【Jeden Tag eine Frage】Grundlagen der Chemieingenieurwesen 305: Reihenfolge von Ionenaustauschern (25. Januar)

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion effektiver abläuft. Deshalb wird der Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert.

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion effektiver abläuft. Deshalb wird der Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert.

Warum müssen die Kationenaustauscher vor den Anionenaustauschern angeordnet werden? Antwort: 1) Bei der Regeneration von Anionenaustauschharzen wird NaOH verwendet. Wenn die Anionenkolonne vorne platziert ist, werden die OH−-Ionen des Regenerierungsmittels während der Regeneration an das Anionenharz gebunden. Im Betrieb reagieren diese OH−-Ionen mit den Kationen im Wasser wie Ca2+, Mg2+, Fe3+ usw. Dadurch entstehen Ausfällungen wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Ca(HSiO3)2 usw., die sich an der Oberfläche des Anionenharzes ablagern. Dadurch wird das Harz verstopft und verschmutzt, wodurch ein weiterer Ionenaustausch unmöglich wird. Zudem ist es schwierig, diese Ablagerungen zu entfernen. 2) Die Austauschkapazität von Anionenaustauschharzen ist deutlich geringer als die von Kationenaustauschharzen. Zudem sind sie sehr anfällig für Verunreinigungen durch organische Stoffe. Wenn daher die Anionentrennungsanlage vor der Kationentrennungsanlage angeordnet wird, besteht eine größere Gefahr einer Verunreinigung durch organische Stoffe. Dadurch wird die Austauschkapazität weiter verringert, was wiederum den Prozess der Entsalzung beeinträchtigt. 3) Eines der schwierigsten Probleme bei der Aufbereitung von Entsalzwasser ist die Entfernung der Silikat-Ionen HSiO3- aus dem Wasser. Diese werden mithilfe von stark basischen Anionenaustauschharzen entfernt. Doch das Silat-Ion HSiO3- existiert in alkalischen Lösungen in Form des Salzes NaHSiO3, während HSiO3- in sauren Lösungen in Form von Silzsäure (H2SiO3) vorliegt. Die Austauschfähigkeit von stark basischen Anionenaustauschharzen gegenüber Silicat ist um ein Vielfaches größer als ihre Austauschfähigkeit gegenüber Silikaten. Es ist daher am besten, den Austausch in saurem Wasser durchzuführen. Das Abwasser der Kationenaustauschkolonnen ist genau solches saure Wasser. Deshalb ist es sehr vorteilhaft, die Anionenaustauschkolonne nach der Kationenaustauschkolonne anzubringen – so kann das Silicat im Wasser effektiv entfernt werden. 4) Bei der Austauschreaktion von Ionenaustauschharzen kommt es zu einem umkehrbaren Phänomen. Das ist eine Gegenionenwirkung, daher ist ein starker Austauschpotenzial erforderlich, damit der Ionenaustausch reibungslos ablaufen kann. Starke Säure-Positivresine mit hoher Austauschkapazität werden in der ersten Stufe eingesetzt. Die dabei austauschten H+-Ionen reagieren schnell mit den Anionen im Wasser zu anorganischen Säuren. Anschließend werden die OH-/Ionen durch die Anionenresine ausgetauscht – dadurch entstehen H+- und OH-/Ionen, die wiederum Wasser bilden. Dadurch wird der Einfluss der Gegenionen beseitigt, was für die Anionenaustauschreaktion sehr vorteilhaft ist. 5) Das saure Abwasser des Kationenaustauschers kann die Alkalität im Wasser (HCO3-) neutralisieren. Dabei entsteht H2CO3, das durch einen Dekarbonisierer entfernt werden kann. Daher kann der Kationenaustauscher vorne die Belastung des Anionenaustauschers verringern.

