NL8800684A

NL8800684A - METHOD FOR OBTAINING DISSOLVED SALTS AND ACIDS FROM OTHER AVAILABLE SALTS, ACIDS USING ION EXCHANGE RESINS

Info

Publication number: NL8800684A
Application number: NL8800684A
Authority: NL
Original assignee: Nalon Quimica Sa
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1988-10-17
Also published as: AR245018A1; AU1320888A; IL85745A0; FR2612423A1; MA21219A1; PT84807A; IT8819825A0; DK150588D0; NO881163L; GB2203964A; DE3808633A1; DK150588A; SE8800974L; MX168146B; BE1001098A5; AU611423B2; GB8806340D0; BR8801332A; IL85745A; IT1216130B

Description

t Λ £ VO 1073 .t VO £ VO 1073.

Betreft: Werkwijze voor het verkrijgen van opgeloste zouten en zuren uit andere verkrijgbare zouten,zuren onder toepassing van ionen wisselende harsen.Subject: Process for obtaining dissolved salts and acids from other available salts, acids using ion exchange resins.

BESCHRIJVING:DESCRIPTION:

De werkwijze waarop deze uitvinding betrekking heeft is gebaseerd op de toepassing van ionen uitwisselende harsen van het cationogene aard, teneinde ionogene uitwisselingen te maken met zout 5 en zure oplossingen, en aldus oplossingen en andere produkten te verkrijgen.The method to which this invention pertains is based on the use of ion exchange resins of the cationic nature to make ionic exchanges with salt and acid solutions, thus obtaining solutions and other products.

Het ionen uitwisselende hars is een copolymeer van styreen en divinylbenzeensulfonaat van een macroporeuze structuur, welke aanwezige is als een vaste stof in de vorm van bolletjes van 10 een diameter van ongeveer 0,6 mm. Diverse bedrijven vervaardigen dergelijke typen harsen, deze zijn op de markt verkrijgbaar.The ion exchange resin is a copolymer of styrene and divinyl benzene sulfonate of a macroporous structure, which is present as a solid in the form of spheres of about 0.6 mm in diameter. Various companies manufacture such types of resins, which are available on the market.

Dergelijke harsen bieden weerstand aan de osmotische veranderingen die veroorzaakt worden door contact met oplossingen van verschillende concentraties, zonder dat deze fysische verande-15 ringen ondergaan welke de vorm ervan veranderen. Deze kunnen van de zure vorm en de zoute vorm om overgaan, en omgekeerd, en oneindig aantal keren, terwijl deze hun structuur behouden, en deze bieden goed weerstand aan de oxiderende of reducerende werking van bepaalde opgeloste stoffen.Such resins resist the osmotic changes caused by contact with solutions of different concentrations without undergoing physical changes that alter their shape. These can transition from the acid form and the salt form, and vice versa, an infinite number of times, while retaining their structure, and offering good resistance to the oxidizing or reducing action of certain solutes.

20 De cationogene ionen uitwisselende harsen zijn sulfon- zuren, en gedragen zich als een sterk zuur. In contact met een oplossing van een zout stelt zich een zuur/zout evenwicht in, welke weergegeven kan worden door de reversibele vergelijking:The cationic ion exchange resins are sulfonic acids and behave like a strong acid. In contact with a solution of a salt, an acid / salt balance is established, which can be represented by the reversible equation:

RH + KA = RK + HARH + KA = RK + HA

25 waarin (RH) het hars in zuurvorm is, (RK) het hars in zoutvorm is, (K) het cation van het zout in oplossing is, (A) het anion van het zout in oplossing is, en (H) waterstof of een cation anders dan het (K) cation is.Wherein (RH) is the resin in acid form, (RK) is the resin in salt form, (K) is the cation of the salt in solution, (A) is the anion of the salt in solution, and (H) is hydrogen or a cation other than the (K) cation.

Men spreekt van beladen van een ionen uitwisselend 30 hars als het overgaat in de zoutvorm, en van regenereren als het . 880 0 68 4 ----- j ‘tIt is said that an ion exchange resin is charged when it changes to the salt form and that it is regenerated. 880 0 68 4 ----- j ‘t

VV

- 2 - overgaat in de zuurvorm.- 2 - changes into the acid form.

Als een ionen uitwisselend hars in zuurvorm verkrijgbaar is in kolomvorm die voldoende hoog is in geschikte houder, en als men een oplossing van een zout zoals kaliumchloride langzaam 5 door het immobiele hars laat circuleren van beneden naar boven, vindt er ionen uitwisseling plaats tussen het hars en de oplossing, welke de neiging heeft een fysisch chemisch evenwicht in te stellen op ieder punt van de kolom. Als een gevolg van de ionen uitwisseling wordt de oplossing zuurder naarmate deze verder door de hars 10 voortschrijdt, tot dat al het zout in het zuur omgezet wordt, en de hars wordt beladen met het corresponderende cation. Derhalve wordt er in de kolom een concentratiegradiënt opgebouwd aan zout, welke lager is naar de top, binnen een zóne waarboven er alleen hars aanwezig is in zuurvorm en oplossing van zuur overeenkomstig 15 met het ingebrachte zout, en waaronder zich alleen beladen hars en zoutoplossing bevindt.When an ion exchange resin in acid form is available in column form sufficiently high in suitable container, and when a solution of a salt such as potassium chloride is slowly circulated through the immobile resin from bottom to top, ion exchange takes place between the resin and the solution, which tends to establish a physical chemical equilibrium at each point of the column. As a result of the ion exchange, the solution becomes more acidic as it proceeds further through the resin 10, until all the salt is converted to the acid, and the resin is charged with the corresponding cation. Therefore, a concentration gradient of salt is built up in the column, which is lower to the top, within a zone above which there is only resin in acid form and solution of acid corresponding to the salt introduced, and below which there is only loaded resin and saline .

De ionen uitwisselzöne, welke ingesteld is schrijdt voort naar de top van de kolom terwijl de oplossing van zout aan het onderste deel ingebracht wordt, terwijl het beladen hars in 20 de aanwezigheid van zout oplossing achter blijft, en het genereert het front van de oplossing van het zuur overeenkomstig met het zout, welke aan de bovenzijde verwijderd wordt.The ion exchange zone which is set proceeds to the top of the column while the salt solution is introduced to the lower part, while the loaded resin remains in the presence of salt solution, and it generates the solution front of the solution. the acid corresponding to the salt, which is removed at the top.

