DE1517464A1 - Verfahren zur Regenerierung der in Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten kationaktivn Harze - Google Patents

Verfahren zur Regenerierung der in Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten kationaktivn Harze

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DE1517464A1
DE1517464A1 DE19631517464 DE1517464A DE1517464A1 DE 1517464 A1 DE1517464 A1 DE 1517464A1 DE 19631517464 DE19631517464 DE 19631517464 DE 1517464 A DE1517464 A DE 1517464A DE 1517464 A1 DE1517464 A1 DE 1517464A1
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J49/05Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor of fixed beds
    • B01J49/06Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor of fixed beds containing cationic exchangers
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Description

  • Verfahren zur Regenerierung der in Wasseraufbtreitungsanlageu verwendeten kationaktiven Harze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung im Wasserstoffzyklus der in Wasseraufbereitungsanlagen verwendetE'Il kationaktiven Harze.
  • Nach den bekannten Methoden werden lonenaustauschharze kationenaktiver Art (übliche Handelsbezeichnung : Amberlite IR=120, Amberlite 200, Dowex 50, Nalcite HCR, Nalcite HCR=W, Lewatit S 100, Zerolit 225, Kastel C 300, Relite CFS), bestehend aus Styrensulfonatkopolymeren und Divinylbenzolen, wie sie in der Wasseraufbereitung Verwendung finden, im Säurezyklus regeneriert. Aus Sparsamkeitsgründen wird hierzu in den meisten F-llen Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet.
  • Welchem von beiden Regenerierungsmitteln der Vorzug zu geben ist, hängt von verschiedenen Faktoren technischer wie wirtschaftlicher Natur ab : Der in den meisten Landern auf das Gewicht bezogene Preis der Schwefelsäure gegen³ber dem der Salzsõure hie# ersterer den Vorzug zu geben. Jedoch weist dies eine Reihe von Nachteilen auf. Vor allen Dingen muß bei Vorhandensein doppelwertiger Ionen (wie Kalzium) die Schwefelsõure in äußerst niedrigen Konzentrationen, z. B. 2% oder wenig dar³ber, verwendet werden, um einen tJicderschlag on unlöslichem Kalziumsulfat und damit die Möglichkeit einer Verstopfung des Austauschbodens zu vermeiden. Dies würde eine beträchtliche Verringerung des Austauschverm~gens des Harz@s zur Folge haben. Die niedrige Konzentration widersetzt sich aber einer wirtschaftHch'jn Rückgewinnung der ³bersch³ssigen Sõure. Au#erdem mu# man f''Jr die nach der Regenerierung rforierliche Spülung beträchtliche Mengen an Wasser einseten. Die Wirkungskraft dieses Regenerierungsmittels (unter Wirkungskraft ist die erforderliche Mengo an Regenerierungsmittel zur Auslösung einer bestimmten ilsngo von Kationen zu verstehen) ist au#erdem sehr gering, da sich di Sõur@ den doppelwertigen Kationen gegen³ber vorwiegen. @asisch verhõlt (vergl. Handbuch AMBERLITE Ion exch@ ge resins, R~hm & Haas C0. Engineering date on Amberlite IR=120= Hydrogen Cycle). Es bleibt ferner zu ber³cksichtigen, daß mit der Temperaturerh~hun g die Tendenz zu einer Ausfällung des Kalziumsulfats gefördert wird, weshalb die Schwefelsäurelösur. gen bei Raumtemperatur zu verwenden sind, was praktisch nicht gestattet, die Exothermizität des Auflösungsprozesses der Schwefelsäure auszunutzen. Man kann daher behaupten, daß der Vorzug der Regenerierung mit Schwefelsäure in den geringeren Kosten gegenüber jenen für Salzsäure begründet ist, und daß ein Teil der Anlage bezüglich Behälter, Leitungen und dergleichen, vereinfacht werden kann.
  • Betrachtet man die Regenerierung mit Hilfe von Salzsõure, so ist festzustellen, dass @ier keine so strengen Bes@hrõnkungen vorließen, wie dies be@ der Regenerierung mittels Schwefel-@õure der Fall ist, weil i@folge der L~slichkeit der Chloride keine Verstopfungen dure@ die Ni@derschlõge zu bef³rchten sind. Allerdings ist in der industriellen Anwendungspraxis bei Regenerierung mit Hilfe von Salzsaure keine Ruckgewinnung der überschüssigen Saure vorgesehen, sondern allenfalls ein Rücklauf der Regenerierl~sung, was jedoch keine volle Ausnützung der noch freien Saure gestattet. Das bedingt hohen Sõureverbrauch.
