DE1002735B

DE1002735B - Process for reducing the electrolyte content of solutions

Info

Publication number: DE1002735B
Application number: DEP9048A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Herbert Corte
Original assignee: PERMUTIT AG
Current assignee: PERMUTIT AG
Priority date: 1953-01-19
Filing date: 1953-01-19
Publication date: 1957-02-21

Description

Verfahren zur Verminderung des Elektrolytgehaltes von Lösungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verminderung des Elektrolytgehaltes von Lösungen mit Hilfe von Elektrolytlösungen. Process for reducing the electrolyte content of solutions Subject The invention is a method for reducing the electrolyte content of solutions with the help of electrolyte solutions.

Zur Durchführung des Verfahrens (vgl. Abb. 1) wird die Lösung, deren Elektrolytgehalt vermindert werden soll, z. B. IV, auf zwei Wegen, und zwar einmal über eine Anionenmembran 3, eine leitende Flüssigkeit II und eine Kationenmembran 1 zum anderen über eine Kationenmembran 4, eine leitende Flüssigkeit III und eine Anionenmembran 2 mit einer Elektrolytlösung I in Verbindung gebracht, deren Zusammensetzung so zu wählen ist, daß sich an den Membranen 1 und 2 Membranpotentiale in der Richtung ausbilden, daß II gegenüber III ein positives Potential annimmt. To carry out the process (see Fig. 1), the solution whose Electrolyte content is to be reduced, e.g. B. IV, in two ways, once via an anion membrane 3, a conductive liquid II and a cation membrane 1 on the other hand via a cation membrane 4, a conductive liquid III and a Anion membrane 2 brought into contact with an electrolyte solution I, the composition of which is to be chosen so that membrane potentials on membranes 1 and 2 are in the direction train that II assumes a positive potential compared to III.

Werden die vier durch die Membranen gebildeten RäumeI bis IV mit der gleichen Elektrolytlösung, z. B. Meerwasser, gefüllt, so ändert sich die Zusammensetzung der Lösungen in den vier Räumen nicht, d. h., die Lösungen in allen vier Räumen, in diesem Falle das Meerwasser, behalten die gleiche Zusammensetzung. Wird aber in einem der vier Räume, z. B. 1, beispielsweise die Elektrolytkonzentration erhöht, z. B. durch Zusatz fester Salze, Säuren oder Laugen, so wandern in die benachbarten Räume II und III durch die Kationenmembran 1 Kationen oder H-Ionen und durch die Anionenmembran 2 Anionen oder 0 H-Ionen unter Ausbildung von Membranpotentialen. If the four spaces formed by the membranes I to IV with the same electrolyte solution, e.g. B. sea water, the composition changes the solutions in the four rooms do not, d. i.e. the solutions in all four rooms, in this case the sea water, retain the same composition. But it will in one of the four rooms, e.g. B. 1, for example increases the electrolyte concentration, z. B. by adding solid salts, acids or alkalis, so migrate into the neighboring Spaces II and III through the cation membrane 1 cations or H ions and through the Anion membrane 2 anions or 0 H ions with the formation of membrane potentials.

Diese Membranpotentiale bewirken ein Abwandern der Ionen aus dem gegenüberliegenden Raum IV durch die entsprechenden Membranen in die Räume II und III. Hierdurch tritt in den Räumen II und III eine Zunahme und im Raum IV eine Abnahme des Elektrolytgehaltes ein.These membrane potentials cause the ions to migrate from the opposite one Room IV through the corresponding membranes into rooms II and III. This occurs in rooms II and III an increase and in room IV a decrease in the electrolyte content a.

