DE1642805A1 - Procedure for carrying out the ion exchange - Google Patents

Procedure for carrying out the ion exchange

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DE1642805A1 DE1967D0053181 DED0053181A DE1642805A1 DE 1642805 A1 DE1642805 A1 DE 1642805A1 DE 1967D0053181 DE1967D0053181 DE 1967D0053181 DE D0053181 A DED0053181 A DE D0053181A DE 1642805 A1 DE1642805 A1 DE 1642805A1
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Description

Troisdorf, den 26«Mai 1967Troisdorf, May 26th, 1967

»BEL ÄE'ÜTEIIGlilSELLSCHJLFT Troisaorf Bez.. Köln»BELÄE'ÜTEIIGlilSELLSCHJLFT Troisaorf Bez. Cologne

Verfahren zur Durchführung des lonenaustauschesMethod for carrying out the ion exchange

'Jemenstand tier Erfindung ist ein spezielles Verfahren zur Du Sachführung der heim ionenaustausch in einer Phase erforderlichen Verfahrensschritte, der Verdrängung des Wassers -11X13 dem Austau3cherbett, des Ersatzes der auszutauschenden Iön-jaart durch die austauschend« Ionenart und der Verdrängung der verbliebenen Lösung wieder durch V/asser. 'Yemenstand tier invention is a special process for You can manage the home exchange in a phase required Process steps, the displacement of the water -11X13 the exchanger bed, the replacement of the one to be exchanged Ion-jaart through the exchanging type of ion and the displacement of the remaining solution again by water.

Bei Ionenaustauschverfahren wird zunächst die auszutauschende Lon .mart, mit der der Ionenaustauscher beladen ist, durch di-· 'lUotaurjchende, die mit der Lösung zugeführt wird, 'ersetzt. Will min die auszutauschende Ionenart vollständig ersetzen, muß imri bei bekannten Verfahren einen mehr oder weniger großen Überschuß AxGr austauschenden Ionenart verwenden. Umgekehrt kann man di-; austauschende Ionenart der Lösung nur dann vollständig durch die auszutauschende Iononart des Ionenaustauschers ersetzen, wenn man von der letzteren einen Überschuß anwendet. Man spricht in dififjem Zusammenhang von Ionenarten, die vom Austauscher bevorzugt und anderen die weniger gut aufgenommen werden,In the case of ion exchange processes, the Lon .mart to be exchanged, with which the ion exchanger is loaded, is first replaced by di- · lUotaurjchende, which is supplied with the solution. If min wants to completely replace the ion species to be exchanged, then in known processes it is necessary to use a more or less large excess of AxGr exchanging ion species. Conversely, one can di-; Only completely replace the exchanging ion type of the solution with the ionic type of the ion exchanger to be exchanged if an excess of the latter is used. In a different context, one speaks of ion types that are preferred by the exchanger and others that are less well absorbed,

Bofinoet sich nun die bevorzugt aufgenommene Ionenart auf dem AuÄtau.-jcherbett, so ist zu ihrem vollständigen Austausch ein r Überschuß der weniger gut aufgenommenen IonenartBofinoet is now the preferred type of ion absorbed on the AuÄtau.-jcherbett, so is a complete replacement r excess of the less well absorbed ion species

009884/1772009884/1772

·— 2 —- 2 -

1S428051S42805

erforderlich als im umgekehrten FaIl1.required than in the reverse case 1 .

Um gleichzeitig aber einen möglichst großen Toil der auszutauschenden und auch der in der aufgegebenen Lösung enthaltenen Ionen ausnützen zu könnenr wurden bereits verschiedene Verfahren angewendet« Bei einer Art der Verfahren werden mehrere Austauscherbetten nacheinander geschalten, wobei das erste nur wenig auszutauschende und das zuletzt durchflossene praktisch nur die auszutauschenden Ionen enthält« Sobald eine gewisse Menge der Lösung der austauschenden Ionenart die Austauscherkette durchflossen hat, wird der. Flüssigkeitsst'rom nicht mehr über das erste Austauscherbett geführt. Als Ersatz für dieses Austauschergefäß tritt ein frisches Bett an dasiSnde der Ketteβ Es wird äa« durch erreicht, daß die austauschende Ionenart der austretenden Lösung immer weitgehend jiurch die auszutauschende ersetzt ist. Wird die auszutauschende Ionenart vom Austauscherbett bevorzugt, rauß man zur nahezu vollständigen Entfernung der auszutauschenden Ionenart einen Ueberschuß der austauschenden Ionen verwenden. Im anderen Fall genügt dazu die gleiche Ionenmenge*But to take advantage of the widest possible Toil to be exchanged and the ions contained in the added solution simultaneously to r different methods have been applied "In one type of method, multiple exchange beds are successively switched, the first little exchanged and the last-carrying virtually contains only the ions to be exchanged «As soon as a certain amount of the solution of the type of ion to be exchanged has flowed through the exchange chain, the. Liquid flow no longer passed through the first exchanger bed. As a substitute for this Austauschergefäß takes a fresh bed of dasiSnde the chain There β ea "is achieved by that the exchanging ion of the emerging solution is always largely replaced the jiurch exchanged. If the type of ion to be exchanged is preferred by the exchanger bed, an excess of the ions to be exchanged is used for almost complete removal of the type of ion to be exchanged. In the other case, the same amount of ions is sufficient *

2in ähnliches Prinzip liegt auch den Verfahren mit bewegtem Austauscherbett zugrunde. Die ersten Schichten der,Füllung- eines solchen Bettes werden an der Eintrittsseite der Lösung kontinuierlich oder intermittierend abgeführt und an der Austrittsseite der Lösung werden stets frische Schichten eingeführt, die größtenteils oder vollständig mit der auszutauschenden Ionenart beladen sind.The method with a moving exchanger bed is based on a similar principle. The first layers of the "filling" of such a bed are removed continuously or intermittently on the inlet side of the solution and fresh layers are always introduced at the outlet side of the solution, which are mostly or completely loaded with the ion species to be exchanged.

IS42SOSIS42SOS

Für ti I α "ie-i:imxsGfae Itorchfuhrung dieser T erfahren wertLegn j-.Kiooli Immer aufwendige JkpparatTiren t>enö%3Lg%j was "'KWeii.*<jlsühne nachteilig: ist, da die I-oneaaaTisiauscht^chiiologie an sich, bestreit ist, die itiasftauschver-·' i-uirüii In Etögllchs"fc einfachen Vorrichtungen d führtiii. Bei ¥eivfahren mit bewegter situ: ^usätslich die Strömungsverhältnisse im AustaüsGher •>out nicht günstig, denn sowohl an der Stelle, "v/q "der Ioncnauiitausciier eingeführt Trird,, als auch dort, wo die bösungsn eingeleitet sind-»' heirsehen ungleichsniäßige Strömungen, -wojäurch die AustauschYiirfcung nicht iinerheislich jvj3Eniindert· wird. Bie Schwierigkeiten, mit'der-Ströiaungsirertell-ang'steigen mit de=E,-femgrosserung der Apparatur an. Die Beilegung der meist recht hohen Austauscher säulen 1st nur schwerfällig und führt zusätzlich sj. einem erhöhten Verschlelli. ■ : For ti I α "ie-i: imxsGfae Itorchführung this T experience values j-.Kiooli Always complex JkpparatTiren t> enö% 3Lg% j what"'KWeii. * <Jlsühne disadvantageous: is because the I-oneaaaTisiausschiiologie ^ chiiologie per se , it is disputed that itiasftauschver- · 'i-uirüii In Etögllchs "fc simple devices diii. At ¥ ei v drive with moving situ: ^ generally the flow conditions in the exchanger •> out not favorable, because both at the point," v / q "of the ionic knowledge introduced Trird, as well as where the bad ones are introduced-» 'marry unequal currents, -which the exchange is not actually impaired e, -femgrosserung the apparatus to the settlement of the usually quite high exchange column 1st only cumbersome and also leads to increased sj Verschlelli ■...:

ähnlichen Austauscheffekt kann man auch erreichen-,. In αβ:,Ί man die Lösung der austauschenden Ionen solange "durch das Austattscherbett jgiSXäSftleitei,. bis dle_< taUüGhenden Ionen vollständig oder bis SaI dem arti'l durch die au^Tauschenderi !©neu ersetzt- sind) wobei in- η nur ucnjealgeti Teil der resul tier enden Lösung Sb-fährt, dessen Seaälii aa attszütauschender lonenart den ntig>;s'trebten. Seinheitsforderungen entspricht, während der Rest t-er Lösung, In der bolde Ionenäiten vörhande'ii iiiö«» elnia-jert·. Das Aus tauscherbe tt wird danachA similar exchange effect can also be achieved. In αβ:, Ί the solution of the exchanging ions as long as "through the exchange bed jgiSXäSftleitei,. Until the dle_ <dewing ions are completely replaced or until the arti'l are replaced by the exchangeri! © new) whereby in η only ucnjealgeti Part of the resulting solution Sb-fahr, whose seaälii aa attszuauschender ion type corresponds to the necessary>;s' strived Afterwards, the exchange request becomes

