DE2210450A1

DE2210450A1 - Verfahren zum Regenerieren von Ionen austauschern

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Publication number: DE2210450A1
Application number: DE19722210450
Authority: DE
Inventors: Robert S Princeton June tion Kingsbury Albert W Moorestown Anderson John R Cranbury NJ Hamilton (V St A )
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1971-03-08
Filing date: 1972-03-03
Publication date: 1972-09-21
Also published as: BE780386A; FR2128657A1; NL7203033A; JPS5210105B1; AU3816872A; CA968083A; US3711401A; BR7201177D0

Description

8O34 UNTERPFAFFENHOFEN 3-MärZ 1972

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH postfach E/Ei

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Meine Akte: S-2974

Anmelder: Sybron Corporation¹, 1100 Midtown Tower, Rochester, New York 146 04, USA

Verfahren zum Regenerieren von Ionenaustauschern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von Ionenaustauschern in einer Kolonne, die eine Schicht aus schwachen Ionenaustauschern und eine Schicht aus starken Ionenaustauschern enthält.

Ionenaustauscherkolonnen mit einer Schicht aus schwach basischem oder schwach sauerem Austauscherharz und einer zweiten Schicht aus stark basischem oder stark saurem Austauscherharz finden Verwendung, um die Vorteile der einzelnen Austauscherharze auszunutzen, die sich ergänzen. Ein Grund für die Verwendung geschichteter Kolonnen ist die Ausnutzung der Tatsache, daß schwache Austauscherharze mit einer teilweise verbrauchten oder verunreinigten Regenerierflüssigkeit regeneriert werden können, welche zum Regenerieren starker Austauscherharze nicht geeignet ware.

Starke Austauscherharze können mit verunreinigten Regeneriert lüssigkeiten deshalb nicht, zufriedenstellend regeneriert. verden, weil sich dann ungünstige Gleichgewichtsbedingungen ergeben würden. Deshalb müssen zum Regenerieren starker Austauscher-

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harze verhältnismäßig kleine Regenerierflüssigkeiten Verwendung finden. Die durch eine Schicht aus starkem Austauscherharz hindurchgetretene Regenerierflüssigkeit enthält immer eine beträchtliche Menge austauschbarer Ionen der Regenerierflüssigkeit. Diese teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit kann jedoch zum Regenerieren schwacher Austauscherharze Verwendung finden. Deshalb ist es häufig möglich, beide Schichten mit derselben Menge der Regenerierflüssigkeit zu regenerieren, die zum alleinigen Regenerieren der Schicht aus starken Ionenaustauschern erforderlich ist. Ein derartiges Regenerierverfahren stößt jedoch auf gewisse Schwierigkeiten, welche die Verwendung von geschichteten Filterbetten beschränken.

Die erste Schwierigkeit ist durch die räumliche Anordnung der Austauscherharze in geschichteten Filterbetten bedingt. Zur Zeit verfügbare schwache Austauscherharze haben eine geringere Dichte in dem regenerierten Zustand als die starken Austauscherharze. Deshalb wird in geschichteten Filterbetten das schwache Austauscherharz auf der Oberseite angeordnet, damit der Dichteunterschied ausgenutzt werden kann, um die Aüstauscherharze zu trennen. Deshalb muß bei allen praktischen Anwendungsfällen die Regenerierflüssigkeit durch das Filterbett hochgeleitet werden, wenn die Regenerierflüssigkeit zuerst durch das starke Austauscherharz und dann durch das schwache fließen soll. Eine nach oben gerichtete Strömung der Regenerierflüssigkeit ist möglich, kann aber zur Ausbildung eines Wirbelbetts führen. Dies ermöglicht eine Kanalbildung in dem Filterbett, welche nur durch Verwendung zusätzlicher Einrichtungen oder komplizierter Verfahren verhindert werden kann, welche die wirtschaftlichen Vorteile dieses Regenerierverfahrens beeinträchtigen.