Dieses Verfahren eignet sich für diskontinuierlichen Betrieb, indem die Apparatur, nachdem die gewünschte Abnahme des Elektrolytgehaltes im Raum IV eingetreten ist, entleert und anschließend neu beschickt wird. Darüber hinaus kann das Verfahren auch kontinuierlich betrieben werden (s. Abb. 2), indem z. B. die Flüssigkeiten in den Räumen II und III im Gegenstrom zu der des Raumes IV geführt werden, während die Elektrolytkonzentration im Raum 1 durch Zusatz von z. B. festen Salzen auf etwa ursprünglicher Höhe gehalten wird. Anstatt der Lösung im Raum I feste Elektrolyte zuzusetzen, kann deren Konzentration auch durch Zusatz konzentrierter Elektrolytlösungen oder durch Umpumpen durch einen Elektrolytlösebehälter wieder aufgefrischt werden. This method is suitable for discontinuous operation by the apparatus after the desired decrease in the electrolyte content in room IV has occurred, is emptied and then refilled. In addition, can the process can also be operated continuously (see Fig. 2) by z. B. the Liquids in rooms II and III led in countercurrent to that of room IV while the electrolyte concentration in room 1 by adding z. B. fixed Salting is kept at approximately the original level. Instead of the solution in room I. Adding solid electrolytes can make their concentration more concentrated by adding them Electrolyte solutions or by pumping through an electrolyte dissolving tank be freshened up.

Andererseits kann auch so verfahren werden, daß die Elektrolytlösung im Raum I entweder im Gleichstrom zu den Lösungen der Räume II und III oder im Gegenstrom zu diesen geführt wird. Dieses Vorgehen ist besonders dann angebracht, wenn weder feste Elektrolyte noch konzentrierte Elektrolytlösungen zum Auffrischen der Lösung im Raum I zur Verfügung stehen. On the other hand, it is also possible to proceed in such a way that the electrolyte solution in room I either in cocurrent to the solutions in rooms II and III or in countercurrent is led to these. This procedure is particularly appropriate if neither solid electrolytes or concentrated electrolyte solutions to refresh the solution are available in room I.

Bedingungen dafür, daß eine Verminderung des Elektrolytgehaltes gemäß der Erfindung eintritt, ist in allen Fällen, daß die Lösung II gegenüber der Lösung III ein positives Potential besitzt. Diese Bedingung kann durch entsprechende Konzentrations-bzw. Aktivitätserhöhung in der Lösung IV und/oder durch Wahl von solchen Elektrolyten, deren Ionen eine höhere Beweglichkeit als die Ionen der anderen Lösungen besitzen, erreicht werden. Conditions for a reduction in the electrolyte content according to the invention occurs, is in all cases that the solution II compared to the solution III has a positive potential. This condition can by appropriate concentration or. Increase in activity in solution IV and / or by choosing such electrolytes, whose ions have a higher mobility than the ions of the other solutions, can be achieved.

Bei Anwendung des Verfahrens auf die Entsalzung von Meerwasser, z. B. zur Herstellung von Trinkwasser, ist es vorteilhaft, als Ausgangsflüssigkeit das Meerwasser selbst zur Füllung aller vier Räume zu verwenden und durch kontinuierlichen Zusatz von z. B. festem Kochsalz nur zu Raum I dessen Elektrolytkonzentration auf gleicher Höhe zu halten und in den Räumen II und III Meerwasser zu führen. When applying the method to the desalination of seawater, e.g. B. for the production of drinking water, it is advantageous as the starting liquid to use the sea water itself to fill all four rooms and through continuous Addition of z. B. solid table salt only to room I its electrolyte concentration to maintain the same height and to lead sea water in rooms II and III.

Soll andererseits eine praktisch restlose Entsalzung von Meerwasser, z. B. zur Herstellung von Kesselspeisewasser, erfolgen, so ist es unter Umständen erforderlich, einen Teil des im Raum IV entsalzten Wassers in die Räume II und III zu bringen, um somit das Konzentrationsgefälle zwischen dem Raum I und den Räumen II und III zu erhöhen und andererseits ein höheres Konzentrationsgefälle zwischen dem Raum IV und den Räumen II und III zu erzeugen. On the other hand, should a practically complete desalination of seawater, z. B. for the production of boiler feed water, it may be it is necessary to transfer part of the desalinated water in room IV to rooms II and III to bring about the concentration gradient between the room I and the rooms II and III and on the other hand a higher concentration gradient between the room IV and the rooms II and III.

