DE1442500C - Verfahren zur Durchführung der beim Ionenaustausch erforderlichen Verfahrensschritte - Google Patents

Description

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gens von Wasser aus dem Austauscher durch eine Lö- Lösung, des Ionenaustausches und des Verdrängens sung, des Ionenaustausches und des Verdrängens der der im Austauscher verbliebenen Lösung durch im Austausch verbleibenden Lösung durch Wasser Wasser, wobei ein Teil der ausfließenden Flüssigkeit getrennt voneinander in der Weise durchzuführen, daß entfernt und der andere Teil unterteilt und in verdie Verdi ängung des Wassers durch eine vordere Ver- 5 schiedenen Lagergefäßen eingelagert und im nächsten drängungslösung mit zunehmender Konzentration an Austauschzyklus in der gleichen Reihenfolge wieder solchen Ionen erfolgt, die mit der Austauscherbeladung auf den Austauscher gegeben wird, vorgesehen, die praktisch identisch sind, die Verdrängung einer frisch drei Verfahrensschritte getrennt durchzuführen in der zugegebenen Lösung nach beendetem Ionenaustausch Weise, daß die Verdrängung des Wassers durch eine mit einer hinteren Verdrängungslösung abnehmender io vordere Verdrängungslösung mit zunehmender Kon-Konzentration erfolgt, deren Ionen piaktisch identisch zentration an solchen Ionen erfolgt, die mit der Ausmit der inzwischen veränderten Austauscherbeladung tauscherbeladung praktisch identisch sind, die Versind, so daß die chemische Reaktion beim Ionen- drängung einer frisch zugegebenen Lösung nach beaustausch in einer Reaktionslösung mit beinahe endetem Ionenaustausch mit einer hinteren Verdrängleichbleibender und der frisch zugegebenen Lösung 15 gungslösung abnehmender Konzentration erfolgt, nahezu entsprechender Gesamtkonzentration erfolgt. deren Ionen praktisch identisch mit der inzwischen

Die vordere Verdrängungslösung, die Reaktions- veränderten Austauscherbeladung sind, so daß die lösung und die hintere Verdrängungslösung werden chemische Reaktion beim Ionenaustausch in einer dabei je für sich in getrennten Lagergefäßen mit nach Reaktionslösung mit beinahe gleichbleibender und der oben abnehmendem spezifischem Gewicht überein- 20 frisch zugegebenen Lösung nahezu entsprechender andergeschichtet. Wie sich nun in der Praxis gezeigt Gesamtkonzentration erfolgt, und die getrennt vonhat, kann es unter ungünstigen Umständen jedoch einander einzulagernde vordere Verdrängungslösung, auch bei dieser an sich vorteilhaften Schichtenlagerung Reaktionslösung und hintere Verdrängungslösung in zu einer unerwünschten Vermischung der Lösungsteile weitere unabhängig voneinander einzulagernde Frakkommen. Solche ungünstigen Umstände sind beispiels- 25 tionen zu unterteilen.

weise nur wenig unterschiedliches spezifisches Gewicht In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann

der übereinandergeschichteten Lösungsteile, stärkerer dabei vorgesehen werden, die gegebenenfalls vor der Wärmeaustausch des Lagergefäßes mit der Umgebung Einlagerung homogenisierten Fraktionen während der etwa infolge Sonneneinstrahlung oder auch Erschütte- Aufgabe auf das Austauscherbett mit der oberhalb rungen des Lagergefäßes, die entsprechende uner- 30 desselben befindlichen Flüssigkeitsschicht, vorteilhaft wünschte vermischende Strömungsvorgänge zur Folge geringer Höhe, zu vermischen,
haben können. Eine weitere Vervollkommnung des Verfahrens nach

Die Misch- und Reaktionszonen werden noch weiter der Erfindung sieht vor, daß auch die durch den unterdadurch verlängert, daß oberhalb und unterhalb des halb des Austauscherbettes befindlichen Totraüm Austauscherbettes tote Räume vorgesehen werden 35 durchfließende Flüssigkeit im Totraum ständig durchmüssen, um die in relativ engen Leitungen und mit mischt wird.

großer Geschwindigkeit ankommenden Flüssigkeiten Weiterhin ist es vorteilhaft, die Homogenisierung

auf den großen Querschnitt der Austauscherfüllung zu dei getrennt einzulagernden Fraktionen außerhalb des verteilen bzw. die aus dem Austauscherbett heraus- Austauschergefäßes vorzunehmen. Hierdurch werden tretenden Flüssigkeiten wieder in eine relativ enge 40 diejenigen Fraktionen, innerhalb welcher eine der-Rohrleitung zusammenzuführen. In den schädlichen artige Schichtung zufolge unterschiedlichen spezifischen Räumen erfolgt nun ebenfalls eine Vermischung, die Gewichtes auftritt, wodurch eine schädliche Verbei den bekannten Konstruktionen völlig unkontrolliert mischung verursacht wird, vor oder während der Einin Kauf genommen werden muß. Es gelingt auch nicht, lagerung homogenisiert. ■ i''i

die ankommende Flüssigkeit vollkommen gleichmäßig 45 Um die Durchmischung der aus dem Austauscherauf das Austauscherbett zu verteilen und durchzuleiten, bett austretenden Flüssigkeit innerhalb des Totraumes so daß Teile der Flüssigkeit während der Aufgabe vor- sicherzustellen, wird nach einer weiteren Ausbildung eilen oder zurückbleiben, wobei die Verdrängung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens der in den unteren Reaktion noch ungünstiger wird. Totraum eintretende Flüssigkeitsstrom aufwärts ge-

Die Verlängerung sowohl der Misch- als auch der 5° richtet.

Reaktionszone beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit Während der Durchführung des Ionenaustausch-

der Ionenaustauschverfahren. Die Lösungen werden Verfahrens verändert sich das Volumen des Austauverdünnter, der Wasserverbrauch erhöht sich, die Scherbettes, das nach der Rückspülung mit Wasser das Nutzleistung wird kleiner, und der Verbrauch an Re- größte Volumen und am Ende der Verdrängung des generiermitteln wird größer. 55 Wassers das kleinste Volumen besitzt. Auch kann

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die durch die Umladung der Austauscherfüllung eine Mischzone und die Reaktionszone zu verkleinern und weitere Volumenänderung eintreten. Um zu erreichen, eine ungeregelte Vermischung und ein längeres Vei- daß das Volumen der sich oberhalb des Austauscherweilen von Flüssigkeitsresten in den schädlichen bettes befindlichen Flüssigkeit unverändert und somit Räumen des Austauschers zu verhindern. Ferner sollen 60 die durch Rühren erfolgte Mischung gleichbleibt, die austretenden Lösungsteile so eingelagert werden, schlägt das Verfahren nach der Erfindung weiterhin daß deren Zusammensetzung bei der Wiederaufgabe vor, daß der Spiegel der oberhalb des Austauscherauf das Austauscherbett eine optimale Wirkung ver- bettes befindlichen Flüssigkeitsschicht und der sich ursacht. darin bewegende Rührer entsprechend dem Steigen

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei 65 bzw. Fallen des Austauscherbettes gehoben bzw. gedem Verfahren zum Durchführen der beim Ionen- senkt wird.

austausch erforderlichen Verfahrensschritte des Ver- Besondere Aufmerksamkeit muß zur Durchfühlung

drängens von Wasser aus dem Austauscher durch eine des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ausbildung des

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Einlagerungsgefäßes für die einzelnen Fraktionen ge- in die Gefäße bzw. Kolonnen A bis E leiten. Der widmet werden. Es müssen die einzelnen Fraktionen Zufluß zur Pumpe K kann entweder unter Umgehung einerseits scharf voneinander getrennt gelagert werden, des Homogenisiergefäßes unmittelbar erfolgen, wobei jedoch andererseits ohne Unterbrechung und in der- die Ventile Rl und Rl in den Verbindungsleitungen selben Reihenfolge wie die Einlagerung geschah, abge- 5 Pl und Pl zum Homogenisiergefäß / geschlossen führt werden. Ein Einlagerungsgefäß, das hierfür be- und das Ventil R3 zur Pumpe K geöffnet ist. Bei sonders geeignet ist, besteht nach der Erfindung darin, Einschaltung des Homogenisiergefäßes / ist das Ventil daß das Gefäß zur Aufnahme der einzelnen Fraktionen R3 geschlossen und die Ventile Rl und Rl geöffnet, in mehrere Abteile unterteilt ist, die an je eine gemein- Die Anlage wild folgendermaßen betrieben: Das same absperrbare Zuführungs- und Abführungsleitung io Ionenaustauscherbett im Austauschergefäß H ist mit angeschlossen sind, wobei die einzelnen Abteile durch Wasser gefüllt. Das Wasser wird durch den Inhalt Luftablässe verbunden sind, die nacheinander durch der Kolonne Cl verdrängt, in welcher Fraktionen die aufsteigende Flüssigkeit verschlossen werden. von zunehmender Konzentration einer Lösung sich Durch Luftablässe wird erreicht, daß sowohl bei der befinden, deren Ionen X mit den Ionen des Aus-Füllung als auch bei der Entleerung des Lagergefäßes 15 tauschers identisch sind. Die ersten Teile der aus dem die Reihenfolge der einzelnen abzulassenden Fraktio- Gefäß H ausfließenden Flüssigkeit, Wasser mit Spuren nen unverändert bleibt. der Ionen X (als Salz), werden mittels der Pumpe K