Warum müssen die Kationenaustauscher vor den Anionenaustauschern angeordnet werden? Antwort: 1) Bei der Regeneration von Anionenaustauschharzen wird NaOH verwendet. Wenn die Anionenkolonne vorne platziert ist, werden die OH−-Ionen des Regenerierungsmittels während der Regeneration an das Anionenharz gebunden. Im Betrieb reagieren diese OH−-Ionen mit den Kationen im Wasser wie Ca2+, Mg2+, Fe3+ usw. Dadurch entstehen Ausfällungen wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Ca(HSiO3)2 usw., die sich an der Oberfläche des Anionenharzes ablagern. Dadurch wird das Harz verstopft und verschmutzt, wodurch ein weiterer Ionenaustausch unmöglich wird. Zudem ist es schwierig, diese Ablagerungen zu entfernen. 2) Die Austauschkapazität von Anionenaustauschharzen ist deutlich geringer als die von Kationenaustauschharzen. Zudem sind sie sehr anfällig für Verunreinigungen durch organische Stoffe. Wenn daher die Anionentrennungsanlage vor der Kationentrennungsanlage angeordnet wird, besteht eine größere Gefahr einer Verunreinigung durch organische Stoffe. Dadurch wird die Austauschkapazität weiter verringert, was wiederum den Prozess der Entsalzung beeinträchtigt. 3) Eines der schwierigsten Probleme bei der Aufbereitung von Entsalzwasser ist die Entfernung der Silikat-Ionen HSiO3- aus dem Wasser. Diese werden mithilfe von stark basischen Anionenaustauschharzen entfernt. Doch das Silat-Ion HSiO3- existiert in alkalischen Lösungen in Form des Salzes NaHSiO3, während HSiO3- in sauren Lösungen in Form von Silzsäure (H2SiO3) vorliegt. Die Austauschfähigkeit von stark basischen Anionenaustauschharzen gegenüber Silicat ist um ein Vielfaches größer als ihre Austauschfähigkeit gegenüber Silikaten. Es ist daher am besten, den Austausch in saurem Wasser durchzuführen. Das Abwasser der Kationenaustauschkolonnen ist genau solches saure Wasser. Deshalb ist es sehr vorteilhaft, die Anionenaustauschkolonne nach der Kationenaustauschkolonne anzubringen – so kann das Silicat im Wasser effektiv entfernt werden. 4) Bei der Austauschreaktion von Ionenaustauschharzen kommt es zu einem umkehrbaren Phänomen. Das ist eine Gegenionenwirkung, daher ist ein starker Austauschpotenzial erforderlich, damit der Ionenaustausch reibungslos ablaufen kann. Starke Säure-Positivresine mit hoher Austauschkapazität werden in der ersten Stufe eingesetzt. Die dabei austauschten H+-Ionen reagieren schnell mit den Anionen im Wasser zu anorganischen Säuren. Anschließend werden die OH-/Ionen durch die Anionenresine ausgetauscht – dadurch entstehen H+- und OH-/Ionen, die wiederum Wasser bilden. Dadurch wird der Einfluss der Gegenionen beseitigt, was für die Anionenaustauschreaktion sehr vorteilhaft ist. 5) Das saure Abwasser des Kationenaustauschers kann die Alkalität im Wasser (HCO3-) neutralisieren. Dabei entsteht H2CO3, das durch einen Dekarbonisierer entfernt werden kann. Daher kann der Kationenaustauscher vorne die Belastung des Anionenaustauschers verringern.

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion effektiver abläuft. Deshalb wird der Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert.

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisen(III)-hydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn es nach einem stark sauren Kationenaustauscher eingebaut wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion gründlicher abläuft. Deshalb werden Kationenaustauscher in der Regel vor den Anionenaustauschern angeordnet.

Wenn der Anionenaustauscher zuerst kommt, binden sich die Kationen im Wasser (wie Ca2+, Mg2+ usw.) an die OH−-Ionen, wodurch Ablagerungen entstehen, die die Anlage verstopfen.