Sollen andererseits Lösungen, wie biologische Flüssigkeiten, Zuckerdünnsaft, Melasse, Molke usw., nach dem Verfahren der Erfindung von ihrem Elektrolytgehalt befreit werden, so ist es bei kontinuierlichem Arbeiten zweckmäßig, in dem Raum I beispiels- weise eine Kochsalzlösung zu verwenden und durch die Räume II und III beispielsweise normales Brunnenwasser zu führen. Die Lösung, deren Elektrolytgehalt herabgesetzt werden soll, wird dann in dem Raum IV im Gegenstrom zu dem Brunnenwasser in den Räumen II und III geführt. Selbstverständlich kann an Stelle von Brunnenwasser auch destilliertes Wasser, an Stelle der Kochsalzlösung eine verdünnte Säure oder Lauge Verwendung finden. Handelt es sich des weiteren um die Verminderung der Acidität bzw. Alkalität saurer bzw. alkalischer Lösungen, so kann auch hier eine Salzlösung geeigneter Konzentration Anwendung finden. On the other hand, should solutions such as biological fluids, thin sugar juice, Molasses, whey, etc., according to the method of the invention on their electrolyte content be freed, it is useful in the case of continuous work in the room I example- wise to use a saline solution and through that Rooms II and III, for example, have normal well water. The solution whose Electrolyte content is to be reduced, is then in the room IV in countercurrent led to the well water in rooms II and III. Of course you can Instead of well water, use distilled water instead of saline solution a dilute acid or base can be used. Is it further to reduce the acidity or alkalinity of acidic or alkaline solutions, a saline solution of suitable concentration can also be used here.

Finden als leitende Flüssigkeiten in den Räumen II und III solche Anwendung, deren elektrisches Leitvermögen sehr gering ist, so kann es zweckmäßig sein, in diesen Räumen körnige Ionenaustauscher bzw. Find conductive liquids in rooms II and III It can be useful if the electrical conductivity is very low be, granular ion exchangers resp.

Ionenaustauschergemische einzufüllen.Fill in ion exchange mixtures.

Das gleiche kann ferner auch Anwendung finden für den Raum IV, wenn die Elektrolytherabsetzung so weit getrieben werden soll, daß sie zu einer Lösung führt, die nur sehr geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. The same can also apply to room IV, if the electrolyte depletion should be driven so far that it leads to a solution leads, which has very low electrical conductivity.

Darüber hinaus kann in weiterer Ausbildung des Verfahrens zur Erzielung eines schnellen Ablaufes der Elektrolytverminderung eine Anordnung gemäß z. B. It can also be used in further training to achieve the process a rapid course of the electrolyte reduction an arrangement according to z. B.

Abb. 3 angewendet werden. Auch hier ist IV die Elektrolytlösung, deren Elektrolytgehalt vermindert werden soll. III, 112 und IIIt, III2 sind leitende Flüssigkeiten und 11, 12, I3 Elektrolytlösungen höheren Elektrolytgehaltes bzw. Elektrolytlösungen mit Ionen höhererBeweglichkeit. 1 sind Kationen- und 2 Anionenmembranen. Bedingung für das Eintreten der Elektrolytverminderung in IV ist auch hier, daß in den vier benachbarten Flüssigkeiten II, gegenüber III1 ein positives Potential besitzt.Fig. 3 can be applied. Again, IV is the electrolyte solution, their Electrolyte content should be reduced. III, 112 and IIIt, III2 are conductive liquids and 11, 12, I3 electrolyte solutions with a higher electrolyte content or electrolyte solutions with ions of higher mobility. 1 are cation and 2 anion membranes. condition for the occurrence of the electrolyte diminution in IV it is also here that in the four neighboring liquids II, opposite III1 has a positive potential.

Gegenüber der Anordnung nach Abb. 1 bzw. 2 bietet die Anordnung nach Abb. 3 den Vorteil, daß bei Verwendung gleicher Lösungen zwischen II1 und III1 eine größere Potentialdifferenz besteht als zwischen II und III. Compared to the arrangement according to Fig. 1 or 2, the arrangement offers Fig. 3 has the advantage that when using the same solutions between II1 and III1 a there is a greater potential difference than between II and III.