De concentratie van het anion overeenkomstig met het zout welke toegevoegd wordt blijft praktisch constant over de hele 25 kolom, met kleine variaties vanwege verschillende mate van solva-tatie van het hars in zuur en zoute media.The concentration of the anion corresponding to the salt being added remains practically constant throughout the column, with slight variations due to varying degrees of solvation of the resin in acid and saline media.

De hoogte van de ionen uitwisselende zóne van de kolom hangt af van de affiniteit van de hars tot het cation van het zout in vergelijking tot het waterstofion. Deze affiniteit is 30 groter in evenredigheid tot het grotere volume en valentie welke het cation bezit.The height of the ion exchange zone of the column depends on the affinity of the resin to the cation of the salt as compared to the hydrogen ion. This affinity is greater in proportion to the greater volume and valence the cation possesses.

Als de richting van circulatie van de oplossingen waarin de harsen gedompeld zijn omgekeerd is, door het toevoeren van zuuroplossing door het bovenste deel van de kolom en het 35 extraheren van zout door de bodem wordt de ionen uitwisselende .8800684 r , - 3 - z6ne naar boven geschoven, in dezelfde richting als de oplossing, en wordt de hars geregenereerd in reversibele vorm. In dit geval is de breedte van de zdne van ionen uitwisseling verschillend, in afhankelijkheid van de verschillende affiniteit van het hars ten 5 opzichte van de H+ en K+ cationen.When the direction of circulation of the solutions in which the resins are immersed is reversed, by supplying acid solution through the top part of the column and extracting salt through the bottom, the ion exchange. slid above, in the same direction as the solution, and the resin is regenerated in reversible form. In this case, the width of the ion exchange zone is different depending on the different affinity of the resin with respect to the H + and K + cations.

Als op een geregenereerde cationogene hars die aangebracht is in de vorm van een kolom met voldoende hoogte een zoutoplossing geleid wordt in stijgende richting en met voldoende snelheid wordt volgens het beschreven gedrag: 10 - de hars steeds verder beladen in een stijgende richting binnen de kolom; - vormt de ionen uitwisselende zóne een gedefinieerd volume van de hars binnen de kolom, hetgeen een functie is van het type cationen dat uitgewisseld 15 moet worden en tussen hars en oplossing; - verplaatst de ionen uitwisselende z6ne zich binnen de kolom in dezelfde richting als de oplossing, en - wordt er boven de ionen uitwisselende zone een zuur geproduceerd overeenkomstig met het geïntroduceerde 20 zout.When a regenerated cationic resin applied in the form of a column of sufficient height is guided in an ascending direction and at a sufficient speed, according to the described behavior: 10 - the resin is increasingly loaded in an ascending direction within the column; - the ion exchange zone forms a defined volume of the resin within the column, which is a function of the type of cations to be exchanged and between resin and solution; - the ion exchange zone moves within the column in the same direction as the solution, and - an acid is produced above the ion exchange zone corresponding to the introduced salt.

De hoeveelheid geproduceerd zuur komt stoechiometrisch overeen met de hoeveelheid beladen hars. De momenteel verkrijgbare macroporeuze ionen uitwisselende harsen hebben een capaciteit die dicht ligt bij twee equivalenten per liter.The amount of acid produced stoichiometrically corresponds to the amount of loaded resin. Currently available macroporous ion exchange resins have a capacity close to two equivalents per liter.

25 Als de direkte richting van circulatie van de oplos singen binnen de kolom omgekeerd wordt, door het toevoegen van een zuuroplossing door het bovenste deel van de kolom en het extraheren van zoutoplossing door het onderste deel: - verplaatst de ionen uitwisselende zöne zich voort- 30 durend naar beneden, waarbij tegelijkertijd het hars geregenereerd wordt, en - wordt zoutoplossing geproduceerd in een hoeveelheid welke in stoechiometrie is met de geregenereerde hars.When the direct direction of circulation of the solutions within the column is reversed, by adding an acid solution through the top part of the column and extracting saline through the bottom part: - the ion exchange zone proceeds. continuously down, simultaneously regenerating the resin, and - brine is produced in an amount that is in stoichiometry with the regenerated resin.

Zoals aangegeven is, is het doel van de uitvinding een 35 methode voor het verkrijgen van zouten en zuren in oplossing, gebaseerd .8800684 - 4 - op ionen uitwisseling met ionen uitwisselende harsen in aparte trappen, hetgeen aanleiding geeft tot de hierna vermelde voordelen.As indicated, the object of the invention is a method of obtaining salts and acids in solution, based on ion exchange with ion exchange resins in separate steps, giving rise to the advantages mentioned below.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt de ontwikkeling mogelijk van produktie-eenheden die in hoge mate geautomati-5 seerd kunnen worden. Het maakt het ook mogelijk de twee stadia van het proces onafhankelijk van elkaar te regelen. Het maakt het mogelijk de ionen uitwisselingswerkwijzen uit te voeren bij temperaturen die dicht liggen bij de atmosferische temperatuur, onder toepassing van minimale energie; het kan uitgevoerd worden bij 10 veel hogere temperaturen met de enige beperking dat de hars niet beschadigd mag worden onder de condities die inherent zijn aan ieder geval.The process according to the invention allows the development of production units that can be highly automated. It also makes it possible to control the two stages of the process independently. It allows the ion exchange processes to be carried out at temperatures close to atmospheric temperature, using minimal energy; it can be performed at much higher temperatures with the only limitation that the resin must not be damaged under the conditions inherent in each case.