1) Bei der Regeneration von Anionenaustauschharzen wird NaOH verwendet. Wenn das Anionenbett an vorderer Stelle angeordnet ist, werden die OH‑Ionen des Regenerierungsmittels während der Regeneration an das Anionenharz gebunden. Im Betrieb reagieren diese OH‑Ionen mit den Kationen im Wasser wie Ca2+, Mg2+, Fe3+ usw. Dadurch entstehen Ausfällungen wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Ca(HSiO3)2 usw., die sich an der Oberfläche des Anionenharzes ablagern. Dadurch wird das Harz verstopft und verschmutzt, wodurch ein weiterer Ionenaustausch unmöglich wird. Zudem ist es schwierig, diese Ablagerungen wieder zu entfernen. 2) Die Austauschkapazität von Anionenaustauschharzen ist deutlich geringer als die von Kationenaustauschharzen. Zudem sind sie sehr anfällig für Verunreinigungen durch organische Stoffe. Wenn daher die Anionentrennungsanlage vor der Kationentrennungsanlage angeordnet wird, besteht eine größere Gefahr einer Verunreinigung durch organische Stoffe. Dadurch wird die Austauschkapazität weiter verringert, was wiederum negativ auf die Reinigung des Entsalzwassers wirkt. 3) Eines der schwierigsten Probleme bei der Aufbereitung von Entsalzwasser ist die Entfernung der Silikat-Ionen HSiO3- aus dem Wasser. Diese werden mithilfe von stark basischen Anionenaustauschharzen entfernt. Doch das Silat-Ion HSiO3- existiert in alkalischen Lösungen in Form des Salzes NaHSiO3, während HSiO3- in sauren Lösungen in Form von Silzsäure (H2SiO3) vorliegt. Die Austauschfähigkeit von stark basischen Anionenaustauschharzen gegenüber Silicat ist um ein Vielfaches größer als ihre Austauschfähigkeit gegenüber Silikaten. Daher ist es am besten, den Austausch in saurem Wasser durchzuführen. Das Abwasser der Kationenaustauschkolonnen ist genau solches saure Wasser. Deshalb ist es vorteilhaft, die Anionenaustauschkolonne nach der Kationenaustauschkolonne anzubringen – so kann das Silicat im Wasser effektiv entfernt werden. 4) Bei der Austauschreaktion von Ionenaustauschharzen kommt es zu einem umkehrbaren Phänomen. Das ist eine Gegenionenwirkung, daher ist ein starker Austauschpotenzial erforderlich, damit der Ionenaustausch reibungslos ablaufen kann. Starke Säure-Positivresine mit hoher Austauschkapazität werden in der ersten Stufe eingesetzt. Die dabei austauschten H+-Ionen reagieren schnell mit den Anionen im Wasser zu anorganischen Säuren. Anschließend werden die OH.-Ionen durch die Anionenresine ausgetauscht – dadurch entstehen H+- und OH.-Ionen, die wiederum Wasser bilden. Dadurch wird der Einfluss der Gegenionen beseitigt, was den Anionenaustauschprozess erheblich fördert. 5) Das saure Abwasser des Kationenaustauschers kann die Alkalität im Wasser (HCO3-) neutralisieren. Dabei entsteht H2CO3, das durch einen Entkarbonisierer entfernt werden kann. Daher kann der Kationenaustauscher vorne die Belastung des Anionenaustauschers verringern.

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion gründlicher abläuft. Deshalb wird ein Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion effektiver abläuft. Deshalb wird der Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert.

Wenn das Rohwasser zunächst durch einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet wird, haften Substanzen wie Calciumcarbonat, Magnesiumhydroxid und Eisenhydroxid an der Oberfläche der Resin – sie lassen sich nur schwer entfernen； Wenn er nach einem stark sauren Kationenaustauscher angeordnet wird, dann sind die Kationen, die in den Anionenaustauscher gelangen, im Wesentlichen nur H+. Die Lösung ist somit sauer, was die Wirkung der Gegenionen verringert und dazu führt, dass die Reaktion effektiver abläuft. Deshalb wird der Kationenaustauscher in der Regel vor dem Anionenaustauscher platziert.

Nachdem das Wasser an den Kationen vorbeigeflossen ist, gelangen die Wasserstoffionen in das Wasser. Dadurch wird das Wasser sauer, was den Austausch von Anionen erleichtert

Bei der Regeneration von Anionenaustauschharzen wird NaOH verwendet. Wenn die Anionenkolonne vorne angeordnet ist, werden die OH‑Ionen des Regenerierungsmittels während der Regeneration an das Anionenharz gebunden. Im Betrieb reagieren diese OH‑Ionen mit den Kationen im Wasser wie Ca2+, Mg2+, Fe3+ usw., wodurch Verbindungen wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Ca(HSiO3)2 entstehen. Diese Verbindungen haften an der Oberfläche des Anionenharzes, blockieren es und verschmutzen es. Dadurch kann der Ionenaustausch nicht mehr stattfinden – zudem ist es schwierig, diese Verunreinigungen wieder zu entfernen. