DE827349C

DE827349C - Verfahren zur Gewinnung nicht oder langsam dialysierender Produkte aus mit anorganischen Bestandteilen verunreinigten Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE827349C
Application number: DEP33810A
Authority: DE
Inventors: Dr Adriaan Hendrik Willem Aten; Ir Sybrandus Gerhardu Wiechers
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1948-03-19
Filing date: 1949-02-11
Publication date: 1952-01-10
Also published as: FR983252A; NL67868C; US2671055A; BE487597A; CH278279A; GB659494A

Description

Die Elektrodialyse wäßriger Flüssigkeiten ist eine an sich bekannte Methode, die besonders im Laboratoriumsumfang viel Anwendung findet, um den Salzgehalt wäßriger Flüssigkeiten zu verringern.

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Entsalzung mittels Elektrodialyse von Flüssigkeiten, die nicht oder langsam dialysierende Produkte enthalten.

Der Vorteil der Elektrodialyse gegenüber der gewöhnlichen Dialyse ist, daß die Elektrodialyse sehr viel schneller verläuft, welches besonders für leichtverderbliche Flüssigkeiten wichtig ist.

Ein Nachteil der bis jetzt bekannten Elektrodialyseverfahren ist, daß es sehr schwer ist, das p_H der zu reinigenden Flüssigkeit während der Ausführung der Elektrodialyse zu regeln bzw. konstant zu halten. Abhängig von der Zusammensetzung der zu elektrodialysierenden Flüssigkeit und von der Natur der benutzten Diaphragmen hat das p_H die Neigung, während des Verlaufes der Elektrodialyse zu steigen oder zu fallen. Eine zu starke Verände rung des pn kann zu unerwünschten Reaktionen in den zu dialysierenden Flüssigkeiten Anlaß geben oder bei 'kolloidalen Flüssigkeiten zu unerwünscht ter gänzlicher oder teilweiser Ausflockung des kolloidalen Systems sowie durch die Bildung von Niederschlägen zu einer Verstopfung der Diaphragmen führen und dadurch eine Erschwerung des Stromdurchganges hervorrufen. Zu diesem

Zweck sind in der Literatur verschiedene \Iaßnahmen, um eine unerwünschte Verschiebung des Ph während der Elektrodialyse zu verhindern, vorgeschlagen worden.

Abgesehen von der Methode von Pauli, der empfohlen hat, zur Verhinderung von unerwünschten p_H-Verschiebungen mit sehr geringen Stromdichten zu arbeiten, sind vier Methoden zur Hemimung dieser Verschiebung bekanntgeworden:

ίο i. Man kann die Eigenschaft, daß verschiedene Diaphragmen sich in einer Elektrolytlösung positiv oder negativ aufladen und damit den Durchgang von Kationen bzw. Anionen verzögern, benutzen, um in dieser Weise durch Wähl geeigneter Diaphragmen die in der zu elektrolysierenden Flüssigkeit vorhandene Neigung zur p_H-Verschiebung zu hemmen.

2. Weil die Anwesenheit von mehrwertigen Anionen eine Neigung zur Abnahme des p_H zur Folge hat, kann man sich dieser Neigung widersetzen, indem man die mehrwertigen Ionen vor der !elektrodialyse, z. B. durch Ausfällen, entfernt.

3. In Kombination mit den beiden erstgenannten Methoden kamn man während der Elektrodialyse der zu elektrodialysierenden Flüssigkeiten Rase oder Säure beigeben.

4. In einigen Fällen 'hat man die Tatsache, daß durch den elektrischen Strom an der Kathode und au der Anode Mengen Base bzw. Säure entstehen.

benutzt. Durch Versetzung des frischen Anodespülwassers mit schon benutztem Kathodespülwasser und umgekehrt versucht man, sich dem Sauer- oder Basischwerden des Anode- bzw. Kathodespülwassers zu widersetzen.

Keines der ol>en angegebenen Mittel ist aber, wie es sich gezeigt hat, imstande, die p_H-Verschiebung während der Elektrodialyse \öllig zu verhindern. Darin liegt auch die Ursache der Tatsache, daß die Elektrodialyse meistens nur im Laboratorium angewandt wird, und daß Anwendung im größeren Umfang in der Technik ziemlich ausgeblieben ist.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein

Verfahren zur Gewinnung nicht oder langsam dialysierender Produkte aus mit anorganischen Bestandteilen verunreinigten Flüssigkeiten, indem man diese einer mehr oder weniger weit durchgeführten Elektrodialyse unterzieht und sie zugleich auf einem gewünschten und genau kontrollierten p_H hält, welches Verfahren die Anwendung des fabrikmäßigen Umfanges erlaubt.

Ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung ist die Elektrodialyse bei größeren Stromdichten, ohne daß ungewünschte pn-Verschiebungen auftreten, weil dann die Verluste an langsam dialysierenden Produkten, wie Zucker usw., auf ein Minimum zurückgebracht sind. Die Gewinnung der obengenannten Produkte erfolgt anschließend durch Konzentration, Ausfällung oder andere chemische oder physikalische Verfahren.

Es wurde nämlich gefunden, daß es möglich ist, den p_H-Wert der zu elektrodialysierenden Flüssigkeit während der Elektrodialyse zu regeln und auf einen gewünschten Wert, der nicht konstant zu sein braucht, einzustellen. Zu diesem Zweck sorgt man, ganz im Gegensatz zu der bisherigen Auffassung, wonach die Spülflüssigikciten aus Wasser. Wasser aus der Leitung oder besser noch destilliertem Wasser bestehen müssen, dafür, daß die anodische Spülflüssigkeit schwach sauer reagiert oder einen geringen Gehalt eines in Wasser dissoziierenden Salzes enthält, und daß die kathodische Spülflüssigkeit schwach alkalisch reagiert oder einen geringen Gehalt eines in Wasser dissoziierenden Salzes enthält.

Dazu werden z. B. die Anoden- und Kathodenspülflüssigkeiten mit Säuren bzw. Hydroxyden versetzt, dies im Gegensatz zu der obengenannten vierten Methode. Auch kanu man z. B. die anodische Spülflüssigkeit mit einer geringen Menge eines wasserlöslichen Salzes versetzen. In einigen Fällen ist es vorteilhaft, eine Kombination einer Säure und eines Salzes zu l>enutzen. Man kann dabei die Konzentration z. B. derart einstellen, daß die mittlere elektrolytische Beweglichkeit der H+-Ionen und des beigegebenen Kations in dem anodischen Spülraum und die elektrolytische Beweglichkeit der OH~-Ionen in den kathodischen Spülräumen solche sind, daß genau so viel H+-Ionen aus den Spülräumen durch die Diaphragmen hindurch in den Elektrodialyseraum kommen. Auf diese Konzentration muß noch eine Korrektion für die an der Anode und Kathode gebildete Menge Säure bzw. Base und gegebenenfalls für die Neigung des p_H der Elektrodialyseflüssiglkeit, sich während der Elektrodialyse, unabhängig von der H+- und OH~-Ionenbewegung zu ändern, angebracht werden.

In dem Verfahren nach der Erfindung kann man die Spülgeschwindigkeiten innerhalb weiter Grenzen variieren. Im allgemeinen soll man, wenn die anodische Spülflüssigkeit weniger sauer oder die kathodische Spülflüssigkeit weniger alkalisch reagiert,, geringere Geschwindigkeiten der entsprechenden Spülflüssigkeiten anwenden. Die erwünschten Geschwindigkeiten sind leicht durch Messung des Ph der zu elektrolysierenden Flüssigkeit während der Elektrodialyse zu regeln. Wenn das pn eine Neigung zum Sinken hat, so muß die Geschwindigkeit der anodischen Spülflüssigkeit gesteigert und/oder die Geschwindigkeit der kathodischen Spülflüssigfceit vermindert werden. Auch kann man auf eine andere Zusammensetzung der Spülflüssigkeit übergehen, also falls das Ph Neigung zum Sinken zeigt, kann man z. B. die anodischen Spülflüssigkeiten mit weniger Säure oder die kathodische Spülflüssigkeit mit mehr Alkali oder die anodische Spülflüssigkeit mit mehr Salz oder die kathodische Spülflüssigkeit mit weniger Salz versetzen. Gutes Rühren der Mittelflüssigkeit ist wesentlich bei dieser Elektrodialysemethode.

Diese Methode zum Konstanthalten des pn der zu elektrodialysierenden Flüssigkeit während der Elektrodialyse kann gegebenenfalls mit anderen schon bekannten Methoden, wie z. B. die Methode der \^rersetzung der zu elektrodialysierenden

Flüssigkeit mit Säure oder Alkali, kombiniert w erden.

Die Elektrodialyse kann durchgeführt werden ununterbrochen in einer Serie von Zellen oder unterbrochen in Zellen.

Kin besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß die Versetzung der Spülflüssigkeiten mit Elektrolyten den elektrischen Widerstand der Spülräume stark herabsetzt, wodurch die nötige Spannung pro ίο Zelle und daher auch der Energieverlust durch Wärmeentwicklimo- vermindert wird.

Reispiel I

Rohes, ausgesalzenes Pepsin wird nach Auflösung in 0,01 11-HC einer Elektrodialyse unterworfen in einem Apparat von geeigneter Konstruktion und Dimension, mit einer Stromdichte von 30 bis 40 m A pro Quadratzentimeter, bei einem p_H von ungefähr 3, letzteres um einen Rückgang der Aktivität des Pepsins zu verhindern.