Die Lagergefäße müssen oft eine große Anzahl von dem Meßgefäß A zugeführt und nach Abmessen der Fraktionen aufnehmen und haben deshalb große Ab- gewünschten Menge als Abwasser entfernt. Die nachmessungen. Schon in der einfachsten Ausführung 20 folgenden Fraktionen werden, gegebenenfalls für sich müssen davon zwei Gefäße verwendet werden, die ab- homogenisiert, voneinander getrennt in die Kolonne wechselnd entleert bzw. gefüllt werden. Durch eine Cl gefüllt. Sind alle Fraktionen der Kolonne Cl Verbesserung nach der Erfindung werden die Gefäße durch das Austauscherbett geführt und ist die Kolonne unterteilt, z. B. in drei oder vier mehrere Abteile ent- Cl leer, so wird an das Austauschergefäß H die haltende Gruppen, die unabhängig voneinander be- 25 Kolonne Dl angeschlossen, in der sich eine ebenfalls schickt und entleeit werden können. Von diesen wird in Fraktionen unterteilte Lösung befindet, die die mit den eingelagerten Fraktionen mindestens eine Ionen X und Y in unterschiedlichem Verhältnis entGruppe leergelassen. Bei dem nächsten Zyklus wird die hält, wobei die ersten Fraktionen reich an Jf-Ionen ausfließende Flüssigkeit in die leere Gruppe gefüllt; und die letzten reich an 7-Ionen sind. Die Gesamtinzwischen ist die erste Gruppe entleert und dient 30 konzentration der Lösung an X- und Y-Ionen ist dann als zweite zu füllende Gruppe. So kann man praktisch konstant. Ist die Kolonne Cl mit der ausanstatt zweier jeweils die ganze Menge dei Fraktionen fließenden Lösung gefüllt, wird das Produkt des aufnehmender Gefäße mehrere kleinere Gruppen ver- Ionenaustausches als eine Lösung, die vorwiegend aus wenden, deren Volumen insgesamt nur um einen X-Ionen besteht und deren Konzentration annähernd Bruchteil größer ist als ein einziges Gefäß. Diese 35 der der Lösung in Dl entspricht, in das Meßgefäß B Gruppen können räumlich in eine Einheit zusammen- abgezogen und als Endprodukt aus der Anlage entgebaut werden. fernt.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten derselben "Nun beginnt die Füllung der Kolonne D1. Ist die werden in der Zeichnung an Ausführungsbeispielen Flüssigkeit aus Dl aufgebraucht, so wird aus der Ausdargestellt, und zwar zeigt 40 gangslösung, die nur Y-Ionen enthält, mit Hilfe des

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer nach Meßgefäßes F die erforderliche Menge zugegeben und

dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden An- die Kolonne Dl weiter gefüllt. Die letzten Fraktionen,

lage, die in D 2 eingefüllt werden sollen, werden im Homo-

F i g. 2 ein Ionenaustauschergefäß im lotrechten genisiergefäß J miteinander vermischt, um die Diffe-

Längsschnitt, 45 renzen im spezifischen Gewicht auszugleichen.

F i g. 3 und 4 Austrittsdüsen im Austauscher- Dann wird die Kolonne El an das Austauscherboden in vergrößertem Maßstab, · gefäß angeschlossen, in welcher Fraktionen einer

F i g. 5 ein Lagerungsgefäß für die einzelnen Frak- Lösung, die aus praktisch reinen Y-Ionen mit ab-

tionen, nehmender Konzentration bestehen, aufbewahrt sind.

F i g. 6 ein Lagerungsgefäß für die einzelnen Frak- 50 Nach Füllen der Kolonne Dl wird mit der Füllung

tionen in anderer Ausführung. der Kolonne El begonnen. Ist die Flüssigkeit aus der

Die Ionenaustauscher-Anlage nach F i g. 1 besteht Kolonne El verbraucht, so wird aus G eine abge-

aus dem Meßgefäß A für das abzuleitende Wasser, messene Menge frisches Wasser auf das Austauscher-

dem Meßgefäß B für die Nutzlösung bzw. für die ver- gefäß H gegeben, bis auch die Kolonne El gefüllt ist.

brauchte Regenerierlösung, den jeweils wechselweise 55 Hiernach enthält das Austauscherbett praktisch reines

einzusetzenden, als Einlagerungsgefäß für die einzelnen Wasser mit Spuren von Y-Ionen. Es erfolgt dann die

Fiaktionen ausgebildeten Kolonnen Cl, Cl; Dl, Dl übliche Rückspülung mit reinem Wasser, wobei die

und El, El, dem Meßgefäß F für die zu behandelnde Y-Ionen entfernt werden. Ist die Rückspülung beendet,

Lösung bzw. für die Regenerierlösung, dem Meß- so erfolgt die Beladung des Austauschers mit Z-Ionen.

gefäß G für das aufzugebende Wasser, dem Ionen- 60 Dies kann, wenn es sich z. B. um Wasser handelt,

austauschergefäß H, dem Homogenisiergefäß / und in üblicher Weise erfolgen; es kann jedoch auch in

der Pumpe K. der vorbeschriebenen Weise entsprechend gearbeitet

Die Kolonnen und Gefäße Cl bis G sind unter werden. Die Beladung wird auch hier durch RückZwischenschaltung von Ventilen L an eine zum Aus- spülung beendet, so daß das Austauschet bett wieder tauschergefäß H führende Leitung M mit zwischen- 65 in den Anfangszustand gelangt. Das beschriebene geschalteter Pumpe O angeschlossen. Die Rohr- Verfahren wiederholt sich mit dem Unterschied, daß leitung P kann die aus dem Austauschergefäß aus- jetzt die Kolonnen mit dem Index 2 entleert und die tretenden Flüssigkeiten wahlweise mittels der Ventile Q mit dem Index 1 gefüllt werden.

Beispiel

In der Laboratoriumsausführung dei Reaktion
KClLöeung + NH₄R = NH₄ClM₈UIIg + KR

wo R einen Kationenaustauschei bedeutet, wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Es wurde ein Austauscher mit einem Volumen von 1500 ml verwendet, der eine Gesamtkapazität für den Austausch von 3500 mval besaß. Die Fraktionen der Kolonne C umfaßten 800 ml einer NH₄C1-Lösung von 0,25 bis 3,6 N Konz., die der Kolonnen D und E 200 ml Lösungen. In D befand sich eine Lösung von 3,8 N, in E eine solche von 3,8 N bis 0,2 N KCl. Die Kolonnen C waren in 6, die von D in 48 und die von E in 20 Fraktionen unterteilt. Aus dem Meßgefäß A wurden 750 ml Wasser mit 23 mval NH₄Cl abgezogen. Abzug aus dem Meßgefäß B betrug 1000 ml 3,5 N-Chlorid, das 3,43 an NH₄Cl war.

Während der Rückspülung wurden 25 mval KCl aus dem Austauscher weggespült. Die Gesamtzugabe an KCl aus dem Vorrat betrug 875 ml KCl-Lösung mit einem Gehalt von 3460 mval KCl. Der Austausch von rund 3450 mval NH₄-Ionen gegen K bedeutet eine Ausnutzung der Kapazität des Austauschers von 98,5%.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist das Ionen-Austauschergefäß nach F i g. 2 besonders geeignet. Der Gefäßkörper 1 ist oben durch einen nach außen gewölbten abnehmbaren Boden la und nach unten durch einen in der gleichen Weise gewölbten und abnehmbaren Boden Ib geschlossen. Im unteren Teil des Gefäßkörpers 1 ist ein gelochter Boden 2 eingesetzt, auf dem das Austauscherbett 3 ruht. Letzteres füllt das Gefäß nur zu einem Teil, so daß oberhalb des Austauscherbettes 3 ein toter Raum 4 gebildet wird.

Dicht oberhalb des Austauscherbettes 3 ist ein Rührer 5 angeordnet, der mit bekannten Mitteln an einer durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetriebenen, höhenverstellbaren Welle 6 hängt. Mittels der Leitung 7 wird einer Ringleitung 8 die auf das Austauscherbett aufzugebende Flüssigkeit zugeführt, die mittels in der Ringleitung 8 vorgesehener Düsen möglichst gleichmäßig über den Gefäßquerschnitt verteilt wird. Es wird so viel Flüssigkeit zugeführt, daß sich ständig oberhalb der Austauscherfüllung eine Flüssigkeitsschicht befindet, die mittels des Rührers 5 in ständiger Bewegung gehalten wird, so daß sich die Flüssigkeitsteilchen ständig vermischen.

Unterhalb des durchlochten Bodens 2 ist ebenfalls ein Rührer 9 angeordnet, der die aus dem Boden 2 austretende Flüssigkeit vermischt, bevor sie in die zum Abzug der Flüssigkeit dienende Ringleitung 10 eintritt und von dieser der Abzugsleitung P zugeführt wird.

Um stets oberhalb des Austauscherbettes 3 einen Flüssigkeitsstand zu erhalten, tastet ein Taster 11 die Oberfläche des Austauscherbettes 3 ab. Der Taster steht mit einem Hebelgestänge 12, 13 in Verbindung, das in nicht dargestellter Weise die Höhenlage des Rührers 5 und des Flüssigkeitsspiegels oberhalb des Austauscherbettes regelt. Das Abtasten kann mechanisch, optisch oder elektrisch in an sich bekannter Weise erfolgen. Ebenso kann der vom Taster gegebene Impuls auf die gleiche bekannte Art auf die Rührwelle übertragen werden. Es werden also der Rührer und der Flüssigkeitsspiegel stets in einem gewählten Abstand von der Oberfläche des Austauscherbettes gehalten.

Der durchlochte Boden 2 kann statt der Löcher mehrere über die Fläche verteilte Düsen nach F i g. 3 aufweisen. Durch den in der Austauscherfüllung liegenden Düsenteil 14 zylindrischen Querschnitts tritt die austretende Flüssigkeit durch die Schlitze 15 in das in den Boden 2 eingeschraubte Rohr 16, das unten eine offene Kapsel 17 trägt. Diese Kapsel bewirkt, daß der Flüssigkeitsstrom eine 180°-Wendung ausführt, bevor sie in den Raum unterhalb des Siebbodens 2 eintritt, um dort von dem Rührer 9 homogenisiert zu werden.

Bei der Ausbildung der Düse nach F i g. 4 ist vorgesehen, daß mit der Kapsel 17 a ein Verlängerungsstück 176 verbunden ist, das auf das Ende des Rohres

is 16 aufgeschraubt ist. Durch Begrenzungsstücke 17 c wird einerseits die Düse 14 fest mit dem Boden 2 verbunden, andererseits aber durch das Verlängerungsstück 176 ein stets gleichmäßiger Durchtrittsquerschnitt für die Flüssigkeit gewährleistet.

Bei dem halbautomatisch arbeitenden Ausführungsbeispiel der Stapelkolonnen Cl bis El nach F i g. 5 ist das Gefäß 18 durch Böden 19 in mehrere übereinanderliegende Abteile 1, 2, 3, 4, 5 usw. unterteilt. Die Leitung P besitzt hinter dem Absperrventil Q Ab-Zweigleitungen 20 zum Füllen der Abteile 1 bis 5 ..., in die jeweils ein Abschlußventil 21 eingebaut ist und in das Abteil durch eine Öffnung 23 eingeführt wird, die mit der Außenluft in Verbindung steht.