Neben den genannten physikalischen Problemen bei der nach oben gerichteten Regenerierströmung bestehen in gewissen Fällen chemische Probleme, wenn die teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit hinter einer Schicht aus starkem Austauscherharz durch eine Schicht aus schwachem Austauscherharz weitergeleitet wird. Beispielsweise können Ausfällprobleme auftreten, wenn Natronlauge zum Regenerieren von geschichteten Anionenaustauscherbetten Verwendung findet, die teilweise Silikate sind, oder wenn

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Schwefelsäure zum Regenerieren geschichteter Kationenaustauscherbette Verwendung findet, die teilweise aus Kalziumverbindungen bestehen.

Wenn geschichtete Anionenaustauscherbetten zum Absorbieren von Silikationen verwandt werden, werden die meisten Silikationen durch die stark basischen Austauscherharze absorbiert. Wenn diese Austauscherharze mit Natronlauge regeneriert werden und das Austreten der Regenermittel durch eine Schicht aus schwach basischem Austauscherharz geleitet wird, kann Silikat aufgrund des niedrigsten pH-Werts in dem schwach basischen Austauscherharz ausgefällt werden. Es wurde vorgeschlagen, dies durch die Ableitung des ersten Viertels oder Drittels der Regenerierflüssigkeit zu verhindern, die von der stark basischen Schicht abhängig ist. Dadurch wird jedoch der Wirkungsgrad des Regenerierverfahrens verschlechtert.

Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn Schwefelsäure zum Regenerieren eines beschichteten Betts von Kationenaustauscherharz Verwendung findet, die teilweise als Kalziumverbindungen vorliegen. Dabei werden die Kalziumionen gewöhnlich in der schwach sauren Schicht konzentriert. Wenn Schwefelsäure zum Regenerieren des Betts Verwendung findet, muß die Säurekonzentration uifer dem optimalen Betrag für das Regenerieren der stark sauren Austauscherharze gehalten werden, um die Sulfationenkonzentration so niedrig zu halten, daß die Ausfällung von Kalziumsulfat in dem schwach sauren Austauscherharz verhindert wird. Wenn die schwachen und starken Austauscherharze in getrennten Kolonnen vorliegen, erfolgt dies gewöhnlich durch Verdünnung der Regenerierflüssigkeit zwischen den starken und den schwachen Betten. Obwohl es möglich ist, das Regeneriermittel in der Zwischenfläche zwischen den Schichten in einer einzigen Kolonne zu verdünnen, ist dieses Verfahren verhältnismäßig schwierig durchführbar. Deshalb werden in den meisten Fällen, wenn schwach saure und stark saure Austauscherharze zur Behandlung von Kalziumionen enthaltenden Flüssigkeiten Verwendung finden, die Austauscherharze in getrennten Kolonnen abgesondert.

Ein zusätzliches Problem besteht bei Kolonnen mit geschichteten Filterbetten darin, daß die Äustauscherharze bei der Ver-

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Wendung vermischt werden. Wenn die Austauscherharze frisch sind, sind die Dichteunterschiede gewöhnlich groß genug, so daß sie durch Rückspülung getrennt werden können. Nach einer gewissen Verwendungsdauer der Austauscherharze kann jedoch der Dichteunterschied auf einen Wert absinken, bei dem die Rückspülung allein nicht ausreicht, um die Harze zu trennen. In diesem Zusammenhang ist der Vorschlag bekannt (US-PS 3 505 247), ein zweistufiges Regenerierverfahren zu verwenden, bei welchem die erste Regenerierflüssigkeit vorzugsweise das schwache Harz regeneriert. Dieses Verfahren erfordertjedoch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Regenerierflüssigkeiten, wodurch die Kompliziertheit und die Kosten des Verfahrens erhöht werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Regenerieren von geschichteten Ionenaustauscherbetten anzugeben, bei dem die durch die aufwärts gerichtete Regenerierströmung bedingten Schwierigkeiten vermieden werden. Das Verfahren soll das Regenerieren geschichteter Anionenaustauscherbetten ermöglichen, welche zumindest teilweise Silikatverbindungen enthalten, und wobei eine Silikatausfällung verringert wird. Beim Regenerieren von geschichteten Kationenaustauscherbetten, die zumindest teilweise Kalziumverbindungen enthalten, soll beim Regenerieren mit Schwefelsäure eine Ausfällung von Kalziumsulfat verhindert werden. Ferner soll bei diesem Regenerierverfahren eine ausreichende Trennung der Austauscherharze erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß das bereits vorgeschlagene, aufeinanderfolgende Regenerierverfahren (US-Serial Nr. 842 449) den Anforderungen eines Regenerierverfahrens für geschichtete Austauscherbetten angepaßt wird. Dieses Verfahren ist für Systeme bestimmt, die mindestens drei Kolonnen enthalten, welche nacheinander erschöpft werden und in dieser Reihenfolge regeneriert werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann jedoch mit Systemen Verwendung finden, die weniger als drei Kolonnen enthalten, wenn eine Betriebsunterbrechung während des Regenerierens zugelassen werden kann.