  • Im ganzen ist festzustellen, dass wegen der Verunreinigungen mit doppelwertigen Kationen, @@@@@ gegen³ber die regenerierchd Schwefelsõure sich verwiegend ein@asisch ver@õl@. die Salzsaure zu wõhlen ist, wenn @ ren Preis pro Gewichtseinheit (bezogen auf eine 100%ige Sõure) gleich oder niedriger als 2. 5-2. 7 Mal der der Schwefe@sõure ist.
  • Falls Jedoch möglich sein @oilte, die Schwefelsõure doppelbasisch reagierend zu machen, err@ssigen sich um die Hõlfte die vorbesagten Werte und man k@@@@@ (unter Ber³cksichtigung der augenblicklichen Marktpreise) @hne weiteres der Schwefelsaure den Vorzug geben, zumal wenn diese in stöchiometrischen Mengen oder mit nur geringem Uberschuss zur Anwendung kommen kann.
  • Die Erfindung hat sich die allgemeine Aufgabe gestellt, die Vorteile, die sich aus der Behandlung beiverwendung von Salzsaure ergeben, mit jenen bei Gebrauch von doppelbasischer Schweifelsäure zu vereinigen. Spezieller besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Regenerierungsmethode für kationenaktive Harze, wie-sie in Wasserklaranlagen für doppelwertige kationenreiche Wasser benutzt werden, zu schaffen, wobei mit zwei Säuren von unterschiedlicher Charakteristik und verschiedentlichen Gestehungskosten gearbeitet werden soll, wovon die Einbasische die teuere ist, aber eine vereinfachte Regenerierung gestattet und wegen vollstõndiger RUckgewinnung (unvermeidliche Verluste ausgenommen) eine Wiederverwendung ermöglicht, wShrend die Doppelbasische und billigere zur Regenerierung der ersten verwendet wird, indem sie ihre doppelbasische Natur voll und ganz zur Wirkung bringt ohne dabei mit dem Harz in Berührung zu kommen.
  • Aus der amerikanischen Patentschrift 2 689 229 ist schon ein auf Verwendung zweier Regenerierungssäuren im Wasserstoffzyklus für kanionenakt : ive Harze basierendes Verfahren bekannt.
  • Allerdings ist diese Methode nur für die Regenerierung von mit einbasigen Kationen gesõttigten Harzen anwendbar, hauptschlich bei der Aufbereitung von Kieselerzen, wobei von einem alkalischen kieselsauren Salz ausgegangen wird. Zur Regenerierung der Harze werden hier schweflige Säure oder schwefliges Anhydrid und Schwefelsäure verwendet, die vorzugswelse vermischt werden, und alle beide mit dem Harz in Berührung gelangen. Die Schwefelsõure wird, bezogen auf die allcalischen Kationen, in stochicmetrischen Mengen angewandt, wahrend der andere Komponont den erforderlichen Uberschuss bilclet. Durch clarauffolgende Lestillation des ausstr~menden Regenerierungsmittels wird die schweflige Säure wiedergewonnen, während die Schwefelsõure gleichsam als Salz aus der Anlage entfernt wird.-Das mag bei der Aufbereitung eines besonderen Produktes, wie Kieselsciure, zweckmässig und durchführbar sein, das bekannte Verfahren ist jedoch bei der Industrie wasseraufbereitung nicht anwendbar. Auch st~ren die hohen Anlage-und Betriebskosten, sei es aufgrung der ber@its vorher angeführten Grunde hinsichtlich einer Regenerierung mittels Schwefelsäure, sei es hinsichtlich des geringen Dissoziationsvermögens der schwefligen Saure.
  • Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuwei ; ; en, dass bei Verwendung ionenaustauschender Harze immer ein exponentielles Verhältnis zwischen Austauschvermögen eines Harzes und der verwendeten Menge von Regeneriermittel besteht. Unter gleihen Bedingungen kann z. B. durch Vervierfachung der Rege@eriermittelmenge (oder besser der Wasserstoffichen) das Austauschvermoyen des Harzes verd@ppelt werden, so dass bei gleichem Potential kleinere und folglich billigere Anlagen Verwendung finden können. Es ist selbstverstõndlich, dass bei Verwendung einer schwachen Sõure, wie die schweflige Sõure. hiervon eine bedeutend grösseru @ Menge gegen³ber einer starken Sõure erforderlich ist, um die gleiche Menge von Wasserstoffienen zu erhalten. Die Destillationskosten steigen daher erheblich gerade durch den grossen Bedarf schwacher Säurelösungen.