Im Bereich der Öffnung 22 ist der Boden 19 hochgezogen, so daß Platz für die Unterbringung eines Schwimmers 23 vorhanden ist, der über einen Hebelarm 24 mit dem Ventil 21 in Verbindung steht und das Ventil 21 entweder unmittelbar oder durch einen elektrischen Schaltmechanismus öffnet bzw. schließt. Die Entleerungsleitung M besitzt hinter dem Absperrventil L ebenfalls für jedes Abteil einen Abzweig 25, der in eine Vertiefung 26 des Bodens 19 mündet. Bis auf die Leitung 25 für die Entleerung des Abteils 1 ist in jede Abteilung 25 ein Ventil 27 eingebaut. Ferner geht von dem Boden einer jeden Vertiefung 26 eine Führungsstange 28 nach oben, auf der ein Schwimmer 29 gleitend gelagert ist und in der tiefsten Stellung einen elektrischen Kontakt 30 betätigt, der über eine Stromleitung 31 das Ventil 26 des nächstfolgenden Abteils,

z. B. 2, öffnet.

Wenn die Kolonne gefüllt werden soll, haben sämtliche Schwimmer 23 die zugeordneten Ventile 21 geöffnet. Nach Öffnen des Ventils Q in der Leitung P fließt die Flüssigkeit zunächst in das Abteil 1. Sobald dieses gefüllt ist, schließt der Schwimmer 23 das zugehörige Ventil 21, und die Flüssigkeit füllt nunmehr das darüberliegende Abteil 2, bis auch dieses gefüllt ist und der Schwimmer das zugehörige Ventil 21 geschlossen hat. Auf die gleiche Weise werden die weiteren Abteile gefüllt.

Zum Entleeren der gefüllten Kolonne wird das Ventil L der Leitung M geöffnet. Es läuft somit das Abteil 1 leer, bis der Schwimmer 29 des Abteils 1 bis in die Vertiefung 26 abgesunken ist. In dieser Stellung betätigt er den Kontakt 30, wodurch das Ventil 27 des Abteils 2 geöffnet wird. Nachdem auch dieses entleert ist, wird auf die gleiche Weise das Ventil 27 des Abteils 3 geöffnet usw.

Mit der Stapel kolonne nach F i g. 5 wird erreicht, daß die in den Abteilen 1 bis 5 ... nacheinander eingelagerten Fraktionen in der gleichen Reihenfolge wieder entleert werden, ohne daß sich die einzelnen Fraktionen untereinander vermischen.

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Bei dem Ausführungsbeispiel einer Stapelkolonne Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die in den einzelnen nach F i g. 6 ist das Gefäß 18 ebenfalls durch Böden Abteilen befindliche Luft wird jeweils über die Ent-19 in mehrere übereinanderliegende Abteile 1 bis 5 ... lüftungsrohre 32 abgeführt und entweicht durch das unterteilt. Die am obersten Ende mit der Atmosphäre Entlüftungsrohr 33 des obersten Abteils. Gleichzeitig in Verbindung stehende Leitung P besitzt ebenfalls 5 mit dem Füllen der Abteile steigt die eingefüllte hinter dem Absperrventil Q Abzweigleitungen 20 a Flüssigkeit in den Rohren 35 hoch. Ferner werden die und 20 o, die in einen durch Hochziehen des Bodens Doppelschleifen des Abfüllrohres 36 von unten nach gebildeten Raum 22 a des betreffenden Abteils ohne oben nacheinander gefüllt, und die in der Leitung M Zwischenschaltung eines Ventils einmünden. Die in enthaltene Luft kann nicht entweichen, weil die als das unterste Abteil 1 einmündende Leitung 20 a ist io Wasserverschluß wirkende untere Schleife der Abfüllvorteilhaft abfallend zum Raum 22 a geführt, während rohre 36 dies verhindert. Durch die in dem Rohr M die darüber befindlichen Leitungen 20 δ eine nach befindliche Luft wird verhindert, daß Flüssigkeit von unten geführte Schleife als Wasserverschluß vor ihrem einem Abteil in das andere fließt.
Einmünden in den Raum 22 a aufweisen, so daß ein Zum Entleeren der Abteile 1 bis 5 ... ist lediglich Entweichen der im Raum 22a unter Pressung stehenden 15 erforderlich, das Ventil L der Entleerungsleitung M zu Luft verhindert wird. Zur Abführung der Luft beim öffnen. Da das Abteil 1 über die Leitung 20a mit der Einfüllen aus jedem Abteil dient ein Entlüftungsrohr Atmosphäre in Verbindung steht, während alle 32, das mit seinem unteren Ende um ein geringes Maß übrigen Abteile durch die Wasserverschlüsse 20 δ von unter den Flüssigkeitsspiegel des gefüllten Abteils, der Atmosphäre abgeschlossen sind, kann sich zuz. B. 1, ragt. Es ist in das darüberliegende Abteil, 20 nächst nur das Abteil 1 entleeren, wobei die Rohrz. B. 2, geführt und ist im Raum 22a U-förmig um- schleife 36 eine Heberwirkung ausübt. Erst in dem gebogen, so daß das nach unten abgebogene Ende Augenblick, wo das untere Ende der Rohrleitung 35 um ein größeres Maß unter den Flüssigkeitsspiegel des mit dem Luftraum des entleerten Abteils 1 in Verbin-Abteils 2 reicht, um auch dadurch einen Wasser- dung kommt, kann sich das nächstfolgende Abteil, Verschluß zu bilden und beim Entleeren des darunter- 25 z. B. 2, entleeren, weil erst dann die Verbindung des liegenden Abteils das Überströmen von Luft in das Abteils mit der Atmosphäre hergestellt ist. Bei beendedarüberliegende Abteil zu verhindern. Im Raum 22 a ter Entleerung aller Abteile verbleibt in den Wasserdes obersten Abteils, z. B. 5, mündet das Rohr 33 mit verschlüssen 20 δ und 36 stets genügend Flüssigkeit, eingebautem Ventil 34, das mit der Außenluft in Ver- um den Luftabschluß zu gewährleisten,
bindung steht. 30 Die Anlagen zur Durchführung des erfindungs-

Um die Entleerung in der gleichen Reihenfolge gemäßen Verfahrens sind nicht an die dargestellten automatisch bewirken zu können, ist zunächst das Ausführungsbeispiele gebunden. So kann beispiels-Abteil 1 durch das Rohr 35 mit dem nächsthöheren weise die Anlage nach F i g. 1 mit mehreren Ionen-Abteil 2 verbunden. Die Enden jeden Rohres 35 ragen austauschergefäßen H zusammenarbeiten, die nacheinerseits in die Vertiefung 26 des unteren Abteils und 35 einander die einzelnen Phasen des erfindungsgemäßen andererseits in den Raum 22 a des oberen Abteils. Die Verfahrensganges durchlaufen, so daß für alle AusRohre 35 dienen bei der Entleerung zur Einführung tauschergefäße nur eine einzige Anlage erforderlich der Luft aus dem entleerten unteren Abteil in das ist. Ferner ist es möglich, daß die einzelnen Abteile der darüberliegende Abteil. Jedes Abteil ist ferner durch Stapelkolonnen zur Aufnahme der Fraktionen auch ein S-förmiges Abfüllrohr 36 mit der Entleerungs- 4° nebeneinander angeordnet sein können, wobei nur die leitung M verbunden, das jeweils an die Vertiefung 26 Zu- und Abführleitungen für die einzelnen Abteile in der Nähe des Bodens angeschlossen ist. Alle Rohr- übereinander angeordnet sind. Dadurch kann man den schleifen sind zunächst nach unten bis unterhalb des Fülldruck für die gesamte Kolonne niedriger halten. Bodens 19 des untersten Abteils 1 geführt. Die obere Ferner ist es möglich, fm jedes Abteil der Kolonnen Cl Umkehrschleife liegt niedriger als das untere Ende des 45 und C2 eine Homogenisiervorrichtung vorzusehen, Luftabführungsrohres 32. Das Abfüllrohr 36 mündet wie es auch möglich ist, die letzten in Dl und D2 an einer Stelle 36a in die Entleerungsleitung M, die einzulagernden Fraktionen in der Kolonne selbst tiefer liegt als der Anschluß in der Vertiefung 26. Das miteinander zu vermischen. Dieses Abteil enthält obere Ende der Entleerungsleitung M ist luftdicht ge- dann mehrere miteinander zu vermischende Frakschlossen. 50 tionen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Durchführen der beim Ionenaustausch erforderlichen Verfahrensschritte des Verdrängens von Wasser aus dem Austauscher durch eine Lösung, des Ionenaustausches und des Verdrängens der im Austauscher verbliebenen Lösung durch Wasser, wobei ein Teil der ausfließenden Flüssigkeit entfernt und der andeie Teil unterteilt und in verschiedenen Lagergefäßen eingelagert und im nächsten Austauschzyklus in der gleichen Reihenfolge wieder auf den Austauscher gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung des Wassers durch eine vordere Verdrängungslösung mit zunehmender Konzentration an solchen Ionen erfolgt, die mit der Austauscherbeladung praktisch identisch sind, die Verdrängung einer frisch zügegebenen Lösung nach beendetem Ionenaustausch mit einer hinteren Verdrängungslösung abnehmender Konzentration erfolgt, deren Ionen praktisch identisch mit der inzwischen veränderten Aus-• tauscherbeladung sind, so daß die chemische Reaktion beim Ionenaustausch in einer Reaktionslösung mit beinahe gleichbleibender und der frisch zugegebenen Lösung nahezu entsprechender Gesamtkonzentration erfolgt, und daß die getrennt voneinander einzulagernde vordere Verdrängungslösung, Reaktionslösung und hintere Verdrängungslösung in weitere unabhängig voneinander einzulagernde Fraktionen unterteilt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls vor der Einlagerung homogenisierten Fraktionen während der Aufgabe auf das Austauscherbett mit der oberhalb desselben befindlichen Flüssigkeitsschicht, vorteilhaft geringer Höhe, vermischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die durch den unterhalb des Austauscherbettes befindlichen Totraum durchfließende Flüssigkeit im Totraum ständig durchmischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierung der getrennt einzulagernden Fraktionen außerhalb des Austauschergefäßes vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in den unteren Totraum eintretende Flüssigkeitsstrom aufwärts gerichtet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel der oberhalb des Austauscherbettes befindlichen Flüssigkeitsschicht und ein sich darin bewegender Rührer entsprechend dem Steigen bzw. Fallen des Austauscherbettes gehoben bzw. gesenkt werden.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Meßgefäße (A, B) zum Abzug und (F, G) zur Zuführung der verschiedenen Flüssigkeiten, paarweise angeordnete, in Abteile für die einzulagernden Fraktionen unterteilte Stapelkolonnen (Cl bis El), je einer für die Gefäße gemeinsamen, zum loncnaustauschergefäß fühlenden Zu- bzw. Abführungsleitung mit eingebauten, abwechselnd nacheinander zu betätigenden Ventilen (Q, L).