Als anodische Spülrlüssigikeit wird eine Lösung von 0,01 n-H., S O₄ und 0,005 H-Na₂SO₄ gewählt und als kathodische Spülflüssigkeit eine !Combination von o,o2n-NaOH und 0,01 n-NaCl.

Diese beiden letzten Lösungen werden einzeln bereitet und der Zufluß der durch den Kathodenraum hindurchströmenden Mengen der Lösung einzeln geregelt. Während der Elektrodialyse wird pro Apparat für 20 1 Elektrodialyseflüssigkeit eine Spülgeschwindigkeit im Anodenraum von 100 1 pro Stunde angewandt, und die Spülgeschwindigkeiten der l>eiden Flüssigkeiten im Kathodenraum werden jede auf 120 1 pro Stunde eingestellt. Nach 15 Minuten zeigt es sich, daß das p_H der Mittelflüssigkeit von 3,0 bis zu 3.5 gestiegen ist. Die Spülgeschwindigkeit der 0,01 n-NaCl-Lösung wird jetzt bis 180 1 pro Stunde gesteigert. Nach 30 Minuten Elektrodialyse zeigt es sich, daß das p_H wieder bis zu 3,1 gesunken ist.

Die Spulgeschwindigkeit der NaCl-Lösung wird jetzt auf 130 1 pro Stunde eingestellt und die der Na O Η-Lösung auf 140 1 pro Stunde gehalten, der XaCl-Gehalt der Pepsinlösung, der beim Anfang etwa 2,5% betrug, ist jetzt in 3 Stunden auf Null gesunken. Die erhaltene Lösung wird eingedampft und mit Milchzucker verschnitten zu einem Produkt ι : 150. Pro Kilogramm von diesem verschnittenen Produkt sind 10 !kWh an elektrischer Energie benutzt worden. Dieser verhältnismäßig hohe Energieverbrauch ist die Folge des niedrigen p_H, bei dem gearbeitet wird. Dies ist aber notwendig, um den Rückgang der Enzymäktivität des Pepsins zu hemmen.

Beispiel II

Der bei der Zuckerherstellung nach der ersten Auskristallisierung von Zucker erhaltene Sirup, der sog. Α-Sirup, wird in einem Apparat von geeigneter Konstruktion und Dimension einer Elektrodialyse mit einer Stromdichte von 30 bis 40 imA pro Quadratzentimeter unterworfen. Dabei wird das p_H des Sirups durch Regelung mittels der Spülflüssigkeiten auf ungefähr 7,0 gehalten.

Als anodische Spülflüssigkeif wird eine Lösung von 0,01 11-H₂SO₄ und von 0,02 n-K₂SO₄ und als kathodische Spülflüssigkeit eine Lösung von o,oin-KOH benutzt. Pro Apparat von 501 Elektrodialyseinhalt wird eine Spulgeschwindigkeit im Kathodenraum von 350 1 pro Stunde und im Anfang eine Spülgeschwindigkeit im Anodenraum von 600 1 pro Stunde angewandt. Nach 15 Minuten zeigt es sich, daß das p_H der Mittelflüssigkeiit bis zu 6,7 gesunken ist, wonach die Spülgeschwindigkeit der Spülflüssigkeit im Anodenraum auf 8001 pro Stunde eingestellt wird. So geht man mit dem Regeln weiter, wobei es sich zeigt, daß gegen das Ende der Elektrodialyse (nach ± 2 Stunden) eine Spülgeschwindigkeit von ungefähr 350 1 pro Stunde erforderlich ist, um das p_H auf 7,0 zu halten. Dampft man den elektrodialysierten Sirup weiter ein, so kristallisiert viel mehr Zucker und von viel reinerer Qualität, als sich ohne Anwendung der Elektrodialyse gewöhnlich aus Α-Sirup erhalten läßt.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur Gewinnung nicht oder langsam dialysierender Produkte aus mit anorganischen Bestandteilen verunreinigten Flüssigkeiten durch Elektrodialyse, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeit unter starker Rührung der p_H-Wert durch Veränderung der Durchflußgeschwindigkeit und der Zusammensetzung der Spülflüssigkeiten im Anoden- und Kathodenraum geregelt wird, indem im Anodenraum durch Zusatz von Salzen und/oder Säuren neutrale oder schwach saure Reaktion und im Kathodenraum durch Zusatz von Salzen und/ oder Basen neutrale oder schwach alkalische Reaktion hervorgerufen wird, und daß die gereinigte Flüssigkeit in bekannter Weise weiterverarbeitet wird.

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