Xoneftaft ernout beladen* fileLoad Xoneftaft ernout * file

~ 4~ 4

-. ff --. ff -

k 184280S k 184280S

eingelagerte Lösung: wird auf dieses Bett gegeben, wotei dia irt ito cm thai fc·«*«α ctuD.taua0hc5n.dG loKenapt cluroh waiter« iaengen- der aus zukamsche Eiden ersetzt werden» Derjenige Teil der dabei ausfließenden Losung,, der· die letzteren lauen-, in der erforderlichen Menge enthält,, wird wieder abgeführt·,, . ■ während der Rest eingelagert wird· Mach der eingelagerten. Lösung wird eine Lösung: aufgegeben,, die- nur die austauschenden Ionen enthält. Diese Eieihoifolge wird in jedem Zyklus in der gleichen Art wiederholt»stored solution: is placed on this bed, wotei dia irt ito cm thai fc · «*« α ctuD.taua0hc5n.dG loKenapt cluroh waiter « iaengen- der to be replaced from zukamsche oaths »The one part of the the solution flowing out, the · the latter lukewarm, in contains the required amount ,, is discharged again · ,,. ■ while the rest is put into storage · Mach the put into storage. Solution becomes a solution: abandoned ,, die- only those who exchange Contains ions. This eieihoi sequence occurs in every cycle repeated in the same way »

^s hat sich dabei gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Lösung, welche auszutauschende und austauschende Ionenarten; enthält, in Fraktionen aufzuteilen, .um überhaupt einen technisch brauchbaren Effekt zu erzielen. Diese Fraktionen enthalten meist etwa die gleiche Ionenmenge, wie die zugegebene reine Lösung. Man hat auch die Anzahl der Fraktionen vergrößert, um die gewünschte Beladung des Austauscherbettes mit den austauschenden Ionen mit einem möglichst kleinen Ueberschuß an den austauschenden Ionen zu erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß man die theoretischen Erwartungen auch durch die Verfahrensführung nicht erreichen konnte, wenn man lediglicli eine Vielzahl von Fraktionen verwendet» ·^ s has shown that it is advantageous to use the solution what kinds of ions to be exchanged and exchanged; contains to be divided into fractions, in order to achieve a technically useful effect at all. These factions contain usually about the same amount of ions as the one added pure solution. The number of fractions has also been increased in order to achieve the desired loading of the exchange bed with the exchanging ions with the smallest possible excess to reach the exchanging ions. However, it has been shown that theoretical expectations can also be met by the Procedure could not be achieved if one only a variety of fractions used »·

"■■ Ö 0 9.8 84/17 72"■■ Ö 0 9.8 84/17 72

OmtOmt - -- - .. ■-■-■-■ - ■ - ■ -

Diese Verfahren -wurden in zwei Arten von Einrichtungen durchgeführt. Bei dem einen igt der im Ionenaustauaeher-■behälter über dem Austausoherbett befindliche freie Raum vollständig mit Wasser gefüllt;, -während "bei einem anderen •dieser Saum teilweise leer und-lediglich direkt über dem Austauscherbett eine Flussigkeitsschicht vorhanden ist. Das liiveau der !Flüssigkeit sscihicht wird durch einen Schwimmer an einer "bestimmten Hone des Behälters fixiert» Die Höhe der Flüssigkeitsschicht ist jedoch unterschied« lieh, da das Austauscherbett "bekanntlich in einem Zyklus zwischenzeitlich verschiedene Volumina annimmt, die von der Art der Ionen und auch davon abhängig ist, ob txflt eine mehr oder weniger konzentrierte Lösung oder Wasser iiäHäifilrjf das Bett füllt.These procedures - have been carried out in two types of facilities carried out. With one of them, the ion exchange ■ container Free space above the exchange bed completely filled with water ;, -during "with another • this hem is partly empty and-only directly above the Exchanger bed a liquid layer is present. The level of the liquid is controlled by a float fixed to a "certain hone of the container" However, the height of the liquid layer is different " lent because the exchange bed "is known to be in one cycle in the meantime assumes different volumes, which depends on the type of ions and also on whether txflt a more or less concentrated solution or Water iiäHäifilrjf fills the bed.

Auch diese Verfahren sind nachteilig» Die auf die zu Beginn einer Phase über dem Auatauscherbett befindliche Wasserschicht geleitete Fraktion sinkt in dieser infolge ihres höheren spezifischen Gewichtes herab und wird dabei stark mit· Wasser verdünnt, während ein Teil des Wassers, mit etwas Lösung vermischt, in der Flüssigkeitsschicht zurückbleibt« Auch die nächste Fraktion trifft eine aus verdünnterer Lösung bestehende Schicht an. Da aber diese Fraktionen unterschiedlich zusammengesetzt sind, und zwar die aufzubauschenden Ionen in abnehmenden und die austauschenden Ionen in zunehmenden l.Iengen enthalten, verschiebt sich ihre Zuaamriiensetzung infolge dor Vermischung derart, daßThese processes are also disadvantageous Headed parliamentary group sinks in this as a result of their higher specific gravity and is strongly diluted with water, while part of the water, mixed with some solution, remains in the liquid layer « The next fraction also encounters a layer consisting of a more dilute solution. But since these factions are composed differently, namely the ions to be broken up in diminishing and the exchanging ones Ions contained in increasing numbers, shifts their composition as a result of the intermingling in such a way that

mehr austauschende Ionen in die ersteren und mehr auszutaaachendo Ionen in die hinteren Fraktionen gelangen«more ions exchanging in the former and more to be exchanged Ions get into the rear fractions "

Diese als .Rückvermischung bezeichnete Erscheinung vermin-« dert den -Effekt erheblich* Aehnlich ist die Situation später noch einmal, wenn die reine Lösung der austauschenden. Ionen»* art auf das l^istauscherbett gebracht wird. Das Bett ist dann noch mit der letzten eingelagerten Fraktion gefüllt, in der ebenfalls auszutauschende Ionen vorhanden sind. Diese Fraktion ist aber verdünnter als die frisch zugegebene Lösung,wie weiter unten nachgewiesen wird und die reine Lösurfg fällt in diese Fraktion hinein, wie zu Beginn die Fraktionen in das Wasser. Dadurch gelangen Teile der letzten Fraktion mit den auszutauschenden Ionen in die reine Lösung der austauschenden Ionenart.und verunreinigen sie. DerAustauscheffekt wird dadurch verschlechtert, vor allem dann, wenn die auszutauschenden Ionen bevorzugt aufgenommen werden. Das Austauscherbett ist nun mit der Lösung gefüllt, die aus der reinen Lösung der austauschenden Ionenart •besteht. Sie wird aus dem Bett durch Wasser verdrängt, wobei Wasser in die reine Lösung gelangt. Die Folge ist, daß die letzte i'raktipn immer verdünnter und auch spezifisch leichter als die zugegebene reine Lösung ist. . ~This phenomenon, known as "backmixing," changes the effect considerably * The situation is similar later again if the pure solution of the exchanging. Ions »* art is brought to the l ^ istauscherbett. The bed is then still filled with the last stored fraction in the There are also ions to be exchanged. This faction but is more dilute than the freshly added solution, as will be demonstrated below, and the pure solution falls into this Fraction in as at the beginning the fractions in the water. As a result, parts of the last fraction get with those to be exchanged Ions in the pure solution of the exchanging ion species. And defile them. The exchange effect is worsened by especially if the ions to be exchanged are preferred be included. The exchange bed is now filled with the solution that consists of the pure solution of the exchanging ion species •consists. She is displaced from the bed by water, whereby Water gets into the pure solution. The consequence is that the last i'raktipn always more dilute and also specifically lighter than that added pure solution. . ~

Um diese schädliche Vermischung zu verhindern, kann man die Konzentration der letzten Fraktion erhöhen, indem man die reine Lösung in konzentrierter Form zu dieser Fraktion vor seiner Aufgabe zugibt. Auf diese Weise kann man tatsächlich erreichen, daJ die Konzentration und auch das spezifische Gewicht der FraktionenTo prevent this harmful intermingling, one can use the Increase the concentration of the last fraction by adding the pure solution in concentrated form to this fraction before its task admits. In this way one can actually achieve that the concentration and also the specific weight of the fractions

009884/17T2009884 / 17T2

■ - ψ - ■ - ψ -

jleieh bleibt; die Zumischung. der konzentrierten Lösung zu der letzten Fraktion bringt aber gerade den Zustand hervor, den man vermeiden, wollte, nämlich die Vermischung- der reinen. Lösung der austauschenden mit den auszutauschenden Ionen. Daher ist .auch diese Methode ungeeignet, die in den letzten Fraktionen auftretenden nachteiligen Erscheinungen zu beheben«jleieh stays; the admixture. the concentrated solution but the last faction just creates the condition that one wanted to avoid, namely the mixing of the pure. Solution of the ions to be exchanged with the ions to be exchanged. Therefore, this method is also unsuitable To remedy adverse phenomena occurring in factions «

Ebenfalls tritt bei den bekannten Verfahren eine starke Verdünnung der Fraktionen gegenüber der zugegebenen reinen Lösung der austauschenden Ionen wegen der Zumischung großer Wassermengen auf, was auch nachteilig ist» AustauschreaktionenIn the known processes, too, there is strong dilution of the fractions compared to the added pure solution of the exchanging ions because of the admixture of large Amounts of water, which is also disadvantageous »exchange reactions

^zwischen ■■ ■ .
laufen.! Ionen verschiedener Wertigkeit in konzentrierten anders als in verdünnten Lösungen ab. So werden z.B„ die bei der Vfasser-.enthärtung aufgenommenen Calclumionen durch Ilatriumionen, die zur .Regenerierung des erschöpften Kationenaustauschers aufgegeben, werden, in konzentrierter Lösung mit besserem Wirkungsgrad ausgetauscht« Oft werden die beim Ionenaustausch erhaltenen !lösungen des auszutauschenden Ions konzentriert, wobei die Kosten wegen der Anwesenheit großer Wassermengen beträchtlich ez^hÖht werden« Y/ird die Lösung des auszutauschenden Ions als Aofall abgeführt r können e-rixönte Vias^serprob!eme -entstehen* Weiterhin braucht man auch zum Einlagern größere Behälter,, wenn das Volumen einer jaden, eingelagerten Fraktion infolge des Zumischens von Wasser erheblich erhöht wird.
^ between ■■ ■.
to run.! Ions of different valences in concentrated solutions differ from those in dilute solutions. For example, "the calcium ions absorbed during water softening are exchanged in a concentrated solution with better efficiency for ilodium ions, which are given up to regenerate the exhausted cation exchanger." costs due to the presence of large amounts of water considerably ez ^ hÖht be "Y / ith the solution of the exchanged ion as Aofall can r dissipated e-rixönte vias ^ serprob eme -entstehen * Further! you also need for storing large containers ,, when the volume of a jaden, stored fraction is increased considerably as a result of adding water.

009884/177 2009884/177 2

* 1S42805* 1S42805

Es wurde nun gefunden, daß man. diese Fach teile dann. ■vermeiden kann, wenn man die Durchführung der beim lonenatistau-sch in einer Phase erforderlichen Terfahrensschritte, des Terdrängens von Wasser durch eine Reaktionslösung des Ionenaustausches und der Verdrängung dor Lösung wieder durch Wasser, It has now been found that one. then share this subject. ■ avoid can, if one carries out the Ionenatistau-sch The procedural steps required in a phase, the urging of water by a reaction solution of ion exchange and the displacement of the solution again by water,

■--■/'-" wobei die Abläufe in Fraktionen unterteilt und teilweise getrennt eingelagert und im nächsten Zyklus nacheinander wieder über den Austauscher geleitet werden, so leitet, daß man die Verdrängung des Y/assers von mit der auszutauschenden Ionenärt beladenen Austauscherbett zunächst durch n., Fraktionen von Lösungen mit schrittweise zunehmender Konzentration der auszutauschenden Ionenart vornimmt und anschließend n^ Fraktionen von Lösungen "" aufgibt, die die auszutauschende Ionenart in bis auf nahezu KuIl schrittweise abnehme.nder Konzentration und die aus tau-, sehenden Ionen in schrittweise zunehmender Konzentration enthalten, so daß der Ionenaustausch in einer Lösung praktisch gleichbleibender Gesaintkonzentration erfolgt, mit n- Fraktionen reiner Lösung der austauschenden Ionen den Austausch beendet, wobei der^onzentration der Gesamtkonzentration der "* Hn Fraktionen entspricht, anschließend mit n. Fraktionen einer weitgehend reinen Lösung der austauschenden Ionenart in: schrittweise abnehmender Konzentration verdrängt und mit n^ Fraktionen Wasser nachspült sowie nu f. n2 und n. Fraktionen dem Einlauf entsprechender Zusammensetzuttg jeweils in der Beihenfolge ihres -Ablaufs für den nächsten Zyklus getrennt einlagert * ßg*Fraktionen■ - ■ / '- "whereby the processes are divided into fractions and partially stored separately and in the next cycle one after the other again passed over the exchanger, so that the displacement of the Y / water from the exchanger bed loaded with the ionic acid to be exchanged is first carried out n., makes fractions of solutions with gradually increasing concentration of the ion type to be exchanged and then gives up n ^ fractions of solutions "" which the ion type to be exchanged gradually decreases in concentration to almost cool and the resulting ions in gradually increasing concentration Contain concentration, so that the ion exchange takes place in a solution of practically constant total concentration, with n-fractions of pure solution of the exchanging ions, the exchange is terminated, the ^ concentration corresponding to the total concentration of the "* Hn fractions, then with n. Fractions of a largely pure solution the exchanging ion type in: schr ittwise decreasing concentration displaced and rinsed with n ^ fractions of water and nu f . n 2 and n. fractions of the composition corresponding to the inlet, each in the sequence of their -Ablaufs for the next cycle stored separately * ßg * fractions

3 Ö0I884/T77Z «AC5 ORKSiNAL3 Ö0I884 / T77Z «AC5 ORKSiNAL

' ■ ■ ' '■ ■ '

Wasser ait gegebenenfalls geringen-Mengen der auszutauschenden Ionenart verwirft und n„ Fraktionen der ausgetauschten lonenart als Produktlösung aus dem Zyklus herausschleust, worinWater, if necessary, discards small amounts of the ion species to be exchanged and n “fractions of the exchanged ion type as a product solution out of the cycle, in which

ft-!* υ,} η,, η., n_, nc und n„ an die Stelle einer definierten 1* -2* y 4f 5' 6 7ft -! * υ,} η ,, η., n_, n c and n "in place of a defined 1 * -2 * y 4 f 5 '6 7

Anzahl von Fraktionen treten·Number of factions occur

n. kann 2 - 20, n~ 5 - 50, n, 1-8, n. 2 - 10, , n. ■ t -8, ηn. can 2 - 20, n ~ 5 - 50, n, 1-8, n. 2 - 10,, n. ■ t -8, η

und n7 - n-z Fraktionen bedeuten,and n 7 - n -z fractions mean

!,Anzahl dery - iFraktionenj !, Number of y - i fractions j

da die^tleH e" "i'raktionen entsprechenden e · γ infolge Volumenänderung des Austauscherbetts erhöht oder vermindert sein kana·. Diese Betrachtung gilt ebenfalls für die c und o< Fraktionen· Das Volumen der einzelnen Fraktionen kann gleich oder-verschieden sein und ist, bezogen auf das Bettvolumen, innerhalb eines gewissen Bereichs variabel* Das Volumen der Fraktionen kann innerhalb des Bereiche von 10 · 100 $ des Bettvolumens liegen» DaS Volumen, der Fraktionen ist keine kritische Größe des erfindungsgemäßen Verf ahrens. . ._■"" -·.."' _--..■'. -.. ".; . ". \ . ■;;..- -';*.: .. ; since the actions corresponding to e · γ are increased or decreased as a result of the change in volume of the exchanger bed. This consideration also applies to the c and o <fractions · The volume of the individual fractions can be the same or different and, based on the bed volume, is variable within a certain range * The volume of the fractions can be within the range of 10 · 100 $ of the bed volume are »the volume, the fractions is not a critical variable of the process according to the invention. . ._ ■ "" - · .. "'_-- .. ■'. - ..".; . ". \. ■ ;; ..- - '; * .: .. ;

Schrittweise Zunahme oder Abnahme der Konzentration bedeutet nicht unbedingt eine regelmäßige Konzentrationsänderung, sie kann auch ungleichmäßig sein* /Gradual increase or decrease in concentration does not necessarily mean a regular change in concentration, it can also be uneven * /

Die Ürfindung beruht auf zwei Grundgedanken,The invention is based on two basic ideas,

1. die Aufteilung der nicht ausgenutzten Lösung in eine Vielzahl von Fraktionen, wobei der Gesamtionengehalt der einzelnen Fraktionen vorteilhaft kleiner als die der zugegebenen reinen Lösung ist, und 1. the division of the unused solution into a large number of fractions, the total ion content of the individual fractions advantageously being smaller than that of the pure solution added, and

2* die V**hinderune der SUr^schm^ tw^htn den einzelnen2 * the V ** hind run of the SUr ^ schm ^ tw ^ htn the individual

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Fraktionen außerhalb und innerhalb des Austauscherbettes·Fractions outside and inside the exchanger bed

Durch die Aufteilung in eine Vielzahl kleiner Fraktionen wird einmal die Gesamtwirkung der zugegebenen Lösung erhöht, weil sich ihre Zusammensetzungen der stetigen Austauschkurve besser anschmiegt als beim Einsatz von wenigen, großen Fraktionen. Daraus resultiert, daß bei gleichem Volumen der eingelagerten Flüssigkeitsmenge mehr Ionen ausgetauscht werden können.By dividing it into a large number of small fractions once the overall effect of the added solution is increased because its compositions follow the continuous exchange curve snuggles better than when using a few, large fractions. As a result, more ions are exchanged for the same volume of the stored amount of liquid can.