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere nebeneinander in Phasenverschiebung arbeitende Ionenaustauschergefäße (H) an eine gemeinsame Anlage angeschlossen sind.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austauschergefäß (H) und den Stapelgefäßen (Cl bis El) ein Homogenisiergefäß (J) eingeschaltet ist.

10. Anlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Rohrleitungsschaltung (Rl, PV, R2, Pl; RS) zur Ausschaltung des Homogenisiergefäßes (J).

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen dicht oberhalb der Austauscherfüllung (3) heb- und senkbar angeordneten Rührer (5).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen die Oberfläche des Austauscherbettes abtastenden Fühler (11) zur Regelung der Höhenlage der oberhalb des Austauscherbettes befindlichen Flüssigkeitsschicht und der Höhenlage des Rührers (5).

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unterhalb der Austauscherfüllung befindlichen Totraum des Austauschergefäßes ein Rührer (9) angeordnet ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines niedrigen Flüssigkeitsstandes im Totraum unterhalb des Düsenbodens ein Niveaufühler einen Druckregler für die Luft im Totraum beeinflußt.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austauscherboden (2) Düsen (14) eingesetzt sind, die oberhalb des Austauscherbodens (2) in bekannter Weise Durchtrittsöffnungen (15) nur für die Flüssigkeit aufweisen und unterhalb des Austauscherbodens (2) ein Rohr (16) besitzen, dessen Austrittsöffnungen allseitig mit Abstand von einer Kappe (17) umgeben sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (17) eine auf das Rohr (16) aufschraubbare Verlängerung besitzt, die von der Kapsel (17a) allseitig mit unveränderlichem Abstand umgeben ist, wobei die Kapsel (17a) Abstandshalter (17c) aufweist.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Lagergefäß (1), das zur Aufnahme der einzelnen Fraktionen in mehrere mit Luftauslässen (22) versehene Abteile (1 bis 5 ...) unterteilt ist, wobei von der für alle Abteile gemeinsamen Zu- und Abführungsleitung (P bzw. M) absperrbare Zu- bzw.· Abführleitungen zu den einzelnen Abteilen führen, deren Ventile (21 bzw. 27) durch Niveaufühler, vorzugsweise Schwimmer, nacheinander geöffnet bzw. geschlossen werden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, daduich gekennzeichnet, daß sowohl für den Füllvorgang als auch für den Entleerungsvorgang je eine Verbindungsleitung (32 bzw. 35) für die Luft von dem jeweils unteren Abteil (z. B. 1) zu dem darüberliegenden Abteil (z. B. 2) geführt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Abteile (1 bis 5 ...) nebeneinander und nur die Zu- und

Abführungsleitungen (20, 20α, 36) übereinander Regenerierlösungen, in denen der Umsatz unvollständig angeordnet sind. ist, eingelagert.

So wurde bereits entsprechend der britischen

Patentschrift 641 962 versucht, die großen Mengen

5 an Regeneriermittel dadurch zu verringern, daß man

die Regenerierlösung in mehrere Teillösungen unterteilt

und nacheinander über den Austauscher geleitet hat.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durch- Die jeweils erschöpften Teillösungen wurden entfernt, führen der beim Ionenaustausch erforderlichen Ver- die nicht erschöpften eingelagert und wieder verfahrensschritte des Verdrängens von Wasser aus dem ίο wendet. Erst danach wurde die frische Regenerier-Austauscher durch eine Lösung, des Ionenaustausches lösung aufgegeben. Jedoch hat sich gezeigt, daß der und des Verdrängens der im Austauscher verbliebenen Chemikalienbedarf auch bei dieser Methode der ReLösung durch Wasser, wobei ein Teil der ausfließenden generierung recht hoch ist.

Flüssigkeit entfernt und der andere Teil unterteilt und Ein weiteres bekanntes Verfahren gemäß der

in verschiedenen Lagergefäßen eingelagert und im 15 deutschen Patentschrift 393 044 betrifft das Regenerienächsten Austauschzyklus in der gleichen Reihenfolge ren von basenaustauschendem Filtermaterial. Bei wieder auf den Austauscher gegeben wird. diesem Verfahren werden die Lösungsteile mit unter-

