146432. lajstromszámú szabadalom • Eljárás oldatok kezelésére ioncserélő anyagokkal
Megjelent: 1960. március 15. 1 ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 146.432. SZÁM 89. c. OSZTÁLY — CU—42. ALAPSZÁM Eljárás oldatok kezelésére ioncserélő anyagokkal Cukoripari Kutató Intézet, Budapest Feltalálók: Gryllus Vilmosné vegyész, Budapest, Tegze Miklós vegyészmérnök, Budapest, dr. Vájna Sándor vegyészmérnök, Budapest, dr. Oplatka György gépészmérnök, Budapest A bejelentés napja: 1955. október 15. Az ioncserélő folyamatoknál fellépő változásokat olyan jellemző görbékkel szemléltethetjük, melynél az átvezetett ionok függvényében adjuk meg az oldatban beálló változásokat: A különböző ioncserélő oszlopok közötti összehasonlítás megkönynyítése végett célszerű, ha az átment ionok menynyiségét viszonylagosan mérjük, tehát az oldattal átvezetett ionok mennyiségét az ioncserélő oszlop teljes kapacitására és a kifolyt oldatban a csere után visszamaradt eredeti ionok mennyiségét a teljes ionkoncentrációra Vonatkoztatjuk. Ha tehát az abszcisszán átment oldat ionjainak mennyiségét az ioncserélő kapacitására vonatkoztatva, az ordinátára pedig a kifolyó oldatban mért iontörtet, vagyis a cserében résztvevő egyik ion mennyiségét a teljes iontar taloimra vonatkoztatva visszük fel, az ilyen koordinátarendszerben S^alakú görbét kapunk, melyet a továbbiakban S-görbének nevezünk. (Lásd: Cukoripari Kutató Intézet közle^ menyei 1955. II. 1. füzet 21—34. oldalait; Vájna Sándor: „Az egyenáramú ioncsere optimális körülményéinek megállapítása".) Az 1. ábrán két effajta S-görbét tüntettünk fel. Az I görbe a tisztítási folyamatnál adódik, pl. víziágyításnál a Ca^ionok koncentrációjának változását, a II görbe pedig a regeneráló NaCl oldat Naionjainak a koncentrációját tünteti fel. Az S-görbe alakjának jellemzésére azonos vegyértékű ionok cseréjénél az alábbi összefüggések állíthatók fel: Gf = Go a G, -ol fe Ahol GÍ, ill. Gr a bevezetett ion áttörési koncentrációjának megfelelő abszcisszaérték és az egység különbsége, G0 egy állandó, -a- az időegységben átvezetett ionok mennyisége, Ah az oszlop teljes kapacitása. Az ioncsere lefolyása annál előnyösebb, minél meredekebb a hozzá tartozó S-görbe, vagyis minél kisebb G. Ezt a képlet szerint akkor várhatjuk, ha vagy G0 értéke kicsi, vagy -a- kicsi A/,-hoz képest. Go értéke akkor kicsi, ha a cserereakció egyensúlyi állandója kedvező, vagyis az oldattal bevezetett ionokat az ioncserélő sokkal jobban köti meg, mint azokat, amelyek eredetileg az ioncserélőn voltak, továbbá akkor, ha az ioncserében résztvevő ionok egyikének, vagy mindegyikének diffúziós állandója nagy (emiatt a hőmérséklet megnövelése kedvező hatású), végül pedig, ha az ioncserélő szemcséinek átmérője kicsi. Az S-görbe meredeksége az; oldatkoncentráció csökkenésével növekszik (lásd 1: ábra I. görbéjét). A képlet szerinti meredek S-görbéjű ioncserében az ioncserélőn nagy mennyiségű oldatot vezethetünk keresztül anélkül, hogy a bevezetett ion. az áttörési koncentrációt elérné. Minthogy gyakorlatban legtöbbször az az ioncsere feladata, hogy bizonyos ionokat valamely oldatból teljesen eltávolítsunk, a tisztítható oldat mennyiségét a különböző független változóktól függően a fentebbi összefüggések alapján számíthatjuk ki. Adott esetben, amikor tehát G0 értéke már nem változtatható és G< értéke kicsi (pl. 0,01, tehát az átvezetett oldat mennyiségének 1%-át teszi ki), akkor ennek az értéknek esetleges megnövekedése az eredeti érték többszörösére lényegtelen mértékben változtatja meg a tisztítható oldat abszolút mennyiségét. Gt értéke akkor növekszik, ha -a- értékét, vagyis az időegység alatt bevezetett oldat viszonylagos mennyiségét növeljük. Ez más szóval annyit jelent, hogy adott ioncserélő oszlopra vonatkoztatva előnyös, ha az oldat viszonylagos mennyiségét növeljük, mert míg ez a változás az egyszeri alkalommal tisztítható oldat abszolút mennyiségét alig csökkenti, viszont az időegységben tisztítható oldat mennyiségét jelentősen megnöveli. Az ioncsere gazdaságosságának egyik fő tényezője az alkalmazandó ioncserélő anyag mennyisége, amely annál kisebb, 'minél nagyobb mennyiségű oldatot tudunk tisztítani az ioncserélő egységére vonatkoztatva. Az ioncsere gazdaságosságát tehát