Dieser Effekt wird nur dann erzielt, wenn die Einlagerung der Fraktionen in getrennten Gefäßen vorgenommen wird, welche dann in jedem Zyklus in der gleichen Reihenfolge gefüllt bzw. entleert werden« Es wird dadurch erreicht, daß die Fraktionen sich nur unwesentlich vermischen. Es ist auch vorteilhaft, die Höhe der über dem Austauscherbett befindlichen Flüssigkeitsschicht möglichst klein zu halten, und zwar so klein, daß-das Volumen einer Einzelfräktion nicht erreicht wird« aber auch nicht kleiner als zum Schutz der Oberfläche des Austauseher·· ; bettee erforderlich ist, damit eine Aufwirbelung de» Aueta\i»cher- | materials durch die auftreffenden Flüssigkeitsstrahlen.vermie- den wird. Eine Schichthöhe von 1,5 - 3»5 °a hat sich als günstig · erwiesen. Die effektiv verwendete Höhe dieser Flüssigkeitsschicht kann von einer Reihe von Faktoren abhängen, wie beispielsweise ; dem Querschnitt des Austauscherbetts; dem Volumen der Einzelfraktion, der Durchfluß- bzw. der Zuflußge3chwindigksit etc* Der günstigste Wert muß von Fall zu Fall experimentell ermittelt wer- \ den. Der Flüssigkeitsspiegel hat sich auch der Volumenänderung ' des Austausoherbettes anzupassen} sich dieser entsprechend senken und heben. Die zufließende Flüssigkeit wird in der Flüsaigkeits·- schicht atöts reproduzierbar und gleichmäßig vermischt* Auf dieseThis effect is only achieved if the fractions are stored in separate vessels, which are then filled or emptied in the same order in each cycle. The result is that the fractions only mix insignificantly. It is also advantageous to keep the height of the liquid layer above the exchanger bed as small as possible, namely so small that the volume of an individual fraction is not reached, but also not smaller than to protect the surface of the exchanger; bed tea is required so that the »Aueta \ i» cher- | material is avoided by the impinging jets of liquid. A layer height of 1.5-3 »5 ° a has proven to be favorable. The effective height of this liquid layer used can depend on a number of factors such as ; the cross section of the exchanger bed; the volume of the individual fraction of the flow or the Zuflußge3chwindigksit etc * The cheapest value must advertising determined from case to case experimentally \ the. The liquid level also has to adapt to the change in volume of the exchange bed} and lower and raise itself accordingly. The inflowing liquid is mixed in the liquid layer at least reproducibly and evenly * on this

**** 009884/1772 ^009884/1772 ^

■■"■"■ f ΛΛ SADORiGINAL■■ "■" ■ f ΛΛ SADORiGINAL

1111

,' ."-ίέίϋ; .'w^rcl dj*ü'unerwünschte '\Toreilen von zufließenden Flüsnig- ;.t :LU;U:ilcm, deren opeztfisehea Gewicht größer ist7 als das der ?lür.ni,;koitsschicht, ausserhalb des Bettes 'vermieden..? '. "- ίέίϋ; .'w ^ rcl dj * ü'unerwünschte' \ Toreilen of incoming Flüsnig-; t: LU U: ILCM whose opeztfisehea weight is greater than that of the 7 lür.ni; koitsschicht "Out of bed" avoided.

.-iV-V Erläuterung der erf indungsgeinäßen Arbeitsweise dient die bfliierende Fig» 1, welche schematisch eine Phase des Austauschzyklus anhand der Zusammensetzungen der Ein- und Ausläufe wieder .-IV-V Explanation of the method of operation according to the invention is used in FIG. 1, which schematically shows a phase of the exchange cycle on the basis of the compositions of the inlets and outlets

Dor Ionenaustauscher iet zu Beginn zunächst mit der Ionenart A β .laden, während das Bett mit reinem Wasser gefüllt ist. Die lonenart B soll gegenüber A bevorzugt aufgenommen werden. Das. ,7'ts^er wird aus dem Austauscherbett du;':h n> Fraktionen von A-IonlÖsunjen der Reihe a schrittweise ansteigender Konzentration verdrängt,. Im Auslauf treten-zunächst ng Fraktionen reinen T/assers aufτ die iai* einem sehr geringen Gehalt an Α-Ion abgezogen und aus .den Zyklus entfernt werden» Danach folgen im Auslauf auch ti, Fraktionen von A-I ο nib* sunken ansteigender Konzentration^ deren "tjuaiitiitionsetzungen mit" Phasenverschiebung den aufgegebenen n> Frakti ori^n entsprechen* Da der Aus tauscher zu diesem Zeitpunkt mit den -;1 oichen Ionen beladen istr findet zunächst auch kein Ionenaustausch statt« Danach vrerden n~ Fraktionen der Reihe b, deren (iosaraticonzentration der reinen B-Lösung entspricht, aufgegeben, ■::'ottCi± aas Ion A in schrittweise abnehmender Konzentration und das Wi\x hinzutretende Xon B in schrittweise zunehmender KonzentrationThe ion exchanger initially charges with the ion type A β, while the bed is filled with pure water. The ion type B should be absorbed in preference to A. That. , 7'ts ^ he is displaced from the exchange bed you; ': h n> fractions of A-ion solutions of the series a of gradually increasing concentration In the outflow, there are initially ng fractions of pure water on τ di e ia i * a very low content of Α-ion are withdrawn and removed from the cycle concentration ^ whose "tjuaiitiitionsetzungen with" phase shift discontinued n> Frakti ori ^ n correspond * Since the off exchanger at this time with the -; loaded 1 oichen ion r first finds no ion exchange takes "Then n ~ fractions vrerden the series b whose (iosaraticonzentration of pure B-solution corresponds abandoned ■ :: 'ottCi ± aas ion A in gradually decreasing concentration and the Wi \ x supervening Xon B in gradually increasing concentration

v/ird. Da die Kartzentrationen der, n«. Fraktianen praktisch bleiben·"-eilt keine der vorhergehenden voraus, im Auslauf werden' dabei n™ Fraktionen der.Beihe q* eiiner Iib'sung erhalten, die praktiscli nur A-lon und unte£ ITmetändeft Spuien des B-I öits ent hai ten. Diese Losung stellt dag gewonnene; Produkt derv / ird. Since the map concentrations of the "n". Fractians handy stay · "- none of the previous ones rushes ahead, in the outflow there are n ™ fractions of the received, the practiscli only A-lon and under £ ITmetändft spuien des B-I öits contained. This solution represents the won; Product of

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

und wird aus dem Zyklus entfernt. Die folgenden ausfließenden n2 Fraktionen der Reihe "b'1 werden eingelagert. Mess ng Fraktionen werden stets in gleicher Zusammensetzung und Konzentration im Auslauf erhalten. Dansch werden n, Fraktionen der Reihe c der Lösung reinen B-Ions durch das Austauscherbett geschickt. Diese Lösung wird anschließend durch η, Fraktionen der Reihe d von B-Ionlösungen verdrängt, wobei das B-Ion in schrittweise bis auf nahezu 0 abnehmender Konzentration verwendet wirdο Auf das Austauscherbett werden anschließend n,- Fraktionen der Reihe e Wasser aufgegeben» Danach ist das Bett mit Wasser gefüllt', welches nur noch geringe Mengen B-Ion enthält. Im Auslauf werden zunächst die letztenand is removed from the cycle. The following outflowing n 2 fractions of series "b ' 1 are stored. Measuring n g fractions are always obtained in the same composition and concentration in the outflow. Then n, fractions of series c of the solution of pure B ions are sent through the exchanger bed. These Solution is then displaced by η, fractions of series d of B-ion solutions, with the B-ion being used in a concentration that gradually decreases to almost 0 filled with water 'which only contains small amounts of B-ion

Fraktionen der Reihe b!, danach die der Reihe d' erhalten.Fractions of the series b ! , then obtained that of the series d '.

In der folgenden Phase des Zyklus , der normalerweise aus2 oder auch sus mehreren Phasen besteht, kann der beschriebene TorgangIn the following phase of the cycle, which usually consists of 2 or also consists of several phases, the gate passage described can

O-O-

sinngemäß wiederholt werden. So werden beispielsweise bei derbe repeated accordingly. For example, the

in -.in -.