  • Wie bereits gesagt, arbeitet das bekannte Verfahren mit schwefliger Saure, um damait das erforderliche Ubermass zur gew³nschten Regenerierung des Harzes zu bilden. Der Uberschuss ist offensichtlich von der Art abhangig, mit welcher die Schwefelsäure dem Harz gegen³ber reagiert, das heisst, @@@ der Basizität, die dieselbe gegenLiber dem am Harz gebu@denen Kation aufbringt (im Falle von doppelwertigen Kationen, um die es sich in vorliegender Erfindung handelt, praktisch einbasisvh). Demzufolge die ilotwendigkeit von erheblichen Überschüssen an schwefliger Säure, welche erforderlich sind, wenn die starke Sure ihre Basizität vollauf zur Einwirkung bringt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass das bekannte Ver n betrõchtliche Sõure³bersch³sse fordert, sei es wegen der niedrigen Dissoziation der schwachen Saure, sei es wegen der von der starken Säure manifestierten unvollstõndigen Reakti@itõt, besonders hinsichtlich doppelwertiger Kationen, was sich bei der Destillation zur Rückgewinnung der schwachen Siure in einem grösseren Wärmeverbrauch auswirkt und ausserdem einen empfindlich grossen Verbrauch zufolge unvollkommener Salzbildung seitens der starken Säure fordert. Ferner sieht das bekannte Verfahren den Übergang der Schwefelsäure durch das Harz vor, was die Auswertung (zur Destillation) der durch die Zersetzung der Schwefelsäure unter Wasser entwickelten Wärme unmögllch macht.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung der in Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten kationenaktiven Harze, bei dem das Harz mit einer einbasischen Säure regeneriert und diese Säure nach erfolgter Regenerierung destilliert wird (franz. PS 858 841). Die Erfindung besteht darin, daß die Destillation in Gegenwart einer mehrbasischen S§ure oder eines ihrer Salze durchgefuhrt wird, wobei die mehrbasische Säure eine Stärke besitzt, um die erste aus ihrem Salz zu verschieben, wkhrend die einbasische Sdure ein größeres Verflüchtigungsvermögen gegen³ber der mehrbasischen Säure aufweist.
  • Die Bezeichnung"weniger verfl³chtigend " und "stõrker" zur Unterscheidung der errindungsgem§B verwendeten mehrbasischen Saure sind in relativem Sinn aufzufassen, d. h. im Verhältnis zu den Qualltäten, wie sie in der angewandten einbasischen Säure angetroffen werden.
  • Unter den brauchbaren, flüchtigen und einwertigen Säuren kUnnen folgende angegeben werden : Chlorwasserstoffsäure, salpeterige Sõure, SalpetersOure, EssigsKure und Proplonsäure, während unter den weniger flüchtigen, aber stärkeren mehrbasischen Säuren folgende aufzuftihren sind : Schwefelsäure, rauchende Schwefelsõure, Chromsõure, Phosphorsäure und alle anderen Säuren und sauerstoffangereicherten Phosphorsciure und Salze, wie zum Beispiel : H3PO3 Phosphorsõure; H4P2O6 Hypophosphorsäure und deren Salze von Art X2H2P206 ; H3PO4 Phosphorsõure und deren Salze von Art X H2PO4; H4P2O7 Pyrophosphorsäure und deren Salze von Art X2H2P207 ; H3PO5 Monophosphorsäure und H4P2O8 Diperphosphorsõure und deren Salze in welchen"X"ein einwertiges Kation bezeichnet.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren lõsst sich beispielsweise bei Verwendung von Chlorwasserstcffsäure und SchwefelsSure und zweiwertigen Kationen folgendermassen schematisieren : a) XR2 + 2HC1 = 2HR + XCl2 b) XC12 + H2SO4 = 2HCl + XSO4 mit X = zweiwertiges Kation und R = einwertige@Radikale des Harzes.
  • Die in der Regenerierung verwendete Menge flUchtlger Säure kann in weiten Grenzen verschieden sein. Sel z. B. Q (grammõquivalent) die st8chiometrische Menge der zur Regenerierung erforderllchen Säure, so könnten die Grenzen bei 0. 5 Q und 1500 Q liegen. Jedenfalls sind diese Grenzwerte nicht kritisch aufzufassen, sie können auch überschritten werden, falls besondere Betriebsforderungen oder Anlagebedurfnisse dies erforderlich machen sollten.
  • Die Konzentration der in der Regenerierung zu verwendenden schwacheren, fl³chtigen Säure (z. B. Gewicht von HC1 pro Volumen Regenerierlosung) kann auch erhöht werden, und zwar' bis zum Wert der grössten Säurelöslichkeit in tasser bei den Anwenclungsbedingungen fiir die Regenerierlösun um dadurch eine stõrkere Regnerierwirkung zu erhalten und das Regenerierung niveau des Harzes zu erh~hen sowie die der clarauf'Colgenden Destil lation zu unterziehende Menge zu verringern. Die Konzentration der fltichtigen Säure kann praktisch zwischen diesem Höchstwert und jenem einer 1% wõssrigen L~sung (HCl/H2O) liegen.
  • Die weniger fl³chtige, aber stõrkere, mehrbasische Sõure kann mengenmõssig zwischen einem Minimalwert unterhalb des von der Reaktion (b) angezeigten stöchiometrischen Wertes und einem Maximum oberhalb des stöchiometrischen Wertes entsprechend der ganzen verwendeten flilchtigen einbasischen, teilweise oder gänzlich sich durch die Regenerierung in Salz verwandelten Saure. Mit anderen Worten mit Bezug auf Zahlcnwerte wird mit P, (gr. õq.) die stöchiometrischen Menge der nicht fl³chtigen Säure entsprechend dem Bruchteil der wõhrend der Regenerierung sich in Salze verwandelten Silure, P2 (gr. õq.) die stöchiometrische Menge nicht fluchtiger Sõure entsprechend dem Druchteil der bei der Regenerierung nicht in Salze verwandelten flüchtigen Saure und folglich P (gr. cinq.) die gesamte uad stöchiometrische Menge nicht flüchtiger Saurn hezeichnet, so bewegen sich die Grenzen der stärkeren aber weniger fl³chtigen Sauren zwischen 0. 1 Pl und 25 (pl+P2) = 25 P. Diese Grenzen sind jedoch nicht ausschlaggebend : normalerweise werden Mengen verwendet, die dem Maximum nahe liegen, und zwar in Fällen, in welchen die Wõrmeenergie f³r die Destillation einen zu hohen Kostenpunkt erreichen wurde und deswegen in der Destillation dieExohermizität der Zersetzungsrea tion des H2SO4 im Wasser besser ausgenutzt werden soll. Die weniger fl³chtige Sõure kann bei jedwelcher Konzentration mengenmässig zwischen jener des Schwefel~ls (SO3/H2SO4) und einer wassrigen Lösung (H2SO4/H2O) bei 1% H 2 so4 verwendet werden.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind hauptsichlich in folgendem zu sehen : Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet beispielsweise die Verwendung von Schwefelsäure als doppelbasische Saure und damit, bei gleichen Bedingungen, die Säureregenerierung eines durch zweiwertige Ionen gesättigten Harzes, mittels einer geringeren Menge von Schwefelsõure vorzunehmen. Das erfindungsgemässe Verfahren gestactet ferner die Verwendung grösserer Mengen flüchtiger und einwertiger Säuren, als dies bisher bei den bekannten Regenerierungsmethoden der Fall war, wobei der Verbrauch monobasisoher Sõure aus wirtschaftlichen Gr³nden beschrõnkt war.
  • Die Verwendung grösserer Mengen erhöht dementsprechend auchdas Austauschverm~gen des Ilarzes, weshalb unter gleichen Bedingungen die Möglichkeit gegeben ist, sich kleinerer und daher billigerer Einrichtungen zu bedienen.
  • Es ist ferner möglich, unreine Sauren, wie technische oder ruckgewonnene Siuren, zu verwenden. Es eignen sich im besonderen auch SAlzsSuren und Schwefelsäuren mit Gehalt an Chlor, Arsenik oder organischen Substanzen, Eisen und Salzen anderer Metalle, da erfahrungsgemäss die Destillation fUr die Läuterung der flilchtigen Sõure sorgt und nur diese mit dem Harz in BerUhrung gelangt.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren bringt ausserdem eine erhebliche Einsparung an Betriebskosten im Zusammenhang mit der Salzhaltigkeit des zu entmineralisierenden Wassers und dem Einrichtungspotential und natürlich auch hinsichtlich Kostenpunkt der Saure und Fnergiekosten. Als vorsichtiges Rechenexempel sei angeführt, dass bei einer Anlage von 500 m3/h und 'bei einer Salzhaltigkeit von ca. 500 ppm CaC03 die Jährliche Einsparung ca. DM 320. 000,-- betragen kann.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ergibt sich durch eine Fraktionierung des Destillats, insbesondere des ersten Destillatsanfalles bestehend aus Wasser mit Spuren von HCI, welches vorteilhafterweise (in Anlagen, in denen man sich kationaktiver wie anionischer Harze bedient) zur Spülung anionischer Harze verwendet werden kann, und zwar an Stelle von vermittels kationaktiver Harze entkationisierten Rohwassers. Auch dadurch kUnnen die Abmessungen der Kationsstufen beschrdnkt werden, so dass die Anlagen, bei gleichem Potential, geringere Entstehungskosten fordern.
  • Ein weiterer Vorteil entsteht durch das erflndungsgemässe Verfahren, wenn das zu behandelnde Rohwasser reich an ChlorUr ist. In der Tat fUhrt, nachdem die Regenerierung mit in Rohwasser verdUnnter HC1 erfolgt, eine im Verdünnungswasser enthaltene grössere Menge von Chlorüren zu einer stärkeren Salz-Konzentration der Art XnCln (n = Kationvalenz und Atomzahl von Cl) im ausgelaugten Regeneriermittel und folglich zu einer stärkeren HCl-Konzentration im Regeneriermittel des RUcklaufzyklus, und dies immer auf Kosten einer Schwefelshure mit doppelter Reaktivität gegen³ber jener, die sie im Falle einer direkten Anwendung in der Regenerierung des Harzes besass.
  • Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung lassen sich die Destillatfraktionen mit einem geringen SalzsSuregehalt, mittels Austausch auf anionischen Harzen, f³r die Aufbereitung von entmineralisiertem Wasser verwenden. Das gestattet in wirtschaftlicher Weise die Umwandlung salziger Wasser (z. B. Meerwasser) in SUsswasser ; dazu genügt es, der Regenerierlosung mehr oder weniger grosse Mengen von Meerwasser zuzusetzen und die ersten Destillatfraktionen, die weniger reich an Chlorwasserstoffsdure sind, zu entnehmen und sio'über ein anionisches Bett überzuleiten, um unterhalb desselben das gewilnschte SUsswasser auRzufangen. Im einzelnen kann beispielsweise die Gewinnung von SUsswasser aus Meerwasser folgendermassen vor sich gehen : a) Das Meerwasser wird über ein kationaktives Bett und ein anionisches Bett geleitet ; b) nach erfolgter Erschöpfung wird das kationaktive Bett mittels einer Chlorwasserstoffsäurelösnng wieder geladen ; c) die erforderliche Meerwassermenge wird dem Regeneriermittel oberhalb oder unterhalb des kationaktiven Betts zugesetzt ; d) die aus dem erschöpften Regeneriermittel und dem Meerwasser sich gebildete Masse wird mit Schwefelsäure destilliert ; e) die ersten Destillationsfraktionen, die weniger reich an HC1 sind, werden entnommen und über ein anionisches Bett (verschieden zu dem unter a) angegebenen Bett) geleitet, während das azeotroper Gemisch zur darauffolgenden Regenerierung des kationaktiven Bettes verwendet wird ; f) die durch das anionische Bett entsäuerten Fraktionen werden dem nach a) gewonnenen Süsswasser zugesetzt.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren gilt sowohl für den Fall, dass die Regenerierung in den gleichen Austauschern, die die Entmineralisierungsanlage bilden, im Gleich-oder Gegenstrom, vorgenommen wird, wie auch, wenn die Durchführung der Regenerierung durch Beseitigung des erschöpften Harzes von den Filtern erfolgt und in einem anderen Behälter das gleiche Harz mit Regeneriersäure behandelt wird, und. wo nach der Regenerierung die Rückgewinnung des regenerierten Harzes sowohl wie auch des vorhandenen Regeneriermittels mit Mitteln möglich wird, die praktisch keine Verdünnung des Regeneriermittels erfordern (Filtrieren, Schleudern, Flotation, usw.) Das erfindungsgemasse Verfahren gestattet ferner, dank der Anwendbarkeit saurer Regenerierlösungen von hoher Konzentration, aus dem Harz Ionen auszuscheiden, die andernfalls schwer zu erfassen sind, wie im besonderen Eisen-oder Aluminiumionen.
  • Nach einem besonderen in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird die Salzsäure, die zur Regenerierung des Harzes und zur Ausgleichung der Verluste benotigt wird, in Form von Natriumchlorid zugesetzt. In anderen Worten, wird zum Beispiel vor Beginn des Regenerierungverfahrens Natriumchlorid mit Schwefelsäure destilliert und das aus Salzsäure bestehende Kondensat nachher zur Regenerierurg des Harzes herangezogen ; die Verluste an HC1 werden durch Hinzufügung im Destillationsraum von entsprechenden Mengen an NaCl ausgeglichen.
  • Andere Vorteile, Eigenarten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beispielen, wovon das erste sich auf dis übliche Methode zur Regenerierung der Austauschharze in Wasseraufbereitungsanlagen und das zweite Beispiel sich auf das erfindungsgemässe Verfahren beziehen : l. Beispiel Ein Rohwasser von hohem Salzgehalt wird in einer Anlage traditioneller Art bei einer ständigen mittleren Stundenleistung von 100 m3/h zur Speisung eines Hochdruckdampfkessels entmineralisiert. Die Anlage besteht aus zwei Entmineralisierungslinien, wobei eine Jede eine Stundenleistung von 100 m3/h besitzt, eine jede Linie bleibt auf die Dauer von vier Stunden in Betrieb und wird darauffolgend regeneriert. Die Leistung jeder Linie beträgt zwischen zwei Regenerierungen 400 m3. Die beiden Linien werden abwechselnd eingesetzt, so da# eine sich unter Regenerierung und die andere In Betrieb befindet.
  • Die Eigenschaften des Rohwassers waren derart, daß die Kationladung den Wert von 950 kg. CaCO3/zykl. aufwies. Aus den vom Erzeuger des verwendeten Harzes (Amberlite IR= 120) zur Verftigung gestellten Tabellen mit den Angaben Uber das Verhalten des kationaktiven Harzes wurden nach Einbeziehung eines zweckmäßigen Sicherheitsspielraums folgende Werte entsprechend dem zu UberprUrenden Fall abgeleitet : a) Regenerierung mit HC1 : Dosis : 50 gr. ficl pro Liter Harz Konzentration : 6% Austauschverm~gen : 40 kg Cacao3 pro m3 Harz b) Regenerierung mit H2S04 : Dosis : 160 gr. H2SO4 pro Liter Harz Konzentration : 3% Austauschvermogen : 40 kg CaCO3 pro m3 Harz Die Menge von kationaktivem Harz wurde daher gleich 25m3 pro jede Linie der Anlage festgelegt (theoretiso-h genommen hhtten es 23, 8 m3 sein sollen).
  • Zur Regenerierung der in der Entmineralisierungsanlage vorhandenen Harzmenge und für 800 2 erzeugtes Wasser wlrd nach der traditionellen Methode folgendes erforderlich : A) Bel Anwendung von HC1 : 50 kg HCl/m3 Harz x 50 m3 Harz = 2500 kg HC1 100% B) Bei Anwendung von H2SO4: 160 kg H2SO4/m2 Harz x 50 m3 Harz = 8000 kg H2SO4 100%; das heisst, jede Linie erfordert zur Regenerierung 1250 kg HC1 100% oder 4000 kg H2S04 100%.
  • Die Anlage umfasst ausser den Kationstufen auch (schwache und starke) Anionstufen und S,ufen mit gemischtem Bett.
  • Das Regenerierniveau der Katiortufen wurde so gewählte (lass unterhalb der Kationfilter ein Schlupf (leakage) gleich 20 ppm CaCO3 erhalten wurde.
  • 2. Beispiel In diesem Beispiel wird das erfindungsgemõsse Verfahren in Anwendung gebracht und dabei immer auf eine Anlage zur kontinuierlichen Gewinnung von 100 m3/h entmineralisiertem Wasser mit zwei Fntmineralisierungslinien bei einer Stundenleistung von je 100 m3/h abgestellt. D@s Rohwasser habe die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1 angef³hrt.
  • Die Regenerierung der Kationstufrn jeder L'nie der Fntmineralisierungsanlage erfolgt gemäss Rcgenerierntveau vor 100 gr HCl pro Liter Harz, und zwar mit doppeltem Wert entsprechend dem 1. Beispiel. Man verwendet daher bel der Regenerierung einer jeden L'nie 2500 kg HCl 100% bei etner Konzentration von 21%. (Welche auch bei der Inbetriebsetzung der Anlage aus 4000 kg N--iC' destillier@ mit 6200 kg H2SO4 hergestellt werden lcönnen). Der Schlupf unterhalb der regenerierten Kationfilter ermõssigt sich von 20 ppm COCO, auf 5 ppm Cacao,, weshalb die ZcLt zwischen zwei Regenerierungen der Filter mit gemischten Schichten sich vervierfacht. Der Verbrauch an regenerierender Sõure in besagten Filtern und bel gleicher Produktion wird daher viermal niedriger als im vorhergegangen F-11.
  • Der neue Wert von 100 gr. HC ? pro Liter rlarz bringt ein erhöhtes Austauschvermögen des Harzes mit sich. Gemõss den Tabellen und unter Finschluss zweckmõssiger S cherheitsspielrõume ergibt slch, dass das Austauschvermögen sich um ³ber ') vermehrt und dabei den Wert von 55 kg CaCO- pro m3 Harz ³bersteigt. Demzufolge k~nnen die Ausmasse der Kationfilter um ein Drittel reduziert werden, wobei deren Leistunasvermögen unverändert bleibt. Der Bedarf von Spülwasser f³r besagte Kationfilter reduziert sich daher ebenfalls um ein Drittel.
  • Der Ausfluss aus den Kationfiltern wird unter Zugabe von 1200 kg H2S04 bei 6f Be (eine mehr als genügende Menue zur Verschiebung der Chlorwasserstoffsõure von den in der teilweise ersch~pften Regenerierlösung enthaltenen Salzen) destilliert.