JBeim Ionenaustauschverfahren müssen auf die im schiedlichem spezifischem Gewicht nach dem Aus-Austauschergefäß befindliche Ionenaustauscherfüllung, fließen aus dem Austauscher so in einem Gefäß ge-Austauscherbett genannt, verschiedene Lösungen auf- ao lagert, daß das spezifische Gewicht der Lösungsteile gegeben werden, welche mit den Ionenaustauschern nach oben abnimmt, wobei in den verdünnten Lödes Austauscherbettes in Reaktion treten. Eine dieser sungsteilen vor der Wiederverwendung festes Salz auf-. Reaktionen, der Zweck des ganzen Verfahrens, wird gelöst wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Vermeistens als Beladung bezeichnet und ergibt eine Nutz- fahren im Vergleich zum vorigen keine Vorteile besitzt, lösung erwarteter chemischer Zusammensetzung. Das 25 Die Geringfügigkeit des Erfolges beider Verfahren durch diesen Verfahrensschritt veränderte Austauscher- ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß sich bett wird durch eine weitere Reaktion, die Regenerie- die nochmals zur Verwendung kommenden Lösungsrung, wieder in den aktiven Zustand zurückgeführt. teile vor und während der Wiederverwendung infolge Manchmal werden auch Zwischenbehandlungen des ihrer verschiedenen spezifischen Gewichte unterein-Austauscherbettes durchgeführt, wozu Lösungen dritter 30 ander und gegebenenfalls auch mit der frischen Re- oder vierter Art verwendet werden. Alle diese nach- generierlösung vermischt haben. So haben die Löeinander auf das Austauscherbett aufgegebenen Lö- sungsteile bei der Verdrängung des Wassers durch die sungen werden voneinander durch Aufgeben von Lösung (vordere Mischzone) wachsendes spezifisches Wasser getrennt, d. h., bei der Aufgabe einer Lösung Gewicht. Eine Zunahme desselben findet auch innerist das Austauscherbett mit Wasser gefüllt, und die 35 halb der Lösungsteile statt. Werden nun diese Lösungs-Lösung muß das Wasser verdrängen. Ebenfalls muß teile eingelagert, so schichten sich die spezifisch nach Beendigung einer Ionenaustauschreaktion die im schwereren Teile unten, die leichteren darüber. Bei der Austauscherbett befindliche Lösung wieder durch das nächsten Aufgabe fließt also der spezifisch schwerere Wasser verdrängt werden. Anteil in unerwünschter Weise zuerst auf den Aus-

Beim Durchleiten der getrennt aufgegebenen Flüssig- 40 tauscher, also gerade in der umgekehrten Reihenfolge, keit durch das Austauscherbett — Lösungen und wie die einzelnen Lösungsteile selbst und verursacht Wasser — ist es unvermeidbar, daß die aufgegebene hierdurch eine schädliche Vermischung.
Flüssigkeit mit der im Austauscherbett befindlichen Eine schädliche Vermischung tritt auch in den

Flüssigkeit vermischt wird. Statt einer scharfen Tren- letzten Teilen der einzulagernden Lösungen der Reaknung gehen die Flüssigkeiten allmählich ineinander 45 tionszone auf. Diese sind hauptsächlich aus der frisch über mit einer sich ständig ändernden Konzentration. zugegebenen Lösungsmenge entstanden, die mit voller In einem diese Vorgänge darstellenden Diagramm Konzentration aufgegeben wird. Kleinere Mengen aus erscheinen diese als ausgesprochene Mischzone. der hinteren Verdrängungszone werden dabei der

Weiterhin verläuft der Ionenaustausch immer stufen- Reaktionszone beigemischt. Demzufolge werden die weise. Will man den Austauscher voll umladen, so 50 austretenden letzten Lösungsteile zunehmend versind zwar die anfangs ausfließenden Lösungsteile dünnt und ihr spezifisches Gewicht zunehmend kleinen praktisch vollständig, die späteren aber immer weniger Die letzten Lösungsteile der Reaktionszone, die nun und weniger umgesetzt. Die letzten Lösungsteile wieder eingelagert werden müssen, sind alsozunehmend fließen schließlich fast ohne Reaktion durch das spezifisch leichter als die unmittelbar vorangehenden. Austauscherbett, so daß man eine große Menge 55 Im nächsten Gang folgen aber auf diese solche Lö-Flüssigkeit unterschiedlicher Zusammensetzung erhält. sungsteile, deren Konzentration wieder der frisch zu-Derjenige Teil der ausfließenden Lösung, in der sowohl gegebenen Lösung entspricht, die somit spezifisch die Ionen des Austauscherbettes als auch diejenigen schwerer sind. Sie vermischen sich demzufolge wähder Lösung enthalten sind, wird nachfolgend als rend der Aufgabe mit den spezifisch leichteren Lösungs-Reaktionszone bezeichnet. Die Reaktionszone wird 60 teilen.

durch die vorher beschriebene Mischwirkung der Diese schädliche Vermischung wiederholt sich bei

Austauscherfüllung noch weiter vergrößert. jedem Durchgang von neuem und pflanzt sich somit in

Um die Verdünnung des Abzuges zu vermindern, die gesamte Reaktionszone fort. Praktisch bedeutet ist es bekannt, die Lösungsteile fortschreitender bzw. dies eine erhebliche Verlängerung der Reaktionszone, zunehmender Verdünnung einzulagern und beim 65 Zur Vermeidung der vorstehend erläuterten Nachnächsten Verfahrensgang in der gleichen Reihenfolge teile ist gemäß der deutschen Patentschrift 1 417 643 wieder aufzugeben. Um die Ausnutzung der Chemi- bereits vorgeschlagen worden, die beim Ionenauskalien zu vergrößern, hat man auch Zwischenteile von tausch erforderlichen Verfahrensschritte des Verdrän-