Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.XII.1972 65939 KI. 12g,l/01 MKP BOlj 1/04 UKD Twórca wynalazku: Marian Smyk Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Wymiennik jonitowy Przedmiotem wynalazku jest wymiennik jonitowy przeznaczony do otrzymywania wodorotlenku baro¬ wego, do regeneracji elektrolitu akumulatorów za¬ sadowych oraz do otrzymywania innych zwiazków malorozpuszczalnych metoda jonitacyjna.Znany wymiennik jonitowy stanowi cylindryczna kolumne wypelniona masa jonitowa. Masa jonitowa w kolumnie, zwana zlozem jonitowym, spoczywa na siatce o srednicy oczek mniejszej od srednicy ziarn jonitowych dzieki czemu mozliwe jest przetlaczanie roztworu w kierunku z góry na dól. Czesto wymien¬ nik jonitowy wyposaza sie w druga siatke umiesz¬ czona nad poziomem warstwy zloza jonitowego dla umozliwienia przetlaczania roztworu lub wody plu¬ czacej w kierunku z dolu do góry. Wada znanego wymiennika jest miedzy innymi to, ze nie nadaje sie on do stosowania na skale przemyslowa w proce¬ sach, w których produkt wymiany jonowej jest malo rozpuszczalny, poniewaz w czasie trwania procesu produkt wymiany jonowej osadza sie na zlozu jo¬ nitowym.Wskutek czego bardzo znacznie zmniejsza sie wy¬ dajnosc procesu, lub w ogóle staje sie niemozliwe jego przeprowadzenie, gdy osadzony produkt two¬ rzy szczelna warstwe blokujaca przeplyw roztworu.Tej wady znanego wymiennika nie mozna wyelimi¬ nowac nawet wtedy, kiedy proces prowadzi sie z duza predkoscia przeplywu roztworu przez war¬ stwe zloza jonitowego o malej wysokosci. Wówczas uzyskuje sie intensywne przemieszczanie sie ziarn 15 20 25 30 jonitowych w poprzecznym przekroju wnetrza ko¬ lumny wskutek czego tworza sie tunele dla prze¬ plywu roztworu oraz takie partie zloza jonitowego, przez które roztwór przeplywa z niedostateczna predkoscia, powodujac osadzanie sie produktu na zlozu jonitowym.Celem wynalazku jest skonstruowanie wymien¬ nika jonitowego przeznaczonego do otrzymywania wodorotlenku barowego oraz innych zwiazków ma¬ lorozpuszczalnych, umozliwajacego takie prowadze¬ nie procesu, aby wytworzony produkt nie osadzal sie na zlozu jonitowym.Cel ten zostal osiagniety za pomoca wymiennika jonitowego wedlug wynalazku. Istota wynalazku polega na tym, ze cylindryczna kolumne wymien¬ nika, wypelniona masa jonitowa spoczywajaca na siatce, zaopatrzono w kratownice przestrzenna. Kra¬ townica ta ma oczka w ksztalcie kwadratu lub sze- sciokata foremnego. Poza tym jest ona tak zamoco¬ wana w kolumnie, ze jej dolna czesc zaglebia sie w warstwe zloza jonitowego do glebokosci od 3 do 10 cm, a górna czesc wystaje ponad poziom warstwy zloza od 2 do 10 cm. Korzystnie jest, jesli oczka kratownicy maja ksztalt kwadratu lub szesciokata foremnego.Przez zastosowanie kratownicy przestrzennej, za¬ stosowanej w odpowiedni sposób w kolumnie, cala powierzchnie zloza jonitowego dzieli sie na szereg mniejszych powierzchni, w których uzyskuje sie jednakowa predkosc przeplywu na calej powierzchni 6593965939 4 kazdego oczka. Taka wlasnie konstrukcja wymien¬ nika jonitowego pozwala wyeliminowac calkowicie poziome przemiesziczainie sie ziarn zloza jonitowego i tworzenia sie w tym zlozu tuneli o mniejiszym oporze przeplywu oraz miejsc o zwiekszonym opo¬ rze. Zaleta wymiennika wedlug wynalazku jest rów¬ niez mozliwosc znacznego zmniejszenia grubosci warstwy zloza jonitowego, co przy odpowiednio do¬ branej predkosci przeplywu roztworu przez to zloze pozwala na uzyskanie najbardziej optymalnych pa¬ rametrów procesu. Dalsza zaleta tak skonstruowa¬ nego wymiennika jest to, ze wytworzony produkt nie osadza sie na zlozu jonitowym, lecz w calosci przedostaje sie do zbiornika z roztworem pojonita- cyjnym.