Die Kolonnen werden regeneriert, indem Regenerierflüssigkeit durch eine Anzahl von in Reihe geschalteten Kolonnen hindurchgeleitet wird, so daß die Regenerierflüssigkeit durch eine

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Schicht aus schwachem Harz und dann durch eine Schicht aus starkem Harz in jeder Kolonne geleitet wird. Da das schwache Harz die obere Schicht in jeder Kolonne bildet, fließt die Regenerierflüssigkeit nach unten durch jede Kolonne. Deshalb werden die Probleme bei einer nach oben gerichteten Regenerierströmung vermieden.

Wenn die erste Kolonne der Reihe regeneriert ist, wird die Eintrittsstelle der ersten Regenerierflüssigkeit von der ersten Kolonne zu der nächsten Kolonne in der Reihe bewegt und eine erschöpfte Kolonne wird an das Ende dieser Reihe angeschaltet. Deshalb wird jede Kolonne allmählich einer ansteigenden Konzentration von Regenerierionen ausgesetzt.

Zumindest ein Teil der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit, die aus der ersten Kolonne austritt, wird durch die letzteren Kolonnen in der Reihenschaltung weitergeleitet. Um eine maximale Ausnutzung der Regenerierflüssigkeit zu erzielen, wird vorzugsweise die Konzentration der Regenerierflüssigkeit und die Durchflußgeschwindigkeit in der ersten Kolonne so eingestellt, daß praktisch der gesamte Abfluß von der ersten Kolonne in den letzteren Kolonnen in der Reihenschaltung verwandt werden kann.

Die Menge des teilweise verbrauchten Regeneriermittels, welche durch die letzteren Kolonnen der Reihenschaltung durchgeleitet wurde, wird so gesteuert, daß praktisch alle austauschbaren Regenermitte Honen ausgetauscht werden, bevor das Regeneriermittel die letzte Schicht der Reihenschaltung erreicht, welche eine Schicht aus starkem Harz ist. Diese Schicht wird bei dieser Stufe nicht regeneriert. Salze in dem verbrauchten Regeneriermittel entziehen jedoch einige Ionen aus dieser Schicht, beispielsweise Silikationen. Dadurch wird eine Silikatausfällung während der späteren Stufe des Regenerierverfahrens verringert.

Es kann wünschenswert sein, die das starke Harz enthaltenden unteren Schichten mit Regeneriermittel zwischen den Stufen des Regenerierverfahrens zu durchtränken. In dieser Weise ergibt sich eine bessere Trennung der Austauscherharze, folgende Regenerierstufen können abgekürzt werden, und im Falle von Anionenaustauscherharzen kann eine zusätzliche Entfernung von Silikaten

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erfolgen.

Insbesondere bei dem Regenerieren von geschichteten Kationen austauscherbetten mit Schwefelsäure, welche Betten Kalziumionen enthalten, wird das teilweise verbrauchte Regeneriermittel zwischen den Kolonnen verdünnt, um eine Ausfällung in den letzteren Kolonnen der Reihenschaltung zu vermeiden.