Beladung des Austauschbetts mit Α-Ionen, die/der vorstehenden Beschreibung verwendeten A- und B-Ionen lediglich vertauscht. Die Verfahrensschilderung gilt sowohl für den Fall des Kationenais auch des Anionenaustauschs. Die nacheinander folgenden Zyklen werden stets auf die gleiche Weise durchgeführt, wobei in jeder Teilphase die entsprechenden Fraktionen wieder benutzt werden, die im vorgegangenen Zyklus erhalten wurden. Im stationären Zustand, der sich nach Durchführung von mehreren Zyklen einstellt, bleibt die Zusammensetzung der einzelnen Fraktionen und der aus dem System entfernten Flüssigkeiten, (Vorlauf-Wasser und Produkt des Ionenaustausches) unverändert* "Loading of the exchange bed with Α ions, the / the above Description used A and B ions only interchanged. The description of the process applies to the case of the cation also of anion exchange. The successive cycles are always carried out in the same way, with each Partial phase the appropriate fractions are used again, which were obtained in the previous cycle. In the steady state, which is achieved after several cycles have been carried out, What remains is the composition of the individual fractions and the liquids removed from the system (feed water and product of ion exchange) unchanged * "

Die Trennung des Wassers von der Lösung gelingt beim Verdrängen des Wassers durch die Lösung nie ganz vollständig. Ein kleiner Teil der auszutauschenden Ionen gelangt in das abgetrennte Wasser und ein Teil des '»'/assers verdünnt daa abgetrennte Produkt. ",The separation of the water from the solution succeeds when displacing of the water through the solution never completely. A little Some of the ions to be exchanged find their way into the separated water and part of the water dilutes the separated product. ",

" n " 009884/1772" n " 009884/1772

Je nach den, gegebenen Bedingungen kann man so verfahren, daß man das Volumen des Vorlauf-Wassers erhöht und gleichzeitig das Volumen der Produktlösung herabsetzt oder umgekehrt» Im era ten, Fall ,nimmt der Salzgehalt der Vorlaufs und die Konzentration der Produktlösung zu, im zweiten ist .die Änderung umgekehrt» . ·Depending on the given conditions, one can proceed in such a way that the volume of the flow water is increased and at the same time reduces the volume of the product solution or vice versa »Im times, case, the salinity of the forerun and the concentration decreases the product solution to, in the second is "the change reversed" . ·

ie Trennung der Lösung vom Wasser erfolgt praktisch vollstän- dig. Das Volumen des Austauscherbettes hängt infolge unterschiedlicher Hydration sowohl von der Art der auszutauschenden Ionen als auch von der Art des Austauschermaterials ab. Ist nun das Volumen des mit den auszutauschenden Ionen beladenen Bettes größer als nach der Umladung mit den austauschenden Ionen, so -vird beim Austausch, der ersteren durch die letztere Ion-enn^t ϊ/asser aogegeben. Dieses Viasser gelangt in die Fraktionen der Reihe b, mit denen der Austausch durchgeführt wird. Demzufolge wird die Konzentration der ersten Fraktionen dieser Reihe niedriger als lie der letzten und die des Produktes niedriger als die der zugegebenen reinen Lösung. Dieser Unterschied läßt sich nicht beheben. Im umgekehrten Fall, in dem das Volumen des mit den auszutauschenden Ionen beladenen Bettes kleiner ist als das Volumen des mit 'den auszutauschenden Ionen beladenen, wird Wasser während des Austausches von der Lösung entzogen und die ersten Fraktionen der Reihe b //erden konzentrierter 3ein als die letzten. In diesem Fall erhält man eine Produktlösung, die konzentrierter ist als die zugegebene £'oine Lösung.The separation of the solution from the water is practically complete . As a result of different hydration, the volume of the exchange bed depends both on the type of ions to be exchanged and on the type of exchange material. If the volume of the bed charged with the ions to be exchanged is greater than after the charge reversal with the exchanging ions, then in the exchange, the former is given by the latter ion. This Viasser enters the fractions in series b with which the exchange is carried out. As a result, the concentration of the first fractions in this series is lower than that of the last and that of the product is lower than that of the pure solution added. This difference cannot be remedied. In the opposite case, in which the volume of the bed loaded with the ions to be exchanged is smaller than the volume of the bed loaded with the ions to be exchanged, water is withdrawn from the solution during the exchange and the first fractions in the series are more concentrated than the last. In this case, a product solution is obtained which is more concentrated than the added solution.

Das erfinduiagsgemäße Verfahren kann auoh bei über ZimmertemperaturThe method according to the invention can also be carried out at above room temperature

en Λ liegenden Temperaturen in der beschrieben Weise durchgeführt werden. iiaboi werden die bereits bekannten Vorteile erzielt« Wegen der höheren DiffusionsgeBChwindigkeiten laufen die Austauechreaktionen im allgemeinen schneller ab und"der Effekt des Auataueohes wirden Λ lying temperatures can be carried out in the manner described. As a result, the already known advantages are achieved. Because of the higher diffusion rates, the exchange reactions generally run faster and the effect of the exchange becomes greater

,ias; 009884/1772, ias ; 009884/1772

dadurch nicht unerheblich erhöht»wodurch man auch mit konzentrierteren Lösungen als bei niedrigen Temperaturen arbeiten kann.thereby not insignificantly increased »whereby one also with more concentrated Solutions than can work at low temperatures.

Die' Geschwindigkeit des Flüssigkeitsauftrags auf das Austauseherbett; ist abhängig von apparativen Größen, dem Austauscherharz und den physikalischen Eigenschaften der Lösungen bzw. des Wassers. Das Volumen der zufließenden Flüssigkeit pro Zeiteinheit kann sich bei Durchlaufen der Phase ändern. Durch bekannte Mittel .vird die zufließende Menge so bemessen, daß die beschriebene, schützende Flüssigkeitsschicht- auf dem Austauscherbett immer erhalten bleibt. Verschiedene Batterien von Fraktionen können auch schneller auf das Bett aufgebracht werden. Es sind dieses Fraktionen, die lediglich auf bzw« in dem Bett vorhandene Fraktionen von Lösungen, oder Wasser verdrängen, d.h. mit denen kein Ionenaustausch durchgeführt wird. ■Durch Einbau von Ventilen etc. kann man das auf relativ einfache Art und Weise erreichen» ■The rate of fluid application to the exchanger bed; depends on the apparatus sizes, the exchange resin and the physical properties of the solutions or the water. The volume of the inflowing liquid per unit of time can change as the phase goes through. By known means .vird Measure the amount flowing in so that the described, protective Liquid layer is always retained on the exchanger bed. Different batteries from factions can also use it faster Bed to be applied. These fractions are the fractions of solutions or water that are only present on or in the bed displace, i.e. with which no ion exchange is carried out. ■ By installing valves, etc., this can be done relatively easily Way to achieve »■

Die Übertragung der im Laboratorium erhaltenen Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens auf industrielle Maßstäbe erfolgt in der '.Veise, in dem man die Relation der Mengen der einzelnen Fraktionen, bezogen auf das Volumen des Austauscherbettes und ihre Zusammensetzung beibehält. Infolge der andersartigen Strömungs-Verhältnisse.wird dabei eine gewisse Verschiebung, der Zusammensetzung der Fraktionen stattfinden, aber der stationäre Zustand v/ird dennoch relativ schnell erreicht. Eine Änderung der Zusain.,iensetzung der Fraktionen aus den Laboratoriumsversuchen./ Bei industrieller Ausübung des. erfindungsgemäßen Verfahrens kön- . nen auch mehrere Austauscherbetten in Phasenverschiebung eingesetzt werden. In diesem Fall kommt man' mit einem Satz von Ein-The transfer of the results obtained in the laboratory of the invention Procedure on an industrial scale takes place in the '.Veise, in which the relation of the quantities of the individual fractions, based on the volume of the exchanger bed and its composition. Due to the different flow conditions. Will there is a certain shift in the composition of the fractions take place, but the steady state It is nevertheless reached relatively quickly. A change in composition of the fractions from the laboratory tests./ When the process according to the invention is carried out on an industrial scale, it is possible. Several exchange beds can also be used in phase shift. In this case one comes' with a set of inputs

lagorungsbatterien aus.
*) erübrigt sich daher
storage batteries off.
*) is therefore unnecessary

■" 15 " .. 00988 A /1 7 7 2■ " 15 " .. 00988 A / 1 7 7 2

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedenartigen Vorrichtungen durchgeführt werden» Zwei Einrichtungen werden diese zweckmäßigerweise immer gemeinsam haben. Die eine Einrichtung dient der Regelung der Höhe der Flüssigkeitsschicht auf dem Austauscherbett„" Dieses läßt sich durch zwei Schwimmer erreichen, von denen der eine auf der Oberfläche des Austauscherbettes schwimmt, während der andere in der Flüssigkeit liegt. Der relative Stand dieser Schwimmer zueinander dient zur Regelung» -The inventive method can be in various Devices are carried out »Two institutions will always have these in common for practical purposes. The one institution is used to regulate the height of the liquid layer on the exchanger bed "" This can be controlled by two floats reach, one of which is on the surface of the exchanger bed floats while the other is in the liquid. The relative position of these swimmers to each other is used to regulate » -

Eine weitere Einrichtung gewährleistet, daß sich die Fraktionen Λ vor der Wiederaufgabe nicht vermischen. Sie werden durch einen Trichter auf das Austauscherbett geleitet,, Der Trichter ist so bemessen,daß er das Volumen einer Fraktion aufnehmen kann. Die einzelnen Fraktionsbehälter sind mit Abläufen versehen, durch die die Flüssigkeit schneller abfließt als sie weiterbefördert wird, so daß sich die Flüssigkeit im Trichter ansammelt* I'Iittels eines Schwimmers "Wird bei nahezu vollständig abgesunkenem Niveau das Sinfließen der nächsten Flüssigkeitsfraktion gesteuert. Der vom Schwimmer ausgelöste Impuls wird auf bekannte Art zumOeffnen derAnother facility ensures that the parliamentary groups Λ do not mix before they are relinquished. They are passed through a funnel onto the exchanger bed. The funnel is dimensioned so that it can take up the volume of a fraction. The individual fraction containers are provided with drains through which the liquid flows off faster than it is transported further, so that the liquid collects in the funnel triggered pulse is used in a known manner to open the

