DE971771C - Verfahren zur Durchfuehrung von Jonenaustauschreaktionen mittels Austauschergemischen und zur Regeneration des Gemisches - Google Patents

Description

• Verfahren zur Durchführung von Jonenaustauschreaktionen mittels Austauschergemischen und zur Regeneration des Gemisches Gegenstand der Erfindung hildet ein neuartiges und besonders vorteilhaftes Verfahren zur Durchführung von Jonenaustauschreaktionen mittels Austauschergemischen und zur Regenerierung des Gemisches im gleichen Gefäß nach vorhergehendem Trennen in zwei übereinanderliegenden Schichten durch Flotation, insbesondere mittels einer Lösung entsprechender Dichte.
• Die Behandlung von Lösungen mittels Gemischen von Jonenaustauschern in sogenannten Mi schhettfiltern ist bekannt. Hierbei werden während des Betriebes, z. B. der Entsalzung von Lösungen, die Jonenaustauscher als Gemisch verwendet, d. h. die Lösung fließt durch das Gemisch der Jonenaustauscher hindurch, um entsalzt abzufließen.
• Ferner ist bekannt, die verschiedenen Austauschen zum Zwecke ihrer Regeneration voneinangler zu trennen oder übereinanderzuschichten, damit jeder Austauscher oder jede Austauscherschicht für sich mit dem geeigneten Regenerationsmittel, z. E. Säuren und Alkalien, behandelt werden kann. So ist es auch bekannt, ein solches Mischbett im Behandlungsgefäß durch Flotation, insbesondere mittels einer Lösung entsprechender Dichte, in zwei übereinanderliegenden Austauscherschichten zu trennen und die Regeneration der einzelnen getrennten Schichten im absteigenden Regeneriermittelstrom vorzunehmen oder die Regeneration des Anionenaustauschers im Ahwärtsstrom und die des Kationenaustauschers im Aufwärts strom vorzunehmen.
• Einer solchen Arbeitsweise haften verschiedene, durch das dichte Aneinandergrenzen der beiden Austauscherschichten bedingte Mängel an, wie z. B. mangelhafte Regeneration der dem Verteilersystem benaehbarten Austauscherschichten durch schlechte Verteilung der Regeneriermittel. Vorbeladung der dem Verteilersystem benaahbarten Filterschichten durch Einwirkung des falschen Regeneriermittels, Kohlensäureentwicldung und damit Durchwirbelung der oberen Anionenaustauscherschicht durch Eindringen, z.B. karbonathaltiger Regenerationslauge in den unteren sauren Kationenaustauscher, Abscheidung von Niederschlägen, wie z. B. Magnesiumhydroxyd oder Kalziumkarbonat im unteren Kationenaustauscher, durch Eindringen karbonathaltiger Regenerationslauge in den mit Magnesium oder Kalzium beladenen Kationenaustauscher u. dgl. m.
• Das erfindungsgemäße Verfahren läßt demgegenüber unter Erzielung weiterer Vorteile alle diese Mängel und Schwierigkeiten vermeiden, und zwar dadurch, daß in das Misehbett neben den Jonenaustausehern am Austausch nicht beteiligte Stoffe von solcher Dichte und/oder Korngröße eingelagert werden, daß sie nach der Flotationstrennung eine Tren,nsehli,cht zwischen den beiden verschiedenen Austauschern bilden.
• In der Zeichnung ist ein derartiges Mischbettfilter im Regenerationszustand dargestellt, wile es erfindungsemäß beispielsweise zur Entsalzung von Lösungen verwendet werden kann, bestehend aus je einer Kationen- und Anionenaustauschserschicht I und 3 sowie einer Trennschicht 2. In die Trennschicht ist eingelettet ein Verteilersystem 4 für die Regenerationslösungen. Die untere Aus,tauscherschicht ruht auf einem Boden 9, der als Flüssigkeits und/odler Gasverteilungssystem ausgebildet ist. Bei der Regeneration wird beispielsweise über den Zulauf 5 eine 5°/oige Natronlauge dem Anionenaustauscher 3 zugeführt, die über das Verteilersystem 4 aus dem Filter abgeleitet wird, ohne die Schicht I zu durchströmen. Nach Auswaschen der überschüssigen Regenerationslösung, durch beispielsweise entsalztes oder entbastes Wasser auf dem gleichen Wege, wird dann durch das Verteilersystem 4 beispielsweise 5%ige Salzsäure durch den Kationenaustauscher I geleitet und bei 6 aus dem Filber herausgelassen. Nach Auswaschen der überschüssigen Säure auf dem gleichen Wege werden die drei Schichten I, 2 und 3 beispielsweise durch Einblasen von Luft über 7, die bei 8 entweicht, oder durch Eindrücken von Flüssigkeit über 7 mit hoher Geschwindigkeit, die über 5 abläuft, gemischt.
• An Stelle der vorbeschriehenen Regeneration kann diese auch derart durchgeführt werden, daß beide Austauscher zur gleichen Zeit regeneriert werden, wobei also beispielsweise die Anionenaustauscherschicht von oben nach unten von 5oiger Natronlauge umld die Kationenaustauscherschicht von unten nach oben von 5%iger Schwefelsäure durchflossen wird, so daß also beide Regenerationsablaugen über das in der Trennschicht befindliche Verteilersystem aus dem Filter abffleßen. Nach Auswaschen der Austauscherschichten, wobei wiederum der Anionenaustauscher von oben nach unten und der Kationenaustauscher von unten nach oben dlurchflossen wird, die vereinigten Waschwässer also ebenfalls über das Verteilersystem abfließen, erfolgt wiederum die Mischung der verschiedenen Materialien.
• Nunmehr ist das Misohbettfilter verwendungsbereit, also beispielsweise zur Entsalzung einer Elektrolytlösung. Hierbei tritt die Elektrolytlösung blei 5 ein und fließt bei 6 elektrolytfrei ab. Nach Erschöpfung der Austauscher, d. h. bei Durchbruch von Elektrolyten, ist deren Wiederbelebung erforderlich, wozu die drei Stoffe wieder voneinander getrennt, d. h. für sich geschichtet werden. Hierzu wird durch Einleiten von beispielsweise Wasser in 6 das Filter rückgespült, wodurch bei geeigneter Abstimmung der spezifischen Gewichte und/oder Korngrößen zwischen den drei Stoffen deren Trennung in Einzelschichten herbeigeführt wird.
• Die erfindungsgemäße Einschaltung einer nicht am Austausch beteiligten Schicht zwischen die beiden Austauscherschichten läßt eine vollständigere Regeneration der Austauscher, als bisher bekannt, ermöglichen, da die körnige Struktur der Zwischenschicht eine gleichmäßige Verteilung der Regeneriermittel über den ganzen Filterquerschnitt gewährleistet; gleichzeitig wird eine Beeinträchtigung der Regeneration durch Einströmen von beispielsweise Natronlauge in den Kationenaustauscher I oder Salzsäure in den Anionenaustauscher 3 vermieden. Je vollständiger die Regeneration der Austauscher ist, um so größer ist die Entsalzungskapazitat und um so vollständiger der Entsalzungseffekt.
• Ein weiterer Vorteil des erfin,durrgsgemäße1l Verfahrens besteht darin, daß durch die Einschaltung der Trennschicht Verklumpungen der verschiedenen Austaus.'cherteilchen miteinander verhindert werden. Derartige Verklumpungen, die die voll ständige Trennung und Schichtung verhindern, können bei Mischbettfiltern, die beispielsweise H-und OH-Austauscher enthalten, auftreten.
• Diese Klumpenbildung, die bei den bisher bekannten Verfahren bei Rückspülung mit Wasser allein eine glatte Trennung und Schichtung der Austauscher verhindert, kann vollständig vermieden werden, wenn entweder vor dem Rückspülen mit Wasser eioe Elektrolytlösung, z.B. Na Cl-Lösung, Na2 S 04-Lösung, verdünnte Schwefelsäure, verdünnte Natronlauge usw. von oben nach unten durch das Austauschergemisch geleitet wird oder das Rückspülen mit einer Elektrolytlösung erfolgt. Offenbar bewirken Elektrolytlösungen die völlige Ab sättigung zumindest eins der Austauscher, wodurch ein Zerfall der Verklumpungen eintritt. Werden höherprozentilge Elektrolytlösungen verwendet, so kann durch geeignete Einstellung des spezifischen Gewichtes gleichzeitig erreicht werden, daß eine Trennung bzw. Schichtung der verschiedenen Stoffe ohne Rückspülvorgang allein auf Grund unterschiedlicher spezifischer Gewichte der Materialien erreicht wird.
• Das Material für die Trennschicht 2, deren Höhe beliebig gewählt werden kann, soll keine jonen- austauschen den Eigenschaften besitzen und in seinem spezifischen Gewicht und seiner Korngröße so bemessen sein, daß es heim Trennvorgang die Trennschicht zwischen den Austauscherschi chten bildet.
• Als Material für diese Trennschicht können alle Stoffe verwendet werden, die weder von der zu behandelnden Lösung noch von den Regenerationsmitteln angegriffen werden und keine jonenaustauschenden Eigensohafteii besitzen, z. B. Kunstharze, Anthrazit, Koks, Glas usw. Wenn an sich auch die Form der Körner des Trenmnaterials beliebig gewählt werden kann, so hat sich doch die Kugelform als besonders vorteiLhaft erwiesen. Derartige Kugeln sind beispielsweise durch Perlpolymlerisation von Styrol, Vinylchlorid, Methacrylsäuremethylester, Divinylbenzol, Acrylnitril usw. oder Kopolymerisation mehrerer derartiger Stoffe gegehenenfalls unter Zusatz von Beschwerungsmitteln herzustellen.
• E)ATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Durchführung von Jonenaustausch reaktionen mittels Jonenaustauschergemischen und zur Regenerierung des Gemisches im gleichen Gefäß nach vorhergehendem Trennen in zwei übereinanderlile;genden Schichten durch Flotation, insbesondere mittels einer Lösung entsprechender Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß in das Mischbett neben den Jonenaustausohern am Austausch nicht be; teiligte Stoffe von solcher Dichte und/oder Korngröße eingelagert werden, daß sie nach der Flotationstrennung eine Trennschicht zwischen den beiden verschiedenen Austauschern bilden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die gemischten Stoffe vor der Trennung und Schichtung mit einer Elektrolytlösung behandelt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitung der Regenerationsmittel mittels eines in der Trennschicht eingelagerten Verteilersystems vorgenommen wird.

   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration der Austauscherschichten nacheinander derart vorgenommen wird, daß die Regenerierlösungen die Austauscherschichten von oben nach unten durchlaufen und das Verteilersystem in der Trennschicht als Ab- bzw.

   Zufluß dient.

   5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration der Austauscherschichten gleichzeitig erfolgt, derart, daß die obere Austauscherschicht von oben nach unten und die untere von unten nach oben durchflossen wird und das Verteilersystem in der Trennschicht als Abfluß für beide Regenerationslösungen dient.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung R 3620 IVc/8ob (bekanntgemacht am 3. I. I952); Industrial and Engineering Chemistry, I95I, 43, S. 730 bis 733.