlichen Lösungsteile mittels der spezifisch schwereren, unbehandelten Flüssigkeit verdrängt werden.
  7. 7. Einrichtung sur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch0 gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Flüssigkeitsteile zwei wechselweise einzusetzende Lagerungsgefäße vorgesehen sind.
  8. 8. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Flüssigkeitsteile drei wechselweise einzusetzende lagerungsgefäße vorgesehen sind, wovon j@weils ein Lagerungsgefäß sur Aufnahme der unbehandelten Lösung dient.
  9. 9. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung der Lösungsteile in der jeweiligen Höhe der Oberfläche der im Lagerungsgefäß befindlichen Flüssigkeit ein das Ende einer flexiblen Zuleitung tragender Schwimmer dient.
    100 Einrichtung zur ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung der Lösungsteile in der jeweiligen Höhe der Oberfläche der im Lagerungsgefäß befindlichen Flüssigkeit eine schraubenlinienförmig gewundene, oben offene, sich über die Gefäßhöhe erstreckende Rinas dient.
    Ii. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur Abführung der in Lagerungsgefäß befindlichen Fl@seigkeit von der Oberfläche ein das Ende @@@er flex@@len Ableitung tregender ebuter dient.
DE19601417643 1960-10-25 1960-10-25 Verfahren zum Durchfuehren von Ionenaustauschreaktionen Withdrawn DE1417643A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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