Die Ausführung des Verfahrens nach Abb 3 ist auch dann am Platze, wenn als I nur Elektrolytlösungen zur Verfügung stehen, die bei einer Anordnung nach Abb. 1 keine oder nur eine geringe Potentialdifferenz zwischen II und III ergeben, z. B. bei der Entsalzung von Brackwasser mit Hilfe von Meerwasser, sowie ferner dann, wenn Membranen geringer Festionenkonzentration benutzt werden, die nur bei geringen Elektrolytkonzentrationen eine hinreichende Selektivität besitzen. The execution of the method according to Fig. 3 is also appropriate, if, as I, only electrolyte solutions are available that are used in an arrangement According to Fig. 1 there is no or only a small potential difference between II and III, z. B. in the desalination of brackish water with the help of sea water, as well as further when membranes with a low solid ion concentration are used, they only work with low electrolyte concentrations have sufficient selectivity.

In Umkehrung der Anordnung nach Abb. 3 kann erfindungsgemäß auch eine Anordnung nach Abb. 4 verwendet werden. Hierin enthält nur ein Raum die Lösung höheren Elektrolytgehaltes, während in drei Räumen die Verminderung des Elektrolytgehaltes der Lösung IV (IV1, IV2, IV3) erfolgt. Diese Anordnung gestattet eine weitgehende Ausnutzung des Konzentrationsgefälles des Elektrolyts I zur Entsalzung der Elektrolytlösung IV. In reverse of the arrangement according to Fig. 3, according to the invention an arrangement according to Fig. 4 can be used. Only one room contains the solution higher electrolyte content, while in three rooms the electrolyte content is reduced the solution IV (IV1, IV2, IV3) takes place. This arrangement allows extensive Utilization of the concentration gradient of the electrolyte I for the desalination of the electrolyte solution IV.

Bei kontinuierlicher Durchführung des Verfahrens in der Anordnung nach Abb. 3 und 4 können die Lösungen in ähnlicher Weise, wie dies für die Anordnung nach Abb. 1 durch die Abb. 2 wiedergegeben ist, geführt werden. Darüber hinaus bietet sich jedoch die Möglichkeit, die Lösungen, z. B. I, nacheinander durch die Räume Ii, 12, I3 oder umgekehrt zu führen. When the process is carried out continuously in the arrangement according to Fig. 3 and 4, the solutions can be done in a similar way to that for the arrangement according to Fig. 1 is reproduced by Fig. 2, are performed. It also offers however, the possibility of using the solutions, e.g. B. I, one after the other through the rooms Ii, 12, I3 or vice versa.

Entsprechendes gilt für die Lösungen II, III und IV.The same applies to solutions II, III and IV.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, zunächst in einer Anordnung nach Abb. 4 eine Teilentsalzung des Elektrolyts IV durchzuführen und daran anschließend den teilentsalzten Elektrolyt eine Apparatur nach Abb. 3 durchlaufen zu lassen, um eine weitergehende Entsalzung zu erreichen. There is also the option of initially in an arrangement according to Fig. 4 a partial desalination of the Electrolytes IV to carry out and thereafter to let the partially desalinated electrolyte run through an apparatus according to Fig. 3, to achieve more extensive desalination.

Die Anzahl der zu verwendenden Membranen ist nicht auf die in den Abb. 1 bis 4 angegebenen beschränkt. Zur Durchführung des Verfahrens sind mindestens vier Membranen erforderlich, doch kann eine beliebige Anzahl weiterer Membranen verwendet werden. The number of membranes to be used is not limited to that in the Fig. 1 to 4 specified limited. To carry out the procedure, at least four membranes are required, but any number of additional membranes can be used be used.

Beispiel Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend am Beispiel der Entsalzung von Meerwasser näher erläutert. Die vier Kammern eines nach Abb. 2 aufgebauten Apparates, der je zwei Kationen-, 1 und 4, und zwei Anionenmembranen, 2 und 3, von 200 cm2 Größe enthielt, wurden von Meerwasser durchflossen, und zwar so lange, bis durch entsprechende Formierung der Membranen Zu-und Ablauf die gleiche Zusammensetzung aufwiesen. Example The implementation of the process of the invention is as follows explained in more detail using the example of desalination of seawater. The four chambers of one Apparatus constructed according to Fig. 2, which has two cation, 1 and 4, and two anion membranes, 2 and 3, containing 200 cm2 in size, were traversed by sea water, namely until the inflow and outflow are the same due to the appropriate formation of the membranes Composition exhibited.