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wymiennik w przekroju osiowym, a fig. 2 — poziomy przekrój kolumny A-A.Jak uwidoczniono na rysunku wymiennik we¬ dlug wynalazku sklada sie z kolumny 1, wewnatrz której znajduje sie jonitowe zloze 2 umieszczone na siatce 3. Nad zlozem 2 jest zamocowana kra¬ townica 4 w taki sposób, ze jej dolna czesc jest zanurzona w zlozu do glebokosci od 3 do 10 cm, a górna czesc wystaje nad poziom zloza od 2—10 cm.Poza tym w kolumnie nad kratownica 4 jest za¬ mocowana siatka 5 umozliwiajaca przetlaczanie plynu w kierunku odwrotnym, to jest z dolu do góry. Najkorzystniejsze wyniki wymiennika uzy¬ skuje sie, gdy oczka kratownicy 4 maja jednakowy ksztalt i wielkosc kwadratu lub szesciokata forem¬ nego. Wielkosc te wyznacza sie doswiadczalnie w zaleznosci od stosowanej wysokosci warstwy zlo¬ za jonitowego w kolumnie, od wspólczynnika pecz¬ nienia jonitu w czasie trwania procesu i od pred¬ kosci przeplywu roztworu przez zloze jonitowe.W górnej czesci kolumny 1 znajduje sie odpowietrz¬ nik 6.Wymiennik jonitowy wedlug wynalazku dziala w nastepujacy sposób. W celu otrzymania, na przy¬ klad wodorotlenku barowego metoda jonitacyjna w kolumnie 1 wymiennika umieszcza sie na siat¬ ce 3, o wielkosciach oczek mniejszych od wielkosci ziarn jonitowych jonitowa mase 2 wysycona jona¬ mi barowymi do wysokosci warstwy zloza jonito¬ wego od 20—30 cm. Kratownice 4 o wielkosci oczek okolo 10 cm* i ksztaltu kwadratu lub szesciokata foremnego naklada sie tak, aby dolna jej czesc za¬ glebiala sie w górnej czesci warstwy zloza jonito¬ wego do glebokosci okolo 5 cm, a górna czesc kra¬ townicy 4 wystawala ponad poziom warstwy zloza jonitowego 2 o okolo 5 cm. Na kratownice 4 naklada sie siatke 5 budowy identycznej jak siatka 3. Na¬ stepnie wymiennik napelnia sie woda destylowana przy otwartym odpowietrzniku 6. Sam proces otrzy¬ mywania wodorotlenku barowego przeprowadza sie w ten sposób, ze roztwór wodorotlenku metalu al¬ kalicznego przetlacza sie przez jonitowe zloze 2 w kierunku z góry na dól wedlug strzalki ciaglej z predkoscia przeplywu od 60—90 m/h. Po zakon- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 czeniu procesu otrzymywania wodorotlenku baro¬ wego tj. od momentu, przy którym zanika stezenie produktu wycieku, odlacza sie doplyw roztworu wo¬ dorotlenku metalu alkalicznego i przetlacza sie wo¬ da" destylowana w kierunku z góry na dól z pred¬ koscia przeplywu od 5—10 m/h, az do zaniku alka¬ licznosci w wycieku. Mase jonitowa regeneruje sie w ten sposób, ze przez wymiennik przetlacza sie roztwór chlorku barowego w kierunku z góry na dól z predkoscia przeplywu od 2—10 m/h, po czym zloze jonitowe plucze sie ponownie woda destylo¬ wana. Po kilku cyklach pracy wymiennika prze¬ prowadza sie zruszanie zloza jonitowego przez prze¬ tlaczanie wody destylowanej w kierunku z dolu do góry zgodnie ze strzalka przerywana.W celu wykazania zalet wymiennika jonitowego wedlug wynalazku, nizej przykladowo podano dane porównawcze dla przebiegu procesu w wymienniku z kratownica i bez niej: srednica kolumny wysokosc warstwy zloza objetosc roztworu KOH stezenie roztworu KOH dawka roztworu KOH predkosc przeplywu roztworu KOH ilosc otrzymanego Ba(OH)2 sprawnosc procesu Wymien¬ nik bez kratownicy 17 cm 20 cm 6,81 dcm3 4,8 val/dcm3 32,7 val 60 m/h 1,9 val 5,8% Wymien¬ nik z kra¬ townica 17 cm 20 cm 6,81 dcm3 4,8val/dcm3 32,7 val 60 m/h 6,5 val 19,8 60 Jak z powyzszego wynika zastosowanie zgodnie z wynalazkiem kratownicy w wymienniku jonito¬ wym, przy zachowaniu niezmienionych wszystkich innych parametrów procesu, zwieksza sie ilosc otrzymanego Ba(OH)2 i zwieksza sie sprawnosc pro¬ cesu o okolo, trzykrotnie w stosunku do wymiennika bez kratownicy. PL