Verschlußorgane der Fraktionebehälter verwendet. 'Closing organs of the fraction container used. '

Zur Durchführung der nachstehenden Beispiele diente eine Vorrichtung, die in Fig. 2 und 3 schematisch wiedergegeben wird. Das Austauschergefäß 5 der Fig. 2 enthält das Ionenaustauscherharz 6, welches von einer niedrigen Flüssigkeitsschicht 48 bedeckt ist· In einem gewissen Abstand zu dieser Flüssigkeitsschicht befindet sich eine Verteilervorrichtung 8. Die zulaufenden Fraktionen gelangen über die Leitung 7 in ein Gefäß 49,.-welches so bemessen ist, das ein Volumen einer Fraktion aufgc men wordon kann» In dem Gefäß 49 Taefindet eich zur Steuerung derA device was used to carry out the following examples which is shown schematically in Figs. The exchange vessel 5 of FIG. 2 contains the ion exchange resin 6, which is covered by a low liquid layer 48 is · At a certain distance from this liquid layer there is a distributor device 8. The incoming fractions pass via the line 7 into a vessel 49, which is dimensioned in such a way that a volume of a fraction is added men wordon can »In the vessel 49 Taefindet to control the

^ ^ ,, 00 9 884/1772^ ^ ,, 00 9 884/1772

— 10 —- 10 -

Ventile 17'- ein Schwimmer 50. Die Abläufe gelangen über Leitung 9 zu einem 3-^eghahn 22, der zur Steuerung der aus dem Kreislauf hinauszuschleusenden und der im Kreislauf behaltenen Fraktionen dient, über Leitung 23 gelangen Vorlaufwasser und Produktlösung zu einem weiteren 3-Weghahn 24. Über die Leitungen 25 und Valves 17 ′ - a float 50. The drains pass through line 9 to a 3- ^ tap 22, which is used to control the out of the circuit to be channeled out and used for the fractions retained in the circuit; feed water and product solution pass via line 23 to a further 3-way valve 24. Via lines 25 and

26 wird-das Vorlaufwasser bzw. die Produktlösung abgeführt. Durch die Leitungen 10 und 11 gelangen die im Kreislauf verbleibenden Fraktionen zu den entsprechenden Behälterbatterien 12 - 16,26 - the feed water or the product solution is discharged. The fractions remaining in the circuit pass through lines 10 and 11 to the corresponding container batteries 12 - 16,

27 - 33 und 34 -.36. Die 3-Weghähne 38 dienen zur Umleitung der einzelnen Fraktionen. Die Fraktionen der Behälter-Batterien 12 - 16,27 - 33 und 34 - 36 werden in den Behälter 49 eingefüllt und mittels einer Pumpe 19 über Leitung 18 auf das Austauscherbett gebracht. Die Behälter 3 und 4 dienen zur Aufnahme von Wasser bzw. reiner Lösung des austauschenden Ions. Die Fraktionen des Wasser bzw. der reinen Lösung wurden vor der Aufgabe auf das Bett in Behälter-Batterien 20 a-c bzw, 37 a-c gelagert. Über die Leitung 21 bzw. 39 fließen diese Fraktionen in den Aufnahmetrichter 49 und anschließend auf das Bett. ·27 - 33 and 34 - 36. The 3-way cocks 38 are used to divert the individual factions. The fractions of the container batteries 12 - 16, 27 - 33 and 34 - 36 are filled into the container 49 and by means of a pump 19 via line 18 to the exchanger bed brought. The containers 3 and 4 are used to hold water or pure solution of the exchanging ion. The factions of the Water or the pure solution were stored in container batteries 20 a-c or 37 a-c before being placed on the bed. Above the line 21 and 39, these fractions flow into the receiving funnel 49 and then onto the bed. ·

Der Verteiler 8, der Fig. 2 besteht aus einem flachen, zylinderischen Gefäß mit einer Lochplatte 4I 3^8 Boden. Das Bezugszeichen 42 soll die Lage der Löcher angeben. -The distributor 8 of FIG. 2 consists of a flat, cylindrical vessel with a perforated plate 4I 3 ^ 8 bottom. The reference numeral 42 is intended to indicate the position of the holes. -

Unterhalb des Verteilers befindet sich eine zweite Lochplatte 43, deren Löcher 45 gegenüber 42 versetzt sind. Die Löcher 45 sind von kleinen Eohrstücken 46 umgeben, die das Verspritzen der Flüssigkeit verhindern sollen.Below the distributor there is a second perforated plate 43, the holes 45 of which are offset with respect to 42. The holes 45 are surrounded by small ear pieces 46 that prevent the liquid from splashing should prevent.

Die Rohrstücke 47 unterhalb der Lochplatte 43 tragen einen Einbau, der ein riunktförmiges Abtropfen der Flüssigkeiten gewährleistr-i«The pipe sections 47 below the perforated plate 43 carry an installation that a rib-shaped dripping of the liquids is guaranteed

- 17 - ! - 17 - !

00 98 84/177200 98 84/1772

ORIGINALORIGINAL

d.urxjs£ienuiße Verfahren erzielten Effekte:d.urxjs £ ienuiße procedure achieved effects:

• *• *

Beispiel 1;Example 1;

ils sollen die Ammoniumionen eines Kationenaustauschers durch Kaliumionen ersetzt werden, die in Form einer KaliumchloridlÖ-sung aufgegeben wird. Die Reaktion kann durch die folgende Glei· chung beschrieben werden! r The aim is to replace the ammonium ions of a cation exchanger with potassium ions, which are released in the form of a potassium chloride solution. The reaction can be described by the following equation! r

KCl-.. + NH. s R1 —> ο NH„C1T.. +K Losung 4.1 4 LosungKCl- .. + NH. s R 1 -> ο NH „C1 T .. + K solution 4.1 4 solution

Als JL· wurde ein Kationenaustauscher auf der Basis eines modifizierten Polystyrols mit Sul'fonsäureresten als aktive Gruppen der üblichen. Korngröße eingesetzt. Das verwendete Harz-ist im Handel unter der Bezeichnung lewatit S 100 erhältlich.As JL · a cation exchanger based on a modified Polystyrene with sulphonic acid residues as active groups of the usual. Grain size used. The resin used is commercially available available under the name lewatit S 100.

jJs wurde ein Austauscherbett von 65 1 mit einer Füllhöhe von 1 m verwendet^' 'An exchange bed of 65 liters with a filling height of 1 m was used used ^ ''

Die Kaliumionen werden bei diesem Austausch bevorzugt aufgenomr.ien„ The potassium ions are preferentially absorbed in this exchange "

Der Austausch wurde zunächst iait einer 3,8 η KCl-LÖsung nach bekanntem einfachen Austauschverfahren durchgeführte Die Dürchsatzgeschv/indigkeit der KCl-Lösung betrug 6 Volumen Lösung/Volumen AüstaaschQr pro Stunde, ä's waren rund I70 °/o der gesamten Kapazität' des Austauacherbettes an Kaliumionen erforderlieh, um alle Aimuoniumionen auszutauschen, liachdem 40 "/* des Bettvolumens als reines 'Ya α ο-er erhalten wurde, erschien das NH. Cl in Lösung. Diese erreichte abfjr erst nach weitereri85 0Jo des Bettvolumens die Eingangskonaentration, ao daß rund 25 fo des Bettvolumens an Wasser in die LösungThe exchange was first IAIT a 3.8 η KCl solution by a known simple exchange process performed The Dürchsatzgeschv / indigkeit of the KCl solution was 6 volume solution / volume AüstaaschQr per hour, ä's were about I70 ° / o of the full capacity 'of Austauacherbettes to potassium ions erforderlieh to all Aimuoniumionen to replace 40 "/ the bed volume was obtained as a pure 'Ya α ο-he liachdem *, NH Cl appeared. in solution. This reached abfjr after more r i85 0 Jo the bed volume the Eingangskonaentration, ao that about 25 fo the bed volume of water in the solution

-■·-.■ 00988A/1772- ■ · -. ■ 00988A / 1772

11 Iu* 11 Iu *

jel'ingte. Beim Verdrängen der KCl-Lösung nahm diese "weitere 10 .0 dea Bettvolumens an V/asser auf, bis der Ealiumchloridgehalt im Auslauf vernachlässigbar wurde.jel'ingte. When the KCl solution was displaced, it took up a further 10 .0 dea bed volume of water until the potassium chloride content in the outlet became negligible.

