DE94494C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12: Chemische Verfahren und Apparate.

Weichmachen harter Wässer mittels Alkalioleaten.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 7. Mai 1896 ab.

Das vorliegende Verfahren bezweckt die Weichmachung von Grund- und Quellwässern zu industriellen Zwecken, wie z. B. für Dampfkesselspeisung, für die Textilindustrie und für andere Zwecke, bei denen die Gegenwart von Kalk - und Magnesiasalzen im Wasser von Schaden sein könnte.

Es besteht

ι. aus der Abscheidung der im Wasser gelösten Salze der alkalischen Erden durch Fällung mit einer entsprechenden Menge von ölsaurem Natron,

2. aus der Entfernung eines etwaigen Ueberschusses des zugesetzten Fällungsmittels durch entsprechende Mengen geeigneter Stoffe, wie schwefelsaures Eisenox)^rd, schwefelsaure Thonerde, Alaun oder Eisenalaun.

Folgende chemische Thatsachen dienen dem Verfahren zur Gründlage:

a) Wird eine Lösung von Erdalkalisalzen mit einer abgewogenen Menge von Alkalioleat behandelt, in welchem der Gehalt an Alkalimetalloxyd demjenigen des Wassers an gebundenen Säureradicalen genau äquivalent ist, dann scheiden sich die Erdalkalien in 'Form von unlöslichen, leichteren Oelsäureverbindungen in der Weise ab, dafs sie als schwammigteigige Masse, bei gewöhnlicher Temperatur, an die Oberfläche des Wassers obenauf steigen.

b) Entsprechen dagegen die Mengen der in Lösung enthaltenen gebundenen Säuren denen der Alkalioleate nicht genau, sondern sind letztere wesentlich gröfser, da ja eine vollständige Fällung der Erdalkalien erstrebt werden soll, dann bildet sich eine Emulsion der unlöslichen Erdalkalioleate, in der letztere, auch bei Erwärmung bis zur Siedehitze, hartnäckig zurückgehalten werden und daher, obwohl unlöslich, auf mechanischem Wege entweder gar nicht mehr oder doch nur ganz unvollständig abgetrennt werden können.

Das vorliegende . Wasserreinigungsverfahren hat sich demnach ergeben:

I. Aus der Wahrnehmung der Thatsache, dafs die ölsauren Erdalkaliverbindungen, wenn sie unter ganz bestimmten Mengenverhältnissen durch Fällung mit Alkalioleat gebildet werden, im Wasser, bei gewöhnlicher Temperatur, als specifisch leichtere schwammige Masse von selbst an die Oberfläche steigen und von da leicht auf mechanischem Wege abgetrennt werden können.

II. Aus der Entdeckung einer praktisch einfachen Methode zur schnellen und sicheren Ermittelung der den Erdalkalien äquivalenten Gewichtsmengen von Alkalioleat, die die Fällung und Ausscheidung der ersteren unter den unter a) und I. erwähnten Bedingungen bewirken.

Obgleich allgemein bekannt ist, dafs Seifelösung Kalk und Magnesiasalze in unlösliche Verbindungen verwandelt, besteht bisher kein für alle Fälle gültiges, industrielles Wasserreinigungsverfahren, das auf der Anwendung von Seife beruht. Das kommt daher, weil die Seife an und für sich ein complexes Gemisch von Alkalisalzen der verschiedenen Fett-

(2. Auflage, ausgegeben am 30. April i8g8.)

säuren (Stearin-, Palmitin-, Margarin- und Oleinsäure) ist, in dem die relativen Gewichtsmengen der verschiedenen Fettsä'urearten und folglich auch der Salze dieser Säuren unter sich nicht immer in dem nämlichen Verhältnisse vorhanden sind, und das aufserdem noch immer schwankende Mengen von freiem Alkali enthält. Für gleiche Gewichtsmengen verschiedener Seifenproben, angenommen auch, dafs der Wassergehalt der nämliche sei, ergiebt sich daher nicht der gleiche Gehalt an Alkalioxyd. Infolge dessen ist es nach den heutigen Begriffen unmöglich, eine betriebsfähige, industrielle Reinigung des Wassers auf Seife zu basiren, eben und hauptsächlich deshalb, weil deren schwankende Zusammensetzung den oben erwähnten Bedingungen des richtigen Einhaltens der Aequivalentverhältnisse. von Alkalioxyd der Seife und dem Erdalkaligehalte des Wassers widerspricht. Dafs in dieser Hinsicht schon Bemühungen gemacht worden sind, die Seife zur Reinigung des Wassers heranzuziehen, beweisen die Ausführungen in Ferd. Fischer's chemischer Technologie des Wassers, wo auf S. 290 gerathen wird, das Wasser, welches freilich nur zur speciellen Bereitung von Seifebädern dienen soll, zuerst mit einem kleinen Theile der Seife zu verkochen, damit durch dieses Verkochen die unlöslichen Kalk- und Magnesiaseifen an die Oberfläche des Wassers befördert werden. Die Unbestimmtheit der Angaben allein giebt schon den Mafsstab für den Werth des Verfahrens. Es ist ja wahr, dafs durch dieses Verkochen ein Theil der unlöslichen Erdalkaliseifen an die Oberfläche gebracht wird, gerade wie z. B. beim Verkochen der Milch ein Theil des in ihr enthaltenen Fettes an die Oberfläche gelangt, doch verbleibt der weitaus gröfsere Theil in Emulsion, so dafs ein nach diesem Verfahren behandeltes und verbessertes Wasser kaum zu einem anderen Zweck als zur Bereitung von Seifebädern verwendet werden könnte.

Das Hauptmerkmal und die Eigenthümlichkeit des von den Verfassern vorgeschlagenen Verfahrens besteht aber nun gerade darin, dafs auf kaltem Wege, ohne Temperaturerhöhung, die Gesammtheit der Salze der alkalischen Erden, also nicht nur ein Theil, aus dem Wasser mechanisch ausgeschieden wird.

Es erübrigt noch zu zeigen, auf welche Weise das schon vielfach erwähnte Aequivalent der im Wasser enthaltenen, an Erdälkalien gebundenen Säuren, mit Einschlufs der freien Kohlensäure, in Alkalihydrateinheiten aufgefunden werden kann. Zu diesem Behufe werden in einer Schüttelflasche 50 ecm des zu untersuchenden Wassers mit einer entsprechenden Menge, d. h. einem oder ein paar Tropfen Oelsäure, welche obenauf schwimmt, behandelt, und Zehntelnormalkalilösung, zuerst in kleineren Mengen, dann tropfenweise so lange hinzugefügt, bis nach kräftigem Schütteln ein leichter, schnell verschwindender, seifenähnlicher Schaum entsteht. Alsdann wir.d die zugeführte Menge Zehntelnormalkalilösung abgelesen und das Gewichtsverhältnifs von Alkalihydrat in Procenten berechnet. Eine einfache Rechnung ergiebt sodann das erforderliche Gewichtsquantum von Oelsäure.

Die Chemie dieser Operation ist leicht zu verstehen. Der erste Theil der zugesetzten Aetzkalilösung dient dazu, die freie Kohlensäure des Wassers zu binden, der andere Theil bringt die Erdalkalioleate hervor, indem er sich entweder direct mit der Oelsäure verbindet und auf diese Weise als Alkalioleat mit den Salzen der alkalischen Erden in Wechselwirkung tritt, oder aber letztere in Hydrate verwandelt, die sich sodann mit der freien Oelsäure verbinden. Der leichte, schnell verschwindende Schaum, welcher durch das Schütteln entsteht, zeigt den Punkt der vollständigen Fällung der Erdalkalisalze an.

Dafs die auseinandergesetzte Titrirmethode auf einem Princip beruht, das sich nicht allein auf die Gewichtsbestimmung der Erdalkalien beschränkt, sondern auf alle Metallsalze ausgedehnt werden kann, bedarf wohl keiner weiteren Erwähnung. Es hat vor allen anderen Verfahren den Vortheil einer grofsen Allgemeinheit. Zu dem allgemein bekannten und gebrauchten und in allen Handbüchern beschriebenen hydrotimetrischen Verfahren der Härtebestimmung des Wassers steht es ungefähr im nämlichen Verhältnifs, wie letzteres zu allen anderen Titrirverfahren. Oelsäure ist in der zur gebräuchlichen hydrotimetrischen Bestimmung gebrauchten Seife nur in geringen Gewichtsprocenten vorhanden, während sie im vorliegenden Verfahren die einzige und Hauptrolle spielt. Die beiden Verfahren sind demnach grundverschieden von einander, und liegt der hauptsächlichste Vortheil des Oelsäureverfahrens darin, dafs es direct zu rationellen Werthen führt.