Zusammenfassend sind deshalb die wesentlichen Merkmale der Erfindung in einem Regenerierverfahren für Ionenaustauscherkolonnen zu sehen, welche eine Schicht aus schwachem Harz und eine Schicht aus starkem Harz enthalten, wobei die teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit durch die Kolonne geleitet wird, um das schwache Harz zu regenerieren, wonach frisches Regeneriermittel durch die Kolonne geleitet wird, um das starke Harz zu regenerieren. Ein wirkungsvolles Regenerieren wird mit einer abwärts gerichteten Regenerierströmung erreicht, wobei Ausfällprobleme hinsichtlich Silikat- und Kalziumionen verringert werden. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, das starke Austauscherharz mit Regenerierflüssigkeit zu behandeln, nachdem das schwache Regeneriermittel durch die Kolonne geleitet wurde, um die Trennung der Harze zu begünstigen, die gesamte Regenerierzeit zu verkürzen und zusätzliche Silikationen zu entfernen. Das Verfahren findet vorzugsweise für Systeme mit drei oder mehr Kolonnen Verwendung, wobei die Kolonnen aufeinanderfolgend erschöpft und regeneriert werden, wobei zumindest zwei Kolonnen in einer Reihenschaltung regeneriert werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1-3 schematische Fließbilder von Verfahrensstufen bei einem Regenerierverfahren gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1-3 zeigen eine Austauscheranlage mit drei Kolonnen 10, 20 und 30, welche geschichtete Ionenaustauscherbetten enthalten. Jede Kolonne enthält eine obere Schicht 11, 21 bzw. 31 aus schwach basischem oder schwach saurem Austauscherharz, sowie eine untere Schicht 12, 22 bzw. 32 aus stark basischem oder stark saurem Austauscherharz. Wenn die Schichten 11, 21 und 31 basisch sind, sind auch die Schichten 12, 22 und 32 basisch. Wenn die

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Schichten 11, 21 und 31 saurer sind, sind auch die Schichten 12, 22 und 3 2 sauer.

In den Figuren bezeichnen B den Betriebszustand, R die Zuführung von Regenerierflüssigkeit, V die Zuführung von Verdünnungsmittel und A einen Abfluß.

Bei der in Fig. 1 dargesteEten Verfahrensstufe liegt der Betriebszustand vor. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird von oben durch die Schicht 11 und dann durch die Schicht 12 hindurchgeleitet. Gleichzeitig werden die Kolonnen 20 und 30 in einer Reihenschaltung regeneriert. Die Regenerierflüssigkeit wird an der Oberseite der Kolonne 20 zugeleitet und fließt nach unten durch die Schicht 21 und die Schicht 22. Zumindest ein Teil der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit, die aus der Kolonne 20 austritt, wird durch die Kolonne 30 geleitet, wo sie zuerst durch die Schicht 31 und dann durch die Schicht 32 durchtritt.

Vor dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand wurde das schwache Harz in der oberen Schicht 21 der Kolonne 20 praktisch vollständig regeneriert. Deshalb ist die Regenerierflüssigkeit, welche die Schicht 22 erreicht, verhältnismäßig rein, so daß sich günstige Bedingungen in der Schicht 22 für das Regenerieren des starken Harzes ergeben.

Zumindest ein Teil der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit, die aus der Kolonne 20 austritt, wird durch die Kolonne 30 geleitet, in welcher das schwache Harz in der oberen Schicht 31 regeneriert wird. Vorzugsweise ist die Menge der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit, die nach unten durch die Kolonne 30 geleitet wird, praktisch gleich der Menge, die zum Regenerieren der oberen Schicht 31 aus schwachem Harz benötigt wird. Da das schwache Harz mit der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit wirksam regenadert werden kann, werden praktisch alle austauschbaren Regenerierionen in der schwachen Schicht aufgebraucht. Allenfalls wenige dieser Ionen gelangen in die Schicht 32, wo sie nicht wirksam ausgenutzt werden können, weil die erwähnten ungünstigen Gleichgewichtsbedingungen vorliegen, die sich dadurch ergeben, daß ein starkes Harz in Be-

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rührung mit teilweise verbrauchtem Regeneriermittel gebracht wird.

Vorzugsweise wird die Konzentration der Regenerierflüssigkeit, die an der Oberseite der Kolonne 20 zugeleitet wird, sowie die Durchflußmenge der Regeneriertlüssigkeit durch diese Kolonne gesteuert, so daß die abfließende, teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit hinter der Kolonne 20 praktisch die Menge von austauschbaren Regenerierionen enthält, die zum Regenerieren des schwachen Harzes in der Schicht 31 benötigt werden. In dieser Weise ergibt sich eine optimale Ausnutzung der Regenerierflüssigkeit.

Da praktisch alle austauschbaren Regenerierionen aufgebraucht sind, wenn die Regenerierflüssigkeit die Schicht 31 verläßt, wird die untere Schicht 32 aus starkem Harz in der Kolonne 30 bei der in Fig. 1 dargestellten Stufe nicht regeneriert. In gewissen Fällen können jedoch gewisse Ionen, die von dem starken Harz aufgenommen wurden, mit anderen Ionen in der verbrauchten Regenerierflüssigkeit ausgetauscht werden. Dieses Phänomen ist besonders vorteilhaft beim Regenerieren von geschichteten Anionenaustauscherbetten, die teilweise in einer Silikatform vorhanden sind.

Wenn geschichtete Anionenaustauscherbetten zum Filtrieren von Flüssigkeiten verwandt werden, beispielsweise zum Reinigen von silikathaltigern Wasser, wird der größte Anteil der Silikate durch das starke Harz aufgenommen. Andere Anionen wie SuIfat- und Chloridionen werden durch das schwache Harz aufgenommen. Wenn eine Regenerierflüssigkeit wie Natronlauge durch das schwache Harz in der Schicht 31 hindurchgeleitet wird, wird das Natriumhydroxyd in Salze wie Natriumsulfat und Natriumchlorid umgewandelt. Wenn die verbrauchte Regenerierflüssigkeit durch das starke Harz in der Schicht 32 hindurchfließt, wird ein Teil der aufgenommenen Silikationen gegen die Sulfat- und Chloridionen in der verbrauchten Regenerierflüssigkeit ausgetauscht. Dieses Silikat wird zusammen mit der verbrauchten Regenerierflüs-sigkeit abgeleitet, so daß nicht die Gefahr besteht, daß eine Ausfällung in einer Schicht aus schwachem Harz erfolgt.

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In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, die teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit zu verdünnen, die von der Kolonne 20 abfließt, bevor diese der Kolonne 30 zugeleitet wird. Wenn beispielsweise geschichtete Kationenaustauscherbetten verwandt werden, um Kalzium aus Wasser zu entfernen, wird der größte Teil des Kalziums gewöhnlich durch das schwache Harz aufgenommen. Wenn dieses schwache Harz mit Schwefelsäure regeneriert wird, sollte die Sulfationenkonzentration unterhalb 1% gehalten werden, um eine Ausfällung des Kalziumsulfats zu verhindern. Die Sulfationenkonzentration in der aus der Kolonne 20 austretenden, teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit beträgt typisch zwischen 1 und 5%. Deshalb sollte bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verdünnung erfolgen, bevor eine Durchleitung durch die Kolonne 30 erfolgt, so daß in der Schicht 31 kein Kalziumsulfat ausfällt.

Nach dem Regenerieren der Kolonne 20 wird die Kolonne gespült, um Rückstände der Regenerierflüssigkeit zu entfernen. Das aus der Kolonne 20 austretende Spülwasser wird durch die Kolonne 30 geleitet, um irgendwelche austauschbaren Regenerierionen in der Spülflüssigkeit aufzubrauchen.