Die gesamte ausfließende Lösung hatte demnach statt 3,8 η nur 2,3 η Konzentration und darin betrug die Konzentration des NH Cl's nur 1,35 ne
]jrfindungsgeinäßes Verfahren;
The total outflowing solution therefore had a concentration of only 2.3 η instead of 3.8 η and the concentration of NH Cl was only 1.35 n e therein
] Invention method;

'As wurde zuerst das Wasser aus dem Austauscherhett verdrängt« Dazu wurden 10 (=n.. ) Fraktionen der Batterie a (Fig. 1) eingesetzt, deren Volumen je 30 Lß> des Bettvolumens betrug und in· denen die Konzentration des NH.Cl's von 0,4 η bis auf 2,8 η schrittweise anstieg. Danach wurden 25 (=n„) Fraktionen der Batterie h aufgegeben, deren Volumen je 15 des Bettvolumens betrug* 'As was first the water from the Austauscherhett displaced "To this was added 10 (= n ..) fractions of the battery A (FIG. 1) whose volume was 30 liters ß> of the bed volume and in · which the concentration of NH. Cl's gradually increased from 0.4 η to 2.8 η. Then 25 (= n ") fractions of the battery h were given up, the volume of which was 15 ° of the bed volume *

Die Gesamtkonzentration dieser Fraktionen war 3j8 η und die . Konzentration der Kaliumionen stieg darin schrittweise von 0,2 η auf 3,65 η an, während die der Ammoniumionen sich jeweils aus der Differenz zwischen 3,8 η und diesen Werten ergaben. Nun wurde reine KCl-Lösung in 4 C=31O Fraktionen zugegeben, deren Konzentration 3> 8 η und deren gesamter Kaliumgehalt gleich der Kapazität des Austauscherbettes (hier 2,2 val/l Bettvolumen) entsprach. ; Zur Verdrängung dieser Lösung wurden 6 (—ή.) Fraktionen einer ' Lösung verwendet, deren Volumen je 20 <fo des Bettvolxunens betrug und deren Konzentration schrittweise von 3>6 bis auf ö,o4 abnahm. Zum Schluß wurden noch 4 (=n,-) Fraktionen reines Wasser von je 18 /o des* Bettvolumens aufgegeben,The total concentration of these fractions was 3j8 η and the. The concentration of the potassium ions rose gradually from 0.2 η to 3.65 η, while that of the ammonium ions resulted from the difference between 3.8 η and these values. Pure KCl solution was then added in 4 C = 31 O fractions, the concentration of which corresponded to 3> 8 η and the total potassium content of which corresponded to the capacity of the exchanger bed (here 2.2 eq / l bed volume). ; To displace this solution was added 6 (-ή.) Fractions using a 'solution of which the volume per 20 <fo the Bettvolxunens was gradually and its concentration of 3> to 6 on ö, o4 decreased. Finally, 4 (= n, -) fractions of pure water, each of 18 / o of the bed volume, were added,

Aue dem Austauscherbett flössen zuerst (»n.-) Fraktionen reines V/asaor, welches gegon Ende etwasNH .Cl enthielt. Das Volumen dieser Fraktionen e1 betrug 65 c/o des Bettvolumens und die Menge des verlorenen NH. Cl's machte 3 "ß> der Austauscherkapazität aus. Als die Konz0ntrattVon der ausfliefienden Lösung 0,3 η erreichte, wurde- die ersteFirst (»n) fractions of pure V / asaor, which at the end contained some NH.Cl, flowed out of the exchange bed. The volume of these fractions e 1 was 65 c / o of the bed volume and the amount of NH lost. Cl's accounted for 3 "ß> of the exchanger capacity. When the concentration t of the outflowing solution reached 0.3 η, the first one

00 9 88 4/1772 BAD original00 9 88 4/1772 BAD original

Fraktion dor a'-Batterie ™*hw«.Fraktion dor a'-Batterie ™ * hw «.

-1*- 16A280S- 1 * - 16A280S

abjezv/eigt und in das entsprechende Lagergefäß eingefüllt. Nachdem diese Batterie wieder aufgefüllt-war, wurde das Produkt der Auatiuschreaktion, eine Lösung von NH-Cl mit der Konzentration von 3165 η und mit einem Ealiiinigehalt von 0,014 ή in 4 "(=n 7) Fraktionen abgezogen und aus dera Kreislauf entfernt. Danach folgten n? und n, Fraktionen der Seihe b1 und d1 und Zusai.iaensetzung der Reihe, deren Anzahl der Batterien b und dentsprachen Jachdca alle Fraktionen nieder aufgefangen waren, war diese Phase beendet.abjezv / eigt and poured into the corresponding storage container. After this battery was replenished, the product of the Auatiusch reaction, a solution of NH-Cl with a concentration of 3165 η and an alkaline content of 0.014 in 4 "(= n 7 ) fractions was drawn off and removed from the circuit. Thereafter followed n ? and n, fractions of the series b 1 and d 1 and composition of the series, the number of batteries b and d corresponding to all fractions were collected, this phase was over.

In der folgenden Phase wurde das Austauscherbett mit Ammoniumionen beladene In the following phase, the exchange bed was loaded with ammonium ions e

Beispiel 2; ' Example 2; '

Ss sollen die Calciumionen eines Kationenaustauschers durch '.Yasaerstoff'ionen ersetzt werden,- welche in Form von Salzsäure . aufgegeben wird. Die Reaktion kann durch die "folgende- Gleichung beschrieben τ/erden:The calcium ions of a cation exchanger are supposed to pass through '.Yasstoff'ionen be replaced - which in the form of hydrochloric acid. is abandoned. The reaction can be described by the following equation τ / earth:

2 HC1Lösung + Ca -. ^)2 —* CaC12 +2 H = R2 Als Kationenaustauscher, der üblichen Korngröße, "wurde ein ähnlicher Austauscher-wie in Beispiel 1 verwendet, wölcher im Handel untor der Bezeichnung Dowexy erhältlich ist. 2 HC1 solution + approx . ^) 2 - * CaC1 2 +2 H = R 2 As the cation exchanger, the usual grain size, "a similar exchanger was used as in Example 1, which is commercially available under the name Dowexy.

Bei üiöseia Austauach v/erden die Calciumionen bevorzugt aufge-At üiöseia Austauach the calcium ions are preferentially

Yer tleichsvorsucht -Y he falsehood -

Der Austausch wurde mit einer 2 η HCl-Lösung »ie iia einfachen Austausch durchgeführt. Die Durchsatzgeschwindigkeit betrug 6 Volumen l'lüseifjkeit/V-j-luiaen Austauscher pro Stunde. Zur Entfernung von 21 ij if.val Ca-Ionen von I50 ml Austauscherbett niui3te raan 466 mval 2 η IiGl vurv/enden oder 224 lh der stÖchiomoiiischen l.ienge der entfErnten Ga-Ionen.The exchange was carried out with a 2 η HCl solution, ie a simple exchange. The throughput rate was 6 volumes of fluid / fluid exchanger per hour. To remove 21 ij if.val Ca ions from 150 ml exchange bed niui3te raan 466 mval 2 η IiGl vurv / ends or 224 lh the stoichiometric length of the removed Ga ions.

009884/1772009884/1772

Erfindungsgemäßes Verfahren;, Method according to the invention;,

Dieses Beispiel wurde unter Verwendung eines Austauscherbetts vom.Volumen I50 ml durchgeführt. Es wurden als Batterie a J C=Cl, ) Fraktionen von je 30 ml aufgegeben, deren CaGl^Gehalt von 0,2 η auf 1,0 η zunahm. Die Batterie b bestand aus 18 (=n2=) Fraktionen von je 50 ml Volumen, die eine Gesamtkonzentration von 2,05 bis 1,96 η abnehmend hatten, worin die Konzentration der Ca-Ionen von 1/8..η bis 0,02 η schrittweise aunahm. Die Salzsäure wurde in 1 (=n, ) Fraktion von I50 ml · zugegeben, deren Konzentration 1,96 η betrug. Die Batterie der Verdrängungsfraktionen bestand aus 3 (/) Fraktionen, .die reine Salzsäure ( etwas Calciumchlorid verunreinigt) enthielten; ihre Konzentration nahm von 1,2 η bis 0,07 n &1°· Danach wurde Y/asser solange aufgegeben, bis die letzte Fraktion der Heihe d1 wieder gefüllt war. Dazu wurden 90 ml V/asser verbraucht« Als Vorlauf wurden 80 ml Y/asser mit 3 mval CaCl2-Gehalt abgezogen und entfernt. Dann folgte die Batterie von IL. Fraktionen. Danach wurden I5Ö ml (n„ = 1) Produkt des Austausches mit einer Gesamtkonzentration von 1,82 η und einem Calciumgehalt von 210 mval abgezogen. Der Säureverbrauch betrug also 135 aer stöchiometJtschen. Jtenge der entfernten Calciumionen«. Gegenüber deu einfachen Verfahren wurden also durch das Verfahren gemäß der vorliegenden-Erfindung mehr als 35 cSalzsäure eingesparte This example was carried out using an exchange bed of 150 ml. Fractions of 30 ml each, the CaGl content of which increased from 0.2 η to 1.0 η, were applied as a battery a J C = Cl,). Battery b consisted of 18 (= n 2 =) fractions of 50 ml each, which had a total concentration of 2.05 to 1.96 η decreasing, in which the concentration of Ca ions from 1 / 8..η to 0 , 02 η gradually increased. The hydrochloric acid was added in 1 (= n,) fraction of 150 ml, the concentration of which was 1.96 η. The battery of the displacement fractions consisted of 3 (= η /) fractions, which contained pure hydrochloric acid (some calcium chloride contaminated); their concentration increased from 1.2 η to 0.07 n & 1 ° · Then Y / ater was given up until the last fraction of hehe d 1 was filled again. For this purpose 90 ml v / ater were consumed. 80 ml Y / ater with 3 meq CaCl 2 content were drawn off and removed as a forerun. Then followed the IL battery. Factions. Thereafter, 150 ml (n “= 1) product of the exchange with a total concentration of 1.82 η and a calcium content of 210 meq were subtracted. So the acid consumption was 135 ° i aer stöchiometJtschen. Amount of calcium ions removed ”. Compared to the simple process, the process according to the present invention saved more than 35 c / ° hydrochloric acid

BaispieI 5; - Base pieI 5; -

lils sollen die Chl0rid-Ionen eines Anionenaustausobers durch. Tfydroxylionen ersetzt werden, v/elche als Natriumhydroxyd aufgegüben vsrerden. Die Reaktion kann durch die folgende Gleichung beschrieben worden:-The chloride ions of an anion exchange conquer are supposed to pass through. Hydroxyl ions are replaced, v / which appear as sodium hydroxide vsrerden. The reaction can be expressed by the following equation has been described: -

NaOII... 4- Rx = Gl ■—► NaCl1,., + R, = OH. ■ Losung 3 · Losung 5 ■"---■-"NaOII ... 4- R x = Gl ■ - ► NaCl 1 ,., + R, = OH. ■ Solution 3 · Solution 5 ■ "--- ■ -"

Als R, wurde ein stark basischer Anionenaustauseher vom Typ II der üblichen Korngröße verwendet, der im Handel unter der Bezeichnung Dowex II erhältlich ist.Bei diesem Austausch v/erden die Chloridionen bevorzugt aufgenommen* \A strongly basic type II anion exchanger was used as R the usual grain size is used, which is commercially available under the name Dowex II is available. Ground this replacement the chloride ions preferentially absorbed * \

Vcr^-leichaversuch: . * Comparison attempt:. *

Der Austausch wird mit einer 1 η NaOH-Lösung durchgeführt werden. Im einfachen Austausch mit einem Austauscherbett mit 200- ml wurde die Lauge mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 6 Volumen Lösung/The exchange will be carried out with a 1 η NaOH solution. In a simple exchange with an exchanger bed with 200 ml, the lye was transferred at a throughput rate of 6 volumes of solution /

Volumen Austa ischer pro Stunde aufgegeben. Es wurden 320 ml Lauge ueaötigt, um im nachfolgenden Austausch mit einer n/20 Lösung von HaCl 157 mval Ghloridionen binden zu können< >Volume exchangers per hour abandoned. 320 ml of lye were required in order to be able to bind 157 meq chloride ions in the subsequent exchange with a n / 20 solution of HaCl

Urfinäun--;sgemäßes Verfahren; Urfinäun -; according to the procedure ;

Die erste Batterie a der Fraktionen bestand aus 3 ('-H-i ) Fraktionen mit einem Volumen von je 35 ml, deren NaCl-Gehalt von 0,15 η bis 0,6 η stieg} Danach wurden die Fraktionen der zweiten Batterie b mit 17 (=n2) Fraktionen gleichen Volumens aufgegeben, deren. Gesamtkonzentration 1 η war und der Chloridgehalt von 0,9 η bis 0,12 η abnahm. Nun wurden 210 ml (;> n^ = l) 1 η NaOH-Lösung aufgegeben. Diesen folgten 5 (=n.) Fraktionen von 35 ml Volumen, deren NaOH-fröhalt von 0,9 bis 0,05 ή abnahm. Zum Schluß wurden zur Wiederauf füllung der Fraktionen I40 ml V/asser aufgegeben.The first battery a of the fractions consisted of 3 ('-Hi) fractions with a volume of 35 ml each, the NaCl content of which rose from 0.15 η to 0.6 η} Then the fractions of the second battery b were 17 ( = n 2 ) Fractions of equal volume given up, their. Total concentration was 1 η and the chloride content decreased from 0.9 η to 0.12 η. Now 210 ml ( ;> n ^ = l) 1 η NaOH solution were given up. This was followed by 5 (= n.) Fractions of 35 ml volume, the NaOH content of which decreased from 0.9 to 0.05 ή. Finally, 140 ml v / water were added to replenish the fractions.

Von dar ausfließenden Lösung wurden zuerst IO5 ml (=n/· =■ 1) als Vorlauf entnommen, die lediglich 0,2 mval NaCl enthielten. Dann wurden die Fraktionen a1 zurückgov/onnen. Nun v/urde das Produkt mit 210 ml entnommen und' abgeführt. Dann folgten die Fraktionen der Batterien br und d1 die b und d entsprachen. Im Wassergehalt des Auatauscherbettes blieb noch eine Laugenkonzentration von 9,03 n.# From the solution flowing out, 10 5 ml (= n / · = · 1) were first removed as a forerun, which contained only 0.2 meq NaCl. Then the fractions a 1 were returned. The 210 ml product was then withdrawn and discharged. Then followed the fractions of batteries b r and d 1 which corresponded to b and d. In the water content of the exchange bed there was still an alkali concentration of 9.03 n.

^ Λ? 0 09 884/177 2 bai^ Λ? 0 09 884/177 2 bai

Durch das erfindungsgemäBe Verfahren würde erreicht ,.daß nurThe method according to the invention would achieve .that only

2-10 ml 1" η NaOH-Lösunj tenoti^t -wurden,, um die 157 mval Gl-Ionen zu entfernen. . ■ .2-10 ml of 1 "η NaOH solution tenoti ^ t -wurden, around 157 meq Remove Gl ions. . ■.

009884/17 72009 884/17 72

Claims (1)

Verfahren zur Durchführung'der beim Ionetiaustaüsoh in einer Phase erforderlichen Verfahrensschritte, des Verdrängens von Jasüor durch ein-ΐ IleaktionslÖsung> des lonenäustausclies und der Verdrängung der Lösung wieder durch V/asser, wobei die Abläufe in Fraktionen unterteilt und teilweise getrennt eingelagert und im nächsten Zyklus nacheinander wieder über den Austauscher geleitet werden» dadurch gekennzeichnet, daßman die Verdrängung des Wassers vom mit der auszutauschenden Ionenart beladenen Austauscherbett zunächst durch nv Fraktionen von Lösungen rait schrittweise zunehmender Konzentration der auszutauschenden Ionenart vornimmt und anschließend n~ Fraktionen von Lösungen aufgibt, die die auszutauschende Ionenart in bis auf nahezu Null schrittweise abnehmender Konzentration und die austauschenden Ionen in schrittweise zunehmender Konzentration enthalten,so.daß der Ionenaustausch in einer Lösung praktisch gleichbleibender Gesaratkonzentration, erfolgt, mit n, Fraktionen ruiner Lösung der austauschenden Ionen den Austausch beendet, ■.vobioi deren Konzentration der Gesamtkonzentration der n„ Fraktionen entspricht, anschließend mit n. Fraktionen einer weitjohend reinen Lösung der austauschenden lonenart in schrittweise annehmender Konzentration verdrängt und mit n,- Fraktionen Wasser nachspült sowie n., n„ und η. Fraktionen dem Einlauf entsprechen dor Zusam;iensetzung jeweils in der Seihenfolge ihres Aus lauf s far den nächsten Zyklus getrennt einlagert, n,- Fraktionen Wasser i.iit gegebenenfalls geringen I.ienjen der auszutauschenden lonenart verwirft und n™ Fraktionen der ausgetauschten lonenart als Produktlösung aus dem Zyklus herausschleusto Process for carrying out the process steps required for ion exchange in a phase, displacing Jasüor by a reaction solution of the ion exchange and displacing the solution again by water, the processes being divided into fractions and partially stored separately and in the next cycle one after the other again through the exchanger »characterized in that the displacement of the water from the exchange bed loaded with the type of ion to be exchanged is initially carried out by nv fractions of solutions with gradually increasing concentration of the ion type to be exchanged and then n ~ fractions of solutions are given up which contain the ion type to be exchanged in concentration gradually decreasing to almost zero and contain the exchanging ions in a gradually increasing concentration, so that the ion exchange takes place in a solution of practically constant total concentration, with n, fractions of ruined solution g of the exchanging ions ends the exchange, ■ .vobioi whose concentration corresponds to the total concentration of the n "fractions, then displaced with n. n "and η. Fractions at the inlet correspond to their composition in the sequence of their outlet s separately stored for the next cycle, n fractions of water with possibly small amounts of the ion type to be exchanged are discarded and n fractions of the exchanged ion type are used as product solution out of the cycle o SADORfQiNAU 009684/1772 SADORfQiNAU 009684/1772 Leerse i t eBlank page
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