Diese Formierung war nach längstens 12 Stunden beendet. Von dieser Zeit an zeigten sämtliche Abläufe die gleiche Zusammensetzung wie das eingesetzte Meerwasser. Eine Veränderung des Salzgehaltes in irgendeiner Kammer trat hierbei nicht ein. Nunmehr wurde durch die Kammer I an Stelle des Meerwassers eine 150/oige Kochsalzlösung geleitet, während durch die anderen Kammern weiterhin Meerwasser geführt wurde. Bei einem Abstand der Membranen von 3 mm und einer Durchflußgeschwindigkeit von 100 cm3 je Stunde durch die Entsalzungskammer IV sank der Salzgehalt des Meerwassers von 3,5 auf 3 O/o.This formation was over after a maximum of 12 hours. Of this After that, all processes showed the same composition as the one used Sea water. A change in the salt content in any chamber occurred not a. Now chamber I replaced the sea water with a 150% Saline solution is passed while sea water continues through the other chambers was conducted. With a distance between the membranes of 3 mm and a flow rate of 100 cm3 per hour through the desalination chamber IV, the salt content of the sea water fell from 3.5 to 3 o / o.

Durch Verringerung der Durchfluß geschwindigkeit auf 10 cmS je Stunde ließ sich eine Verminderung des Salzgehaltes auf 2°/o erreichen. Um den Salzgehalt noch weiter zu senken, wurde daraufhin so verfahren, daß der Ablauf aus der Entsalzungskammer IV durch die Kammern II und III an Stelle von Meerwasser geleitet wurde. Bei einem Durchfluß von 100 cm3 je Stunde durch Kammer IV und je 50 cmS durch die Kammern II und III ließ sich im Verlauf eines Tages ein Salzgehalt von 1,50/0 erreichen, sofern durch intensive Rührung in den Kammern I und IV für eine gute Durchmischung Sorge getragen wurde. Anstatt durch die Kammer I 150/oige Kochsalzlösung zu leiten, kann erfindungsgemäß auch so verfahren werden, daß die Kammer I mit festem Kochsalz gefüllt und anschließend mit Kochsalz gesättigtes Meerwasser durch die Kammer geführt wird. Im Verlauf des Versuches geht dann allmählich der feste Elektrolyt (das feste Kochsalz) in Lösung, und zwar in etwas stärkerem Maße, als dem erreichten Entsalzungseffekt entspricht, da infolge der nicht ausreichenden Selektivität der verwendeten Membranen eine Diffusion durch diese stattfindet, was einen höheren Verbrauch an Kochsalz gegenüber der Theorie bedingt. By reducing the flow rate to 10 cmS per hour it was possible to reduce the salt content to 2%. About the salinity To lower it even further, the procedure was then so that the drain from the desalination chamber IV was passed through chambers II and III in place of seawater. At a Flow of 100 cm3 per hour through chamber IV and 50 cm3 each through the chambers II and III a salinity of 1.50 / 0 could be achieved in the course of one day, if through intensive stirring in chambers I and IV for thorough mixing Care was taken. Instead of passing 150% saline solution through chamber I, According to the invention, the procedure can also be such that the chamber I is filled with solid common salt filled and then fed seawater saturated with table salt through the chamber will. In the course of the experiment, the solid electrolyte (the solid Table salt) in solution, to a somewhat greater extent than the achieved desalination effect corresponds because of the insufficient selectivity of the membranes used diffusion through this takes place, resulting in a higher consumption of table salt conditionally compared to the theory.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for reducing the electrolyte content of solutions using alternately successive anion and cation exchange membranes formed cells, characterized in that one even number of cells are joined together in a ring, one of which is connected to the is charged solution to be reduced in its electrolyte content, and the rest Cells are charged with electrolyte solution in such a way that that of the former cell neighboring, from it through an anion exchange membrane separated Cell opposite the other neighboring one, from it through a cation exchange membrane separate cell a positive potential occurs.

2. The method according to claim 1, characterized in that when applied of eight or more cells, several non-contiguous cells be charged with the solution to be reduced in its electrolyte content.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in which to the neighboring Cell adjoining cell is a solid, soluble electrolyte is admitted.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that in one or in all cells a granular ion exchanger or mixtures of granular ion exchangers are given.

Documents considered: Belgian patent specification no. 496 550; Magazine phys. Chemie, 201 (1952), pp. 1 to 15.