Danach erfolgt eine Rückspülung der Kolonne 20 zur Entfernung von irgendwelchen suspendierten Stoffen, die aus der zu behandelnden Flüssigkeit ausgeschieden wurden, sowie von anderen fein verteilten Materialien, welche Rückspülung auch dazu beiträgt, die schwachen und die starken Harze schachtförmig zu trennen. An dieser Stelle erfolgt eine Rückspülung, weil die Dichteunterschiede der starken und schwachen Harze größer sind, wenn die Harze regeneriert sind.

Der nächste Verfahrensschritt ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei fließt die zu behandelnde Flüssigkeit durch die Kolonne 20, nachdem sie aus der Kolonne 10 austritt. Deshalb entfernt die Kolonne 20 irgendwelche Ionen, die durch die Kolonne 10 hindurchgetreten sein können. Aus diesem Grunde kann die Austauschkapazität der Kolonne 10 praktisch vollständig ausgenutzt werden.

Während sich die Kolonnen 10 und 20 in einer Reihenschaltung in einem Betriebszustand befinden, kann es wünschenswert sein, Regenerierflüssigkeit in die untere Schicht 32 der Kolonne

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30 einzuführen, wodurch wirksamer regeneriert werden kann, insbesondere im Hinblick auf die Entfernung von Silikaten. Ferner kann in gewissen Fällen die resultierende Regenerierzeit der Kolonne verringert werden, weil die untere Schicht 32 der Kolonne 30 teilweise regeneriert werden kann, während die Kolonne 10 erschöpft ist. Dies ist dann von besonderer Bedeutung, wenn zwei Kolonnen in einer Reihenschaltung betrieben werden, wobei die zweite Kolonne zur Nachreinigung dient. Um eine zu große Auslegung der Kolonnen zu verhindern, sollte die Regenerierzeit auf einem Minimum gehalten werden, weil sie eine Ausfallzeit bedeutet.

Diese Zufuhr von Regenerierflüssigkeit begünstigt auch die Trennung der Harze. Dies ist wichtig, weil eine Rückspülung in dem erschöpften Zustand nicht immer im Hinblick auf die Trennung der Harze wirksam ist, insbesondere bei längerer Benutzung der Harze. Mit gewissen Regenerierflüssigkeiten wie Natronlauge trennen sich die Harze während dieser Stufe wirksamer, weil die Dichte von Natronlauge größer ist, als diejenige von Wasser, das gewöhnlich für die Rückspülung Verwendung findet.

Bei dieser Verfahrensstufe kann eine besonders wirksame Trennung erfolgen, weil das schwache Harz im Gegensatz zu dem starken Harz regeneriert ist. Da die meisten Austauscherharze eine geringere Dichte im regenerierten Zustand haben, tritt bei den meisten Kombinationen von schwachen und starken Harzen der größte Dichteunterschied zu diesem Zeitpunkt auf. Aus diesem Grund kann es wünschenswert sein, jetzt eine Rückspülung der Kolonne durchzuführen, also nicht erst nach dem Regenerieren beider Schichten.

Die Regenerierflüssigkeit kann entweder von der Untersei te oder von der Oberseite der Kolonne zugeleitet werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Einführung _dieser Regenerierflüssigkeit von der Unterseite der Kolonne her, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wobei soviel Regenerierflüssigkeit zugeführt wird, bis die Fehlstellen in der Schicht 32 und die Fehlstellen in der Zone ausge füllt sind, in der die Harze der beiden Schichten miteinander vermischt sind. Auf diese Weise erfolgt die wirkungsvollste An wendung dieser Regenerierflüssigkeit. Die Regenerierflüssigkeit

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wird verhältnismäßig langsam eingeleitet, um eine Aufschlämmung der Harze zu vermeiden, weil dadurch ein gewisser Verlust von der Oberseite der Kolonne auftreten kann.