Aus der Gesammtheit dieser. Auseinandersetzungen ergiebt sich, dafs bei dem vorliegenden Wasserreinigungsverfahren ausschliefslich nur Alkalioleate, also nicht Seifen im industriellen Sinne des Wortes Verwendung finden können, denn nur Alkalioleate allein ermöglichen es, den Bedingungen einer vollkommenen Abscheidung der alkalischen Erden auf kaltem Wege in industrieller Hinsicht genügend leicht nachzukommen. Ein Ueberschufs an Oelsäure beschleunigt die mechanische Abscheidung, während auf einer anderen Seite jeder wesentliche Ueberschufs an Alkalioxydverbindung sorgfältigst vermieden werden mufs, da er diese Abscheidung erschwert und sogar unmöglich macht.

Da das Alkalioleat nun auf zwei Wegen dargestellt werden kann, nämlich durch directes Einwirken von Aetzkali auf Oelsäure und durch Zersetzung von Alkalicarbonat durch die nämliche Säure, so ergeben sich für die Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens zwei Methoden, deren,Beschreibung hier folgen soll:

I. Die Bildung des löslichen Alkalioleats geschieht durch Einwirkung von Alkalihydrat auf Oelsäure.

Man mischt das zu reinigende Wasser in einem geeigneten, mit Rührwerk versehenen Behälter innigst mit der erforderlichen Menge Oelsäure und bringt während des Rührens die entsprechende Menge Aetzkalilösung hinzu. Nach kurzer Zeit scheiden sich sodann die ölsauren Salze der alkalischen Erden als teigige und unlösliche Masse glatt ab, die sich an der Oberfläche des Wassers schnell ansammelt. War das Aequivalentverhältnifs von Alkalioleaten zu den im Wasser vorhandenen Erdalkalioxydprocenten möglichst richtig getroffen, so kann das Wasser in diesem Zustande zu industriellen Zwecken direct verwendet werden, besonders dort, wo eine leichte Opalescenz' desselben nicht ins Gewicht fällt.

Die Opalescenz, welche von einem minimalen Ueberschufs an Alkalioleaten herrührt, kann vollständig gehoben werden durch Zusatz von äquivalenten minimalen Gewichtsprocenten Lackmus röthender neutraler Salze, wie Eisenoxyd-, Aluminiumoxydsalze oder verwandter Verbindungen. Die Menge der zuzusetzenden Fällungsmittel läfst sich leicht bestimmen. Im Falle der Opalescenz reagirt das Wasser nämlich leicht alkalisch und ist ihm so viel Lösung genannter Salze hinzuzufügen, bis es neutrale Reaction "zeigt. Die Wirkung wird natürlich durch schnelle Bewegung beschleunigt. Diese Kläroperation kann mit der ersten in ein und demselben Behälter gemacht werden, kann aber auch je nach Bedarf und Einrichtung in einem besonderen Gefäfs vorgenommen werden, in den das Wasser aus dem ersteren durch ein Metallsieb, das die gröberen Verunreinigungen mit Oleatkuchenmasse zurückhält, gelangt. Auch können die Operationen zweckmäfsig in Gegenwart von Klärmitteln, wie Sägemehl und Papiermasse, stattfinden. Das auf diese Weise behandelte Wasser gelangt dann schliefslich in ein Sandfilter, aus dem es vollkommen klar und rein wieder hervortritt. Nach seiner Klärung darf es keine Spur der angewendeten Klärmittel mehr enthalten. Deren Anwendung in Pulverform ist auf den Erfolg des Verfahrens von keinem schädlichen Einflufs, doch erheischt sie gröfseren Zeitaufwand.

II. Die Bildung der löslichen ölsauren Alkalien geschieht durch Einwirkung von Alkalicarbonaten auf Oelsäure.

In diesem Falle kann die Bereitung der ölsauren Alkalien nur aufserhalb des Rührapparates durch Wirkung der Oelsäure auf ganz concentrate. Carbonatlösung bei Anwendung leichterer Erwärmung geschehen, entweder in einer in das Wasserzuleitungsrohr zu diesem Zwecke eingefügten Kammer, wo die Reaction unter Zuleitung eines Dampfstromes in wenigen Secunden beendigt ist und das, Oleat durch das zuströmende Wasser in den Rührapparat gespült wird, oder in einen besonderen Kessel, aus dem es in den erforderlichen Gewichtsprocenten durch eine entsprechende Vorrichtung dem Wasserzuleitungsrohr zugeführt wird.

Im Uebrigen weicht das Verfahren von dem unter i. beschriebenen in keinem Punkte ab.

Die im vorbeschriebenen Verfahren gebrauchte Oelsäure kann durch Behandlung des ölsauren Erdalkalikuchens mit Salz - oder Schwefelsäure wiedergewonnen werden. Das Wasser selbst, welches auch seine ursprüngliche Zusammensetzung gewesen sei, wird durch diese Behandlung auf die Reinheit des Regenwassers gebracht.

Mechanischer Theil.

Für das vorliegende Verfahren hat sich nach unseren Versuchen der nachstehend beschriebene und abgebildete Apparat am besten bewährt, doch können statt der kugeligen Gefäfse auch cylinderförmige oder Gefäfse anderer Form Verwendung finden.

Der Apparat besteht aus folgenden Stücken: einem kugelförmigen Behälter, der aus zwei durch geeignete Flantschendichtung D D mit einander verbundenen Halbkugeln C C besteht. Beide Halbkugeln tragen Fenster E aus durchsichtigem, gegen die Einwirkung des Wassers und der in Frage kommenden Reagentien widerstandsfähigem Material. In diesem kugelförmigen Behälter bewegen sich zwei halbkreisförmige Rührflügel F von verschiedenem Durchmesser, die auf einer durch Stopfbüchse H in den Apparat tretenden Achse G sitzen. Der Antrieb der Achse kann durch Riemscheiben / vermittelt oder auf jede beliebige andere Art bewirkt werden. Um die Mischung des Wassers mit den Reagentien möglichst innig zu machen, trägt die Innenseite des Kugelbehälters rippenförmige Vorsprünge K beliebigen Profils, denen eventuell Aussparungen in den Rührflügeln entsprechen. Auf der Oberseite trägt das kugelförmige Gefäfs zwei Rohrstutzen mit Hähnen L L für den Einflufs des Wassers und der Reagentien. An der unteren Seite befindet sich der Abflufshahn M und die Oeffnung N zur Entfernung der compact ausgeschiedenen Kalk- bezw. Magnesiaoleate. Unmittelbar unter dem Abflufshahn befindet sich das Filter O, bestehend

aus einem cylindrisch oder anders geformten Gefäfs, in dem sich das Filtermaterial (Koks, Sand, Cellulose oder dergl.) befindet. Ueber dem letzteren ist noch ein Metallsieb vorgesehen. Das Filter kann eventuell um seine horizontale Achse drehbar angeordnet sein behufs Entleerung der auf dem Sieb angesammelten Kalkmassen in ein darunter stehendes Gefäfs. In vielen Fällen, wo es nicht auf absolute Klarheit des zu reinigenden Wassers ankommt, genügt dieser eine Apparat, wie beschrieben. Soll das Wasser noch den im chemischen Theil dieser Beschreibung näher erläuterten Klärprocefs durchmachen, so kann, wie es die Zeichnung zeigt, unter diesem ersten Apparat noch ein zweiter aufgestellt werden, der das aus dem Filter P ablaufende Wasser zur weiteren Behandlung aufnimmt. Der Apparat ist mit geringen Abänderungen genau so construirt wie der erstbeschriebene. Aus dem zweiten Filter R kann das gereinigte und geklärte Wasser direct geeigneten Aufbewahrungsgefäfsen zugeführt werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Verfahren zur Weichmachung harter Wässer vermittelst Alkalioleaten, dadurch gekennzeichnet, dafs diese entweder fertig oder in Form von ihren Componenten (z. B. OeI-säure und Aetznatron) in den Gewichtsverhältnissen der zu fallenden Erdalkaliverbindungen annähernd äquivalenten Gewichtstheilen dem Wasser zugefügt werden.
2. 2. Verfahren zur nachträglichen Klärung der so gereinigten Wässer durch Zusatz von dem überschüssig zugesetzten Oleat entsprechenden Gewichtsmengen von Eisenoxyd- oder Aluminiumsalzen, vor oder nach Entfernung der Erdalkalioleate, vortheilhaft mit nachfolgender Filtration durch Sandfilter.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.