De toepassing bij de werkwijze volgens de uitvinding van macroporeuze ionen uitwisselende harsen op basis van copoly-15 meren van styreen en divinylbenzeensulfonaten, welke bijzonder resistent zijn tegen osmotische schokken, maakt het mogelijk te werken met geconcentreerde oplossingen zonder de structuur van de hars te veranderen, met de voordelen hetgeen dat verschaft bij het verkrijgen van kristallijne produkten. Dit type harsen zijn 20 op hetzelfde moment bijzonder resistent tegen attritie, zodat deze een groot aantal cycly kunnen weerstaan, en behandeld kunnen worden in de werkwijze zonder enige significante achteruitgang te ondervinden. De kleine hoeveelheid fines welke onvermijdelijk geproduceerd worden bij het behandelen van de harsen worden in het 25 algemeen gesproken afgescheiden bij de wasbehandelingen.The use in the process according to the invention of macroporous ion exchange resins based on copolymers of styrene and divinyl benzene sulfonates, which are particularly resistant to osmotic shocks, makes it possible to work with concentrated solutions without changing the structure of the resin, with the advantages that that provides in obtaining crystalline products. These types of resins are at the same time particularly resistant to attrition, so that they can withstand a large number of cycly and can be treated in the process without experiencing any significant deterioration. The small amount of fines inevitably produced in the treatment of the resins are generally separated in the washes.

De bij voorkeur toegepaste ionen uitwisselende hars in een cationogene hars gevormd door een copolymeer van styreen en divinylbenzeensulfonaat, in de vorm van bolletjes van 0,6 mm gemiddelde diameter, hoewel andere type harsen ook toegepast kunnen 30 worden bij deze methode, waaronder de anionogene, zolang deze vast zijn, en vergelijkbare vorm hebben en resistent zijn tegen de fysisch chemische condities van de werkwijze.The preferred ion exchange resin in a cationic resin formed by a copolymer of styrene and divinylbenzene sulfonate, in the form of spheres of 0.6 mm average diameter, although other types of resins can also be used in this method, including the anionic, as long as they are solid, of comparable shape and resistant to the physicochemical conditions of the process.

In hoofdzaak bestaat de methode uit het uitvoeren van de werkwijzen van het beladen en regenereren van de hars in twee 35 afzonderlijke stadia, en in verschillende kolommen, en voor de be- .8800684 - 5 - schrijving ervan zal verwezen worden naar de aangehechte tekeningen, waarin: figuur 1 een schematische weergave is van een voorbeeld van de optelling van de apparaten en elementen toegepast bij de 5 werkwijze volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvorm, en figuur 2 een schematische weergave is, vergelijkbaar met die hierboven, van een tweede uitvoeringsvorm.Essentially, the method consists of performing the methods of loading and regenerating the resin in two separate stages, and in different columns, and for its description, reference will be made to the attached drawings, wherein: figure 1 is a schematic representation of an example of the addition of the devices and elements used in the method according to the invention in a first embodiment, and figure 2 is a schematic representation, comparable to that above, of a second embodiment.

In een eerste kolom wordt de werkwijze van het beladen van de hars met een zout in oplossing uitgevoerd, op hetzelfde 10 moment als dat een zure oplossing overeenkomstig met het zout geregenereerd is. In de aangehechte figuren wordt deze kolom aangeduid met 10.In a first column, the process of loading the resin with a salt in solution is performed at the same time that an acidic solution is regenerated corresponding to the salt. In the attached figures, this column is indicated by 10.

Deze kolom 10, zoals deze schematisch weergegeven is, is een houder in cyclindrische vorm die vertikaal opgesteld is. Aan 15 de bovenste en onderste uiteinden eindigt in isolatiekleppen en hars-transporteerkleppen. Nabij het onderste eind en lateraal draagt het tubelure 11 voor de toevoer van zoutoplossing, en nabij het bovenste eind heeft het een andere tubelure 12 voor extractie van de zuur (of zout) oplossing welke gegenereerd is bij de werkwijze. Beide 20 tubelures zijn inwendig verbonden met de vloeistofverdelers die bestemd zijn voor het garanderen van een uniforme stroming van de oplossingen welke door de hars gecirculeerd worden, in over de hele doorsnede van de kolom. De distributeurs zijn ontworpen teneinde vloeistoffen door te laten en hars tegen te laten, en zo aangebracht 25 dat deze het mogelijk maken de hars door de kolom te transporteren bij de transportbewerkingen.This column 10, as shown schematically, is a cyclindrical container arranged vertically. At the top and bottom ends terminates in isolation valves and resin transport valves. Near the bottom end and laterally it carries tubelure 11 for the brine supply, and near the top end it has another tubelure 12 for extraction of the acid (or salt) solution generated in the process. Both 20 tubelures are internally connected to the liquid distributors intended to ensure a uniform flow of the solutions circulated through the resin throughout the column cross section. The distributors are designed to allow liquids to pass through and to pass resin, and arranged to allow the resin to be transported through the column in the transport operations.

De dimensies van diameter en hoogte van de kolom 10 kunnen variëren tussen wijde grenzen, afhankelijk van de beoogde produktiecapaciteit.The dimensions of diameter and height of the column 10 can vary between wide limits depending on the intended production capacity.

30 Voor betere duidelijkheid zal de beschrijving van de methode voor de beladingsstadia van de hars plaatsvinden op basis van het gebruik van oplossing van kaliumchloride als zoutoplossing. Kaliumchloride is als 3 normaal oplossing bereid, bij kamertemperatuur, en vrij van vaste onzuiverheden of in oplossing, welke de 35 werkwijze kunnen verstoren, of hars kunnen beschadigen.For better clarity, the description of the method for the resin loading stages will be based on the use of potassium chloride solution as saline. Potassium chloride is prepared as a 3 normal solution, at room temperature, and free from solid impurities or in solution, which can interfere with the process, or damage resin.

.8800684 - 6 -.8800684 - 6 -

In het eerste stadium van de werkwijze volgens de uitvinding begint men met het vullen van de beladingskolom 10 met ionen uitwisselende hars in zuurvorm, en het toelaten vloeien van een oplossing van 3 normaal zoutzuur aanwezig in vat 13. Zo gauw de kolom 5 10 gevuld is met hars en de harstransportkleppen gesloten zijn be gint men met het toevoeren van kaliumchloride 3 normaal oplossing door de onderste tubelure 11 van de kolom en het extraheren van de oplossing van zoutzuur door de bovenste (12).In the first stage of the process according to the invention, the loading column 10 is started with an ion exchange resin in acid form, and a solution of 3 normal hydrochloric acid is allowed to flow into vessel 13. As soon as column 5 is filled with resin and the resin transfer valves closed, the addition of potassium chloride 3 normal solution through the bottom tubelure 11 of the column is started and the solution of hydrochloric acid is extracted through the top (12).

Bij de voeding van de zoutoplossing wordt de stroom 10 geregeld overeenkomstig met een volume hars aanwezig in de kolom per uur, bij toepassing van een 3 normaal kaliumchloride oplossing. De voorwaarde die de stroomsnelheid van de zoutoplossing bepaald is dat men een korte en duidelijk gedifferentieerde zone van ionen uitwisseling verkrijgt binnen de kolom, waarboven alleen hars in 15 zuurvorm (RH) en oplossing van het zout dat toegevoerd wordt naast elkaar bestaat; en waaronder alleen hars in beladen vorm (RK) en oplossing van geïntroduceerd zout naast elkaar bestaat. Deze conditie varieert, naast andere parameters, als functie van de concentratie van het zout, de fysisch chemische affiniteit van het cation van 20 het zout (K+) tot de hars, in relatie tot die van degene die vervangen worden (H+) en van de granulometrische curve van de hars.In the brine feed, the flow is controlled according to a volume of resin present in the column per hour, using a 3 normal potassium chloride solution. The condition that determines the flow rate of the brine is that a short and clearly differentiated zone of ion exchange is obtained within the column, above which only resin in acid form (RH) and solution of the brine supplied coexist; and under which only resin in loaded form (RK) and solution of introduced salt coexist. This condition varies, among other parameters, as a function of the concentration of the salt, the physical chemical affinity of the cation of the salt (K +) to the resin, in relation to that of the ones being replaced (H +) and of the granulometric curve of the resin.

Zolang de zoutoplossing toegevoerd wordt verschuift de ionen uitwisselende zone van de bodem van de kolom naar boven, waarbij een hoeveelheid zoutzuur in oplossing gegenereerd wordt 25 welke equivalent is met die van het hars dat beladen wordt. Als de zone van ionen uitwisseling in de buurt van de bovenste tubelure 12 arriveert, waaruit de oplossing van zoutzuur geëxtraheerd wordt, wordt het toevoeren van zout gestopt. Op deze wijze is alle hars die aanwezig is in de kolom onder de ionen uitwisselende zone be-30 laden in de vorm van (RK) .As long as the brine is supplied, the ion exchange zone from the bottom of the column shifts upwards, generating an amount of hydrochloric acid in solution equivalent to that of the resin being loaded. When the ion exchange zone arrives near the upper tubelure 12 from which the hydrochloric acid solution is extracted, the salt feed is stopped. In this way, all the resin present in the column below the ion exchange zone is charged in the form of (RK).

Als de hars aanwezig in kolom 10 beladen is in de vorm van (RK), worden de toevoer en uitlaatkleppen voor oplossingen gesloten, en gaat men voorts door de kolom het volume van geregenereerd hars corresponderend met een cyclus te circuleren. Dit 35 volume geregenereerd hars is aanwezig in vat 13, aangebracht boven .8800684 4 - 7 - kolom 10 en er mee verbonden via een klep. Het hars bevindt zich in een zure oplossing die uit de werkwijze zelf komt, welke door de pijpen 17 intreedt, zoals later verklaard zal worden. Door de klep aan de bodem van de kolom gaat de hars beladen in de vorm van (EK) 5 eruit.When the resin contained in column 10 is loaded in the form of (RK), the solution feed and outlet valves are closed, and the volume of regenerated resin is cycled through a cycle. This volume of regenerated resin is contained in vessel 13, placed above .8800684 4-7 column 10 and connected to it via a valve. The resin is in an acidic solution from the process itself, which enters through the pipes 17, as will be explained later. The valve in the form of (EK) 5 exits through the valve at the bottom of the column.

Bij deze methode daalt de ionen uitwisselende zóne, welke initieel nabij de bovenste tubelure was naarmate de hars circuleert tot dat deze zich bevindt boven, en vlakbij de onderste tubelure. Op dat moment wordt de circulatie van hars door de kolom 10 gestopt, onder sluiting van de overeenkomstige kleppen. Het volume van circulerend hars wordt constant gehouden in elke cyclus ten einde de bewerking te vereenvoudigen.In this method, the ion exchange zone, which was initially near the top tubelure, decreases as the resin circulates until it is above, and near the bottom tubelure. At that time, the circulation of resin through the column 10 is stopped, closing the corresponding valves. The volume of circulating resin is kept constant in each cycle to facilitate processing.

Daarna worden de toevoer en afvoerkleppen van de oplossingen geopend en wordt zoutoplossing toegevoerd tot dat de 15 ionen uitwisselende zóne aanwezig is in de zóne bij de bovenste tubelure 12 van de kolom.Then, the supply and discharge valves of the solutions are opened and brine is supplied until the 15 ion exchange zone is present in the zone at the top tube 12 of the column.

Op deze manier wordt in het eerste stadium van de werkwijze, en in zich herhalende cycly, het geregenereerde hars in zuurvorm omgezet in beladen hars in zoutvorm, en de zoutoplossing 20 welke toegevoerd wordt wordt omgezet in een overeenkomstige zuur-oplossing.In this manner, in the first stage of the process, and in repetitive cycly, the regenerated acid resin is converted into charged salt resin, and the brine fed is converted into a corresponding acid solution.

De totale hoeveelheid zout in opgeloste vorm die in cyclus toegevoerd is die welke noodzakelijk is voor het beladen van de hoeveelheid hars welke gecirculeerd is, plus de hoeveelheid zout 25 die de kolom verlaat tezamen met de hars in elke cyclus. De hoeveelheid van het zuur in opgeloste vorm welke getransporteerd wordt in elke cyclus is die welke stoechiometrisch overeenkomt met de hoeveelheid hars die beladen is, plus de hoeveelheid zuur welke de kolom binnen gaat bij het onderzetten van de hars in elke cyclus.The total amount of dissolved salt added in cycle is that necessary to load the amount of resin circulated, plus the amount of salt leaving the column along with the resin in each cycle. The amount of the dissolved acid transported in each cycle is that which stoichiometrically corresponds to the amount of resin loaded, plus the amount of acid entering the column when the resin is deposited in each cycle.

30 Teneinde er voor te zorgen dat de ionen uitwisselende zóne in de kolom in elke cyclus binnen de vastgestelde grenzen verschoven wordt, teneinde er voor te zorgen dat alleen een oplossing van zuur de kolom verlaat, zonder verontreiniging ervan met zout, evenals beladen hars EK zonder verontreiniging ervan met geregene-35 reerd hars BH, worden ionen en detectoren geïnstalleerd in de nabij- .880068430 In order to ensure that the ion exchange zone in the column is shifted within the defined limits in each cycle, to ensure that only a solution of acid leaves the column, without contamination with salt, as well as loaded resin EK without contamination of it with regenerated resin BH, ions and detectors are installed in the near .8800684

'V"V

- 8 - heid van genoemde grenzen.- 8 - the aforementioned limits.

De signalen van deze detectoren worden toegepast teneinde de hoeveelheid zoutoplossing toegevoerd aan elke cyclus aan te passen.The signals from these detectors are used to adjust the amount of saline supplied to each cycle.

5 Het eerste stadium van de werkwijze volgens de uitvin ding is niet alleen geldig voor het transformeren van een zout in een overeenkomstig zuur, maar dient ook voor het transformeren van een zout in een ander van hetzelfde anion. In dit geval dient de hars welke in elke cyclus in kolom 10 gebracht wordt beladen te 10 zijn met het cation dat overeenkomt het met het zout dat men wil verkrijgen. Dus, als het hars beladen is met natrium, in de vorm van (RNa) en kaliumchlorideoplossing toegevoerd in de kolom, verkrijgt men een natriumchlorideoplossing en een met kalium beladen hars (RK). In dit geval wordt de grens aan de concentratie van de 15 gebruikte oplossingen bepaald door de oplosbaarheid van het minst oplosbare zout.The first stage of the process of the invention is valid not only for transforming a salt into a corresponding acid, but also for transforming a salt into another of the same anion. In this case, the resin introduced into column 10 in each cycle must be loaded with the cation corresponding to the salt to be obtained. Thus, when the resin is loaded with sodium in the form of (RNa) and potassium chloride solution fed into the column, a sodium chloride solution and a potassium-loaded resin (RK) are obtained. In this case, the limit on the concentration of the solutions used is determined by the solubility of the least soluble salt.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding stromen de hars en de oplossingen altijd in tegenstroom. In het gegeven voorbeeld wordt vastgesteld dat het hars zich naar beweegt en de oplos-20 sing naar boven binnen kolom 10, maar deze richting kan omgekeerd worden. Als criterium voor 'het vaststellen van de richting van circulatie heeft het de voorkeur dat de minst dichte oplossing van de ionen uitwisselende zone in het bovendeel van de kolom is teneinde verstoringen van de ionen uitwisselende zone welke ver-25 oorzaakt worden door verschillen in dichtheden te vermijden.In the method according to the invention, the resin and the solutions always flow in counterflow. In the example given, the resin is determined to move and the solution upward within column 10, but this direction can be reversed. As a criterion for determining the direction of circulation, it is preferred that the least dense solution of the ion exchange zone is in the top of the column so as to avoid disturbances of the ion exchange zone caused by differences in densities. avoid.

De beladen hars in de RK-vorm, welke kolom 10 in elke cyclus verlaat wordt volledig bedekt door oplossing van het zout dat gebruikt is voor het beladen. Voordat deze hars ingebracht wordt naar een tweede kolom, voor het uitvoeren van het tweede 30 stadium van de werkwijze is het noodzakelijk op geschikte wijze het anion van dat zout van de hars te scheiden teneinde zoutver-ontreinigingen in de te verkrijgen produkten te vermijden. In overeenstemming met het diagram van figuur 1 wordt hiertoe de hars samen met de zoutoplossing welke afgevoerd is uit kolom 10 35 overgebracht naar een vat 14 in de vorm van een verticale kolom.The loaded resin in the RK form leaving column 10 in each cycle is completely covered by solution of the salt used for loading. Before this resin is introduced to a second column, to carry out the second stage of the process, it is necessary to suitably separate the anion of that salt from the resin in order to avoid salt impurities in the products to be obtained. To this end, in accordance with the diagram of Figure 1, the resin together with the brine discharged from column 10 is transferred to a vessel 14 in the form of a vertical column.

. 8 8 0 0 6 8 4 £ - 9 -. 8 8 0 0 6 8 4 £ - 9 -

Dit vat 14 is uitgerust met een dubbele bodem in de vorm van een rooster welke de hars tegen houdt en het vloeibare materiaal er door heen laat gaan. Eerst wordt de zoutoplossing afgetapt, welke daarna afgevoerd wordt door leiding 15, en de hars wordt gewassen 5 met water welke via 16 toetreedt tot dat het zout verwijderd is.This vessel 14 is equipped with a double bottom in the form of a grid which retains the resin and allows the liquid material to pass through it. First, the salt solution is drained, which is then discharged through line 15, and the resin is washed with water entering via 16 until the salt is removed.

De verdunde oplossing, welke afgevoerd is door leiding 15, wordt toegepast voor het oplossen van meer zout en wordt opnieuw gebruikt in de werkwijze, zodra de concentratie aangepast is.The dilute solution, discharged through line 15, is used to dissolve more salt and is reused in the process once the concentration is adjusted.

De gewassen en gespoelde hars in vat 14 is beschik-10 baar voor gebruik in het tweede stadium van de werkwijze. Voor dit doel wordt het overgebracht in een vat 23, onder toepassing van een zoutoplossing verkregen in kolom 20, welke toetreedt door leiding 27.The washed and rinsed resin in vessel 14 is available for use in the second stage of the process. For this purpose, it is transferred to a vessel 23, using a saline solution obtained in column 20, which enters through line 27.

Het tweede stadium van de werkwijze volgens de uit-15 vinding bestaat uit een ionen uitwisseling tussen de hars beladen in het eerste stadium van de werkwijze en een zuur of zout in oplossing, met Verschillende anion en cation van die toegepast in het eerste stadium. De ionen uitwisselingswerkwijze wordt uitgevoerd in kolom 20 van vergelijkbaar ontwerp en constructie met 20 die van de eerste kolom 10.The second stage of the process of the invention consists of an ion exchange between the resin charged in the first stage of the process and an acid or salt in solution, with different anions and cations used in the first stage. The ion exchange process is performed in column 20 of similar design and construction with that of the first column 10.

Het werkingsmechanisme van de tweede stadium is vergelijkbaar met die van het eerste, maar omgekeerd. Het volume aan hars overeenkomstig met de eerdere cyclus, en afkomstig uit het eerste stadium wordt in kolom 20 gebracht, en vloeit met zoutop-25 lossing, welke er van verkregen is. Op hetzelfde moment als beladen hars in de EK-vorm ingebracht wordt via het onderste deel van de kolom wordt hetzelfde volume aan geregenereerde hars geëxtraheerd door het bovenste deel. Bij elke cyclus wordt de ionen uitwisselings-zóne welke zich ingesteld heeft van het onderste deel van de kolom 30 verschoven naar het bovenste deel.The mode of action of the second stage is similar to that of the first, but vice versa. The volume of resin corresponding to the previous cycle, and coming from the first stage, is placed in column 20, and flows with saline solution obtained from it. At the same time as loaded resin in the EK form is introduced through the bottom part of the column, the same volume of regenerated resin is extracted through the top part. With each cycle, the ion exchange zone that has been adjusted is shifted from the lower part of the column 30 to the upper part.

Met de ionen uitwisselende zóne in het bovenste deel van de kolom 20, terwijl de hars transportkleppen gesloten zijn, wordt een zuuroplossing toegevoerd door de bovenste tubelure 21 terwijl tegelijkertijd de overeenkomstige zoutoplossing geëxtra-35 heerd wordt door de onderste tubelure 22. Op deze wijze wordt de .8800684 Λ % - 10 - ionen uitwisselende zóne verschoven naar het laagste deel van de kolomJ waar deze zich bevond voor de hars geïntroduceerd werd en een hoeveelheid zout equivalent aan het volume van de geregenereerde hars wordt genereerd.With the ion exchange zone in the upper part of the column 20, while the resin transport valves are closed, an acid solution is supplied through the upper tubelure 21 while at the same time the corresponding salt solution is extracted through the lower tubelure 22. In this manner the .8800684% - 10 - ion exchange zone shifted to the lowest part of the column where it was before the resin was introduced and an amount of salt equivalent to the volume of the regenerated resin is generated.

5 De molaire concentratie van het zuur welke toege voerd wordt komt ongeveer overeen met die van het zout welke verkregen is, en is beperkt door de verzadigingsconcentratie van de meest onoplosbare verbinding bij de werktemperatuur. Als een oplossing van een zout toegepast is voor het regereren van de hars, 10 het uitwisselingsmechanisme wordt vergelijkbaar, waarbij men in plaats van hars in de zuurvorm (RH), hars verkrijgt in de vorm van het overeenkomstige zout.The molar concentration of the acid which is fed corresponds approximately to that of the salt obtained and is limited by the saturation concentration of the most insoluble compound at the operating temperature. When a solution of a salt has been used to regenerate the resin, the exchange mechanism becomes comparable, whereby instead of resin in the acid form (RH), resin is obtained in the form of the corresponding salt.

De circulatie van hars en die van oplossingen in iedere cyclus kan gesynchroniseerd worden in de twee trappen van 15 de werkwijze.The circulation of resin and that of solutions in each cycle can be synchronized in the two steps of the process.

De geregenereerde hars welke uit kolom 20 komt in iedere cyclus vloeit door de zuur of zout oplossing toegepast voor de regeneratie ervan. Voordat deze hars overgebracht wordt naar de eerste kolom 10 voor het uitvoeren van de eerste trap van de werk-20 wijze en voor het sluiten van de cyclus van het hars, is het noodzakelijk de oplossing er van te scheiden. Om deze reden worden de hars en de oplossing toegevoerd naar een vat 24 in de vorm van een kolom, welke in ontwerp vergelijkbaar is met het hiervoor beschreven vat 14. Vervolgens wordt de oplossing na welke terug gevoerd is door 25 de leiding 25 af gevoerd, en wordt de hars gewassen met water, welke toetreedt door 16, tot dat het anion van de oplossing voldoende verwijderd is.The regenerated resin exiting from column 20 in each cycle flows through the acid or salt solution used for its regeneration. Before this resin is transferred to the first column 10 to carry out the first step of the process and to close the cycle of the resin, it is necessary to separate the solution from it. For this reason, the resin and the solution are fed to a vessel 24 in the form of a column, which is similar in design to the vessel 14 described above. Then, the solution which has been recycled is discharged through the line 25, and the resin is washed with water, which passes through 16, until the anion of the solution is sufficiently removed.

De gewassen en gespoelde hars wordt overgebracht naar vat 13 in zuur (of zout) oplossing verkregen in een kolom 10, welke 30 toetreedt door leiding 17, en derhalve beschikbaar blijft voor het transporteren naar het eerste stadium van de werkwijze.The washed and rinsed resin is transferred to vessel 13 in acid (or salt) solution obtained in a column 10, which enters through line 17, and therefore remains available for transport to the first stage of the process.

In een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan de zoutoplossing afgescheiden worden van de hars door de oplossing te vervangen door een andere zoutoplossing ver-35 kregen in het tweede stadium van de werkwijze. Het diagram van de .8800684 I « * - 11 - uitvoering van deze tweede uitvoeringsvorm is geïllustreerd in figuur 2.In a second embodiment of the method according to the invention, the salt solution can be separated from the resin by replacing the solution with another salt solution obtained in the second stage of the method. The diagram of the .8800684 I * 11 version of this second embodiment is illustrated in Figure 2.

De beladen hars in de RK-vorm, welke uit iedere cyclus uit de eerste kolom 100 komt wordt overgebracht naar een vat 130 in 5 de vorm van een kolom, en met ontwerpkarakteristieken die vergelijkbaar zijn met die van kolom 100. Daarna wordt er in dat vat 130 door de onderste tubelure 140 een volume van een oplossing van zout toegevoerd verkregen in de tweede kolom 200 in het tweede stadium van de werkwijze, gelijk aan het volume van de zoutoplossing die over-10 gebracht is met de hars die afkomstig is uit kolom 100. Tegelijk is het overeenkomstige volume zoutoplossing die toetrad met de hars geëxtraheerd door de bovenste tubelure 150 van het vat 130.The loaded RK-form resin, which comes out of each cycle from the first column 100, is transferred to a vessel 130 in the form of a column, and with design characteristics comparable to those of column 100. Then it is stated in that vessel 130 passed through the bottom tubelure 140 a volume of a solution of salt obtained in the second column 200 in the second stage of the process, equal to the volume of the salt solution transferred with the resin from column 100. At the same time, the corresponding volume of saline entering the resin is extracted through the top tubelure 150 of the vessel 130.

Tussen de zoutoplossingen in het vat 130 is een zóne van zoutmenging ingesteld, waarin de twee anionen geïnverteerde 15 concentratiegradiënten hebben, en waarboven er alleen met het hars de oplossing van zout tezamen staat welke toegevoerd is. De hars ondergaat geen transformaties in deze fase.Between the saline solutions in the vessel 130 is set a zone of salt mixing, in which the two anions have inverted concentration gradients, and above which there is only the solution of salt which has been fed together with the resin. The resin does not undergo transformations at this stage.

Deze zone van zoutmenging wordt in iedere cyclus van ene eind naar andere van het vat verschoven, binnen vastgestelde 20 grenzen, zodat deze nooit het vat verlaat met de afgevoerde materialen. Als de beweging van de hars begonnen wordt, zorgt men er voor dat de zoutmengzöne in het bovenste deel van het vat 130 er mee samen valt, welke altijd vol hars gehouden wordt, welke bevloeid is door de zoutoplossingen. In de fase van de circulatie-25 cyclus treedt de hars die uit 130 komt door een klep toe in kolom 200.This zone of salt mixing is shifted from one end to the other of the vessel in each cycle, within defined limits, so that it never leaves the vessel with the discharged materials. When the movement of the resin is started, the salt mixing zone in the upper part of the vessel 130 is caused to coincide with it, which is always kept full of resin, which is irrigated by the salt solutions. At the stage of the circulation cycle, the resin exiting 130 passes through a valve into column 200.

In de tweede trap van de werkwijze kan de oplossing ook gescheiden worden van de hars door deze te transporteren met een andere oplossing. In dit geval vrordt de behandeling uitgevoerd 30 in het vat 230, waarvan ontwerp en functie vergelijkbaar zijn met die van de hiervoor beschreven 130. In elke cyclus wordt het overeenkomstige hars dat uit kolom 200 komt overgebracht naar het vat 230 door het onderste deel, op hetzelfde moment dat een gelijk volume door het bovenste deel weggaat. Het transporteren van de 35 oplossing welke het vat binnen komt met de hars wordt verkregen door .8800684 ίIn the second step of the process, the solution can also be separated from the resin by transporting it with another solution. In this case, the treatment carried out 30 is released in the vessel 230, the design and function of which are similar to that of the 130 described above. In each cycle, the corresponding resin exiting from column 200 is transferred to the vessel 230 through the bottom part, at the same time that an equal volume leaves through the top part. Transporting the solution entering the vessel with the resin is accomplished by 8800684

VV

- 12 - het toevoeren door de bovenste tubelure 250 in elke cyclus en in tegenstroom met de hars van een equivalente hoeveelheid van de zuur (of zout) oplossing geproduceerd in kolom 100 in het eerste stadium van de werkwijze. Het verschuivingsmechanisme voor de 5 oplossing is vergelijkbaar met die welke plaatsvindt in het vat 130.Feeding through the upper tubelure 250 in each cycle and countercurrent with the resin an equivalent amount of the acid (or salt) solution produced in column 100 in the first stage of the process. The shift mechanism for the solution is similar to that which takes place in the vessel 130.

De hars die vat 130 in elke cyclus verlaat wordt opgenomen in een vat 300, voor transport ervan naar een ander voe-dingsvat 310 voor kolom 100. Op deze wijze van uitvoering van de 10 werkwijze volgens de uitvinding wordt het transport van het hars overeenkomstig elke cyclus gesynchroniseerd tussen alle elementen of apparaten, en de hars wordt gemeten en verwijderd uit vat 310.The resin leaving vessel 130 in each cycle is taken up in a vessel 300, for transporting it to another feeding vessel 310 for column 100. In this way of carrying out the method of the invention, the transportation of the resin according to each cycle synchronized between all elements or devices, and the resin is measured and removed from vessel 310.

In figuur 2 zijn de nummerieke verwijzingen naar elementen van het diagram, zoals tubelures, leidingen, kleppen en 15 dergelijke waarvan de functie begrepen kan worden uit de verklaring, uit de vergelijkbaarheid tussen stadia en geïllustreerde pijltjes weggelaten.In Figure 2, the numerical references to elements of the diagram, such as tubelures, conduits, valves and the like, the function of which can be understood from the explanation, are omitted from the comparability between stages and illustrated arrows.

Voorbeeld I.Example I.

Een produktie-eenheid voor het verkrijgen van kalium-20 nitraat en zoutzuur uit kaliumchloride en salpeterzuur met een capaciteit van ongeveer 5000 MT per jaar aan kaliumnitraat dient de navolgende basiskenmerken te bezitten: - Afmetingen van de kolommen: diameter 1,2 m; hoogte 5 m.A production unit for obtaining potassium-20 nitrate and hydrochloric acid from potassium chloride and nitric acid with a capacity of about 5000 MT per year of potassium nitrate must have the following basic characteristics: - Dimensions of the columns: diameter 1.2 m; height 5 m.

25 - Volume van hars getransporteerd bij iedere cyclus: 1 m3.25 - Volume of resin transported at each cycle: 1 m3.

- Aantal cycly per uur: 3.- Number of cycly per hour: 3.

- Hoeveelheid aan ionen wisselende hars in kringloop: 1C 3 ongeveer 15 m .- Quantity of ion exchange resin in cycle: 1C 3 about 15 m.

30 In het eerste stadium van de werkwijze wordt de hars beladen met kaliumion (RK) onder toepassing van een oplossing van kaliumchloride 3 N, en men verkrijgt tegelijkertijd zoutzuur in oplossing bij een concentratie van 2,8 N. In het tweede stadium van de werkwijze wordt de hars geregenereerd tot de zuurvorm (RH) 35 met salpeterzuuroplossing in 3 N concentratie en men verkrijgt .8800684 - 13 - kaliumnitraat in oplossing van ongeveer 3 N.In the first stage of the process, the resin is charged with potassium ion (RK) using a solution of potassium chloride 3 N, and hydrochloric acid in solution is simultaneously obtained at a concentration of 2.8 N. In the second stage of the process the resin is regenerated to the acid form (RH) 35 with nitric acid solution at 3 N concentration and .8800684 - 13 - potassium nitrate in solution of about 3 N is obtained.

Voorbeeld II.Example II.

In dezelfde produktie-eenheid kan kaliumnitraat in oplossing verkregen worden uit natriumnitraat. Hars wordt gerege-5 nereerd in het tweede stadium met een 3 N oplossing van natriumnitraat. In het eerste stadium wordt, als de hars beladen met kaliumchloride, 3 N, een oplossing van 3 N natriumchloride tegelijkertijd verkregen.In the same production unit, potassium nitrate in solution can be obtained from sodium nitrate. Resin is regenerated in the second stage with a 3 N solution of sodium nitrate. In the first stage, when the resin is loaded with potassium chloride, 3 N, a solution of 3 N sodium chloride is obtained simultaneously.

Voorbeeld III.Example III.

10 In dezelfde oplossing kan ook monokaliumfosfaat in oplossing verkregen worden uit een oplossing van monocalciumfosfaat. Hiertoe wordt de hars in de eerste trap beladen met kaliumchloride-oplossing van 3 N concentratie en tegelijkertijd wordt een oplossing van calciumchloride verkregen. In de tweede trap van de 15 werkwijze wordt de hars geregenereerd met een oplossing van monocalciumfosfaat, en men verkrijgt een oplossing van monokaliumfos-faat (KH2P04).In the same solution, monopotassium phosphate in solution can also be obtained from a solution of monocalcium phosphate. For this purpose, the resin is charged in the first stage with a potassium chloride solution of 3 N concentration and at the same time a solution of calcium chloride is obtained. In the second step of the process, the resin is regenerated with a solution of monocalcium phosphate, and a solution of monopotassium phosphate (KH2PO4) is obtained.

Voorbeeld IV.Example IV.

In dezelfde produktie-eenheid kan ook fosforzuur ver- 20 kregen worden in oplossing uit een oplossing van monocalciumfosfaat. Hiertoe wordt de hars beladen met kaliumchloride CaiH^PO^)2 oplossing in de eerste trap, waarbij men tegelijkertijd fosforzuur in oplossing verkrijgt. In de tweede trap wordt de hars geregenereerd met zoutzuur in oplossing.In the same production unit, phosphoric acid can also be obtained in solution from a solution of monocalcium phosphate. To this end, the resin is charged with potassium chloride CaiH2 PO2) 2 solution in the first stage, at the same time obtaining phosphoric acid in solution. In the second step, the resin is regenerated with hydrochloric acid in solution.

25 Deze voorbeelden illustreren het feit dat de werkwijze volgens de uitvinding toepasbaar is voor een oneindig groot aantal combinaties voor het verkrijgen van zouten en oplosbare zuren van industriële en commerciële waarde uit andere verkrijgbare zouten en zuren.These examples illustrate the fact that the process of the invention is applicable to an infinite number of combinations to obtain salts and soluble acids of industrial and commercial value from other salts and acids available.

30 35 .880068430 35 .8800684

Claims

1. Method for obtaining salts and acids in solution from other salts and acids by ion exchange using ion exchange resins, characterized by the stages of loading and regeneration of the resin which are carried out in separate containers in the form of a column.

2. Process according to claim 1, characterized in that the first step of the process consists of loading the ion exchange resin with the cation corresponding to the salt desired to be obtained in the second column, circulating through it of a solution of a salt whose anion corresponds to the anion of the salt one wishes to obtain; and that the second stage of the process consists of regenerating the resin loaded in the first stage in the second column, circulating through a solution of a salt or acid, the anion of which corresponds to the anion of the salt or the acid which it is desired to obtain, the cation of which corresponds to that of the salt which it is desired to obtain in the first column.

Method according to claim 1, characterized in that the solutions circulated through the two columns for loading or regenerating the resin are recycled through one end of the column and in sufficient quantity to transport the ion exchange zone so far as the area at the other end of the column without leaving the column.

4. Process according to claim 1, characterized in that when the resin is loaded with the corresponding cation in the first column, it is transferred to the second column for regeneration thereof, and that when the resin is regenerated in the second column, it is transferred to the first column for loading, keeping the resin in a closed cycle under cyclic treatment.

Method according to claim 1, characterized in that .8800684, f • ·; .- for transferring the resin from one column to the other column, it is separated from the solution which is simultaneously present, in a vessel for this purpose, by washing with water or by displacing with the solution fed to the column after which the resin is transferred.

6. Process according to claim 1, characterized in that the amount of resin extracted from each column in each cycle is equivalent, the amount corresponding to that necessary for transporting the ion exchange zone from one end of the column to the others without leaving the column.

Process according to claim 1, characterized in that in the two columns corresponding to the two steps of the process, the ion exchange resin and the solutions of products 15 (salts and acids) used in the process alternate in countercurrent and cyclic circulation wherein the ion exchange zone is transported from one end of the columns to the other in each half cycle; and the resin is transferred from. one column to another in closed circuit, transporting the cation of the salt desired to be obtained in each step of the process; and that solutions of the salts and acids used are kept separate in the two steps of the production processes.

8. Process according to claim 1, characterized in that the flow of the solutions to the columns of the two stages is regulated such that the three zones of physical chemical equilibrium prevailing in each column are well separated from each other, ie say the zone of charged resin and loading solution, ion exchange zone with the resin, and zone of regenerated resin and corresponding solution.

Method according to claim 1, characterized in that the columns used in the method have a cylindrical shape with a diameter to height ratio of preferably but not necessarily 1 to 5. 35 .8800684