Wenn die Kolonne 10 erschöpft ist, wird die gerade behandelte Flüssigkeit umgeleitet, so daß sie nur durch die Kolonne 20 fließt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Frische Regenerierflüssigkeit wird dann durch die Kolonne 30 hindurchgeleitet, so daß diese durch die Schicht 31 und dann durch die Schicht 32 hindurchtritt. Das schwache Harz in der Schicht 31 ist bereits vollständig regeneriert. Deshalb ist die Regenerierflüssigkeit noch verhältnismäßig fein, wenn sie die Schicht 32 erreicht, weshalb günstige Gleichgewichtsbedingungen zum Regenerieren des starken Harzes in dieser Schicht vorliegen.

Ein anderer Vorteil ergibt sich von dem vorhergegangenen Regenerieren der Schicht 31, wenn das System ein Kationenaustauscher ist, die zu behandelnde Flüssigkeit Kalzium enthält, und wenn die Regenerierflüssigkeit Schwefelsäure ist. Da die Schicht 31 vorher praktisch vollständig regeneriert wurde, kann Schwefelsäure verhältnismäßig starker Konzentration durch die Kolonne zu diesem Zeitpunkt durchgeleitet werden, ohne daß eine Ausfällung von Kalziumsulfat in der Schicht 31 erfolgt. Vorzugsweise findet eine 5%ige Schwefelsäurelösung bei dieser Verfahrensstufe Verwendung, um die Schicht 32 zu regenerieren.

Mindestens ein Teil der teilweise verbrauchten Regenerierflüssigkeit, die von der Kolonne 30 abfließt, wird durch die Kolonne 10 durchgeleitet, wo die Schicht 11 regeneriert wird, die schwache Harze enthält. Deshalb befindet sich die Kolonne 10 in demselben Zustand des Regenerierverfahrens, in dem sich die Kolonne 30 bei der Verfahrensstufe in Fig. 1 befand. Deshalb werden die Kolonnen aufeinanderfolgend in derselben Reihenfolge regeneriert, in der sie erschöpft wurden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Regenerieren von Ionenaustauschern, wobei in einer Kolonne eine Schicht aus schwachem Ionenaustauscherharz und eine Schicht aus starkem Ionenaustauscherharz vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ersten Verfahrensschritt eine Menge von teilweise verbrauchter Regenerierflüssigkeit, die praktisch gleich der zum Regenerieren der Schicht mit schwachem Austauscherharz erforderlich ist, zuerst durch das schwache Austauscherharz und dann durch das starke Austauscherharz geleitet wird, und daß bei einem zweiten Verfahrensschritt frische Regenerierflüssigkeit zuerst durch das schwache Austauscherharz und dann durch das starke Austauscherharz geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwache Austauscherharz schwach basisch und das starke Austauscherharz stark basisch ist, daß das stark basische Austauscherharz zumindest teilweise als Silikat vorliegt, und daß die während der ersten Regenerierstufe abfließende Regenerierflüssigkeit ausgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schwache Ionenaustauscherharz schwach sauer ist, daß das schwach saure Ionenaustauscherharz zumindest teilweise in der Form von Kalziumverbindungen vor dem ersten Verfahrensschritt vorliegt, daß die teilweise verbrauchte Regenerierflüssigkeit weniger als etwa 1% Sulfate enthält, daß die frische Regenerierflüssigkeit etwa 1-5% Schwefelsäure enthält, und daß das starke Ionenaustauscherharz bei demzweiten Verfahrensschritt regeneriert wird, ohne daß Kalziumsulfat in der Schicht aus schwachem Austauscherharz bei einem der Verfahrensschritte ausfällt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus schwachem Austauscherharz über der Schicht aus starkem Austauscherharz liegt, und daß sowohl teil-

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weise verbrauchte Regenerierflüssigkeit und frische Regenerierflüssigkeit nach unten in der Kolonne durchgeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus starkem Austauscherharz mit Regenerierflüssigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt aufgefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, zum Regenerieren mehrerer, geschichtete Austauscherbette enthaltender Kolonnen, dadurch gekennzeichnet , daß die Regenerierflüssigkeit nach unten durcheine erste Kolonne geleitet wird, in der eine obere Schicht aus schwachem Austauscherharz vorgesehen ist, die vorher praktisch vollständig regeneriert wurde, sowie eine untere Schicht aus starkem Austauscherharz, die zumindest teilweise erschöpft ist, daß mindestens ein Teil der von der ersten Kolonne abfließenden Regenerierflüssigkeit von oben nach unten durch eine zweite Kolonne geleitet wird, die eine obere Schicht aus schwachem Austauscherharz und eine untere Schicht aus starkem Austauscherharz enthält, die beide zumindest teilweise erschöpft sind, bis die obere Schicht der zweiten Kolonne praktisch vollständig regeneriert ist, und daß dann frische Regenerierflüssigkeit durch die zweite Kolonne von oben nach unten durchgeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schwache Austauscherharz in jeder Kolonne schwach basisch und das starke Austauscherharz in jeder Kolonne stark basisch ist, daß das stark basische Austauscherharz mindestens teilweise vor dem Regenerieren als Silikat vorliegt, und daß die von der ersten Kolonne abfließende Regenerierflüssigkeit ausgeschieden wird, nachdem sie durch die zweite Kolonne hindurchgeleitet wurde.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierflüssigkeit Schwefelsäure ist, daß das schwache Austauscherharz schwach sauer und das starke Austauscher-

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harz stark sauer ist, daß das schwach saure Austauscherharz zumindest teilweise als Kalziumverbindung vor dem Regenerieren vorliegt, und daß die von der ersten Kolonne abgeleitete Regenerierflüssigkeit verdünnt wird, bevor sie durch die zweite Kolonne hindurchgeleitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht der zweiten Kolonne mit Regenerierflüssigkeit in Berührung gebracht wird, nachdem die von der ersten Kolonne abfließende Regenerierflüssigkeit nach unten durc h die zweite Kolonne hindurchgeleitet wurde, aber bevor die frische Regenerierflüssigkeit nach unten durch die zweite Kolonne hindurchgeleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Austauschersystem zumindest drei Kolonnen aufweist, von denen jede mindestens eine Schicht aus schwachem Austauscherharz und mindestens eine Schicht aus starkem Austauscherharz enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolonnen nacheinander erschöpft und in dieser Reihenfolge regeneriert werden, daß die zu behandelnde Flüssigkeit durch eine erste Kolonne hindurchgeleitet wird, daß Regenerierflüssigkeit durch eine zweite Kolonne hindurchgeleitet wird, welche eine Schicht aus schwachem Austauscherharz enthält, die vorher praktisch vollständig regeneriert wurde, sowie eine Schicht aus starkem Austauscherharz, die zumindest teilweise erschöpft wurde, so daß die Regenerierflüssigkeit mit der Schicht aus schwachem Austauscherharz in Berührung gelangt, bevor sie mit der Schicht aus starkem Austauscherharz in Berührung gelangt, daß mindestens ein Teil der von der zweiten Kolonne abfließenden Regenerierflüssigkeit durch eine Schicht von zumindest teilweise erschöpftem schwachem Austauscherharz in einer dritten Kolonne und dann durch eine Schicht von mindest teilweise erschöpftem Austauscherharz in der dritten Kolonne geleitet wird, bis die Schicht aus schwachem Austauscherharz in der dritten Kolonne praktisch vollständig regeneriert ist, daß nach dem vollständigen Regenerieren der zweiten Kolonne die zu behandelnde Flüssigkeit durch

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die erste Kolonne und dann durch die zweite Kolonne geleitet wird, bis die erste Kolonne praktisch vollständig erschöpft ist, unrl daß dann die zu behandelnde Flüssigkeit durch die zweite Kolonne geleitet wird, während frische Regenerierflüssigkeit durch die dritte Kolonne geleitet wird, so daß die frische Regenerierflüssigkeit mit dem schwachen Austauscherharz in der dritten Kolonne in Berührung gelangt, bevor sie mit dem starken Austauscherharz in der dritten Kolonne in Berührung gelangt, und daß die von der dritten Kolonne abfließende Regenerierflüssigkeit durch die erste Kolonne hindurchgeleitet wird.

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