  • Es ist bemerkenswert, dass die Regenerierkraft des mit HCI regenerierten schwcf'ligen Harzes im ersten Fall (Beispiel 1) ³ber 180% ist und daher nur wenig über die Hõlfte der 1250 kg HC1 (genau genommen von 1250 kg) sich in Salze verwandeln ; nachdem im zweiten Fall (Brispiel 2) die doppelte Menge von HC1 verwendet wurde, belauft sich in Salz verwandelte Saure auf weniger als l/3 (genau genommen 5/18 der anfänglich hinzugefugten Sõure). Die Destillation beginnt bei reduziertem Druck (50 mm Hg), setzt sich bei atmosphõrischem Druck fort (inzwischen dauert die Versetzung mit H2SOb an) und endet (im Zusammenhang mit der Temperatursteigerung in der Destillationskammer) mit der Entwicklung von HCI-Gas, das aufgefangen und in der Flüssigkeit des voraufgegangenen Destillats und Kondensats gelöst wird. D e Kondensationsleistung Übersteigt reichlich 80% Dem Destillat werden, bezogen auf die Destillationsleis<ung, 50 bis 100 kg HCl 100% in @echnischer Qualitõt beigesetzt.
  • (Oder eine veränderliche Menge von 80, 5 bis @@@ kg NaC@ wird dem Destillationsraum zugesetzt, um die Verluste an HC1 auszugleichen) Man hat somit einen effektiven H2S04 Verbrauch in der Hochstmenge von 1200 kg konz SAure (entsprechend 1150 kg H2SO4 100%) und eine grösste ErgSnzung von 100 kg HC1 100% Im Zusammenhang mit den Wqrmeenergiekosten, bezogen zum Preis der Chlorwasserstoffssure, kann die während der Destillation aufgewendete Wnrme in der Weise geändert werden, dass die ErgKnzung mit HC1 verringert oder erhöht wird. Die Destillation lõsst sich auch derart durchführen, dass das ganze HC1 ausgetrieben wird, z. H durch Einblasen eines Luftstromes oder anderen Gasen in den Des illifrapparat, mit der einzigen und ausschliesslichen Aufgabe, diese Vfrschiebuy zu erreichen.
  • Mnn konnte vorher ersehen, wie die erfindungsgemõsse Meihode es gestattot, die Menge des ka@ionak@iven Harzes um 1/'zu verringern, und zwar dank eines erhdhten Regenerierniveaus selbst ; in vollkommen gleicher Weise kann auch das Austausch-Vermögen des kationaktiven Harzes in pemischten Betten erh8ht werden, indem bei der Regenerierung auch ein Teil der fUr die Destillation bestimmte Sõure mitverwendet wird.
  • Die Einsparung ar H2SO4 100% f³r die Regenererung der Kationfilter in der Gewi@nung von 400 m3 entmineralisiertem Wasser, zu den vorher angeführten Bedingungen, entspricht 4000 - 1150 - 2850 kg H2SO4 100%, mit einer Finsparung an SchwefelsKure in der rosse von70 Angesichis der Geringf³gigkeii werden @insparungen an Regeneriermitteln bei Anwendung gemischter Betten hier nich behandelt, obwohl auch diese beitragen, das erfindungsgemõsse Verfahren gem'iss Prfindung wirtschafilich zu gestalten Im Beispiel 1 wurden absichtlich und vor allem bei Regenerierun cen mit HCl niedrige Wfrte hinsichtlich des Regenerierniveaus eingesetzt, um die Wirksamkeit des erfindungsgemõssen Verrahrens auch bei beschrknkten, sehwierigen und wenig vorteilhaften Bedlngungen unter Beweis zu stellen.
  • Tn den meisten Fallen wird die Regenerierung kationaktiver H'='rze, insofern die traditionelle Methode zur Anwendung gelangt und dabei Chlorwasserstoff verwendet wird, zu einem Regenerierniveau von 80 - 100 gr HC1 pro Liter Harz, vorgenommen, was @ft eine Kompromisslbsung darstellt, die der Not ; wendigkett gehorcht, Harze von hohem Austauschvermtigen zu verwenden und die Betriebskosten in nicht allzu unwirtschaftlichen Grenzen zu halten. Bel dem in Vorschlag gebrachten Verfahren kann normaleweise das Regenerierniveau auf Werte ³berhalb 300 - 500 gr HC1 pro Liter Harz gesetzt werden, was im allgemeinen gestattet einen fast verschwindenden Schlupf zu erreichen und weiterhin das Volumen des kationaktiven Harzes zu verringern. Es bleibt zu bemerken, dass auf diese Weise die verwendete Menge an Schwefelsõure immer unverKndert bleibt, weil der während der Regenerierung sich in Salze verwandelte Anteil Chlorwasserstoffsõure unverKndert bleibt und desgleichen auch die Masse der Salze Art xnCln im Regenerierausstrom. Auf diese Weise werden immer wenigstens 50% SchwefelsKure eingespart, als solche erforderlich gewesen wäre, wenn eine direkte Regenerierung des Harzes mit Hilfe dieser Sõure erfolgt wSre.
  • Der höhere Wert des Austauschvermdgens verwandelt sich bei gletchem Produktionszyklus in eine Reduzierung des Harzvolumens. Es lassen sich daher die Schichtdicken in den Harzbetten vermindern und demzufolge die Verluste in den Austauschfiltern zu verringern oder gar eine oder mehrere Kationstufen ausschalten, im Falle es sich um Anlagen handelt, die sich aus Mehreren, in Reihe geschalteten kationfiltern zusammensetzen.
  • Fs ist zu betonen, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch die Beibehaltung der traditionellen Struktur dieser Anlagen gestattet ; das von der Erfindung gestattete erhbhte Austauschverm~gen bewirkt, wenn das Volumen des kationaktiven Harzes unverändert bleibt, eine Erhöhung der zyklischen Leistung, das heisst eine grössere Produktion, während der zwischen zwei Regenerierungen dazwischenlautnden Zeit mit einem Produktaufwand (in diesem Beispiel ist das Produkt entionisiertes Wasser), der im al-lgemeinen etwa um die H§lfte niedriger ist als bei den bekannten Verfahren.
  • Wenn auch die Erfindung nur in Bezug auf zwei spezifische Sauretypen (Salzsäure und Schwefelsäure) beschrieben worden ist, so ist die Lehre der Erfindung unschwer auch auf andere Sõuren (einige hiervon wurden bereits genannt) zufriedenstellend zu Ubertragen.
  • Patentanspr³che:

Claims (9)

  1. P a t e n t a n s p r ³ c h e 1. Verfahren zur Regenerierung der in Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten kationaktiven Harze, bei dem das Harz mit einer einbasischen Säure regeneriert und diese Saure nach erfolgter Regenerierung destilliert wird, dadurch gekennzeichnet, da3 die Destillation in Gegenwart einer mehrbasischen Säure oder eines ihrer Salze durchgef³hrt wird, wobei die mehrbasische Säure eine Stärke besitzt, um die erste aus ihrem Salz zu verschieben, während die einbasische Säure ein gr~#eres Verfl³chtigungsverm~gen gegenUber der mehrbasischen Sdure aufweist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da9 die einbasische Säure aus der Gruppe der folgenden gewählt wird : Chlorwasserstoff, salpeterige Säure, Salpetersäure, EssigsXure und PropionsXure.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrbasischen Sõuren oder deren Säuresalze aus der Gruppe folgender SKuren gewählt werden : Schwefelsõure, rauchende Schwefelsgure, Chromsäure, Phosphorsõure, mit Saueretoff versetzte PhosphorsOure und deren Salze.
  4. 4. Verfahren nach den vorhergehenden AnsprUchen, dadurch gekennzeichnet, dass die einbasische Saure zwischen 0. 5 Q und 1500 Q (gr. Sq.) zugesetzt wird, wobei Q die stUchlometrische Menge der zur Regenerierung des Harzes erforderliche SSuremenge bedeutet.
  5. 5. Verfahren nach den vorhergehenden AnsprUchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Regenerierlösung der einbasischen Saure zwischen einem Minimalwert entsprechend einer wässrigen Lösung von 1% Säuregehalt und, einem Höchstwert entsprechend der Skttlgung nach den Anwendungsbedingungen der Regenerierlösung, gewählt wird.
  6. 6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrbasischen Sauren oder deren Skuresalze zwischen 0. 1 P1 und 25 P verwendet werden, wobei Pi (gr. õq.) die stöchiometrische Menge mehrbasischer Saure oder deren S§uresalz entsprechend der Fraktion einer einbasischen Saure, die sich bei der Regenerierung in Salz verwandelte, bezeichnet, und P (gr. Kq.) der stöchiometrischen Menge der mehrbasischen Suture oder deren Sauresalze, entsprechend der ganzen bei der Regenerierung verwendeten monobasischen Saure, entspricht.
  7. 7. Verfahren nach den vorhergehenden AnsprUchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der mehrbasischen Saure innerhalb des durch die S§ttigung der gleichen SiLure mit ihrem Anhydrid gebildeten Maximum und jener der wõssrigen Ldsung bel einem 1%igen Sõuregehalt gewõhlt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem Anspruch oder mehreren der vorhergehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Destillationsfraktionen zur Spülung der anionischen Harze In Anlagen fUr kationaktive oder anionische Harze eingesetzt werden.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regeneriermittel verschiedentliche Mengen von Salzwasser (z. B. Meerwasser) zugesetzt werden und die ersten Destillationsfraktionen über ein anionisches Bett (Futter) gefiltert werden. lo. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausgleichung der Verluste benötigte Salzsäure durch Destillierung von NaCl mit H2SOX hergestellt wird, und daß auch die Möglichkeit besteht, am Beginn des Verfahrens die zur Regenerierung des Harzes benötigte Menge an HC1 durch Behandlung von NaCl mit H2S04 im Destillationsraum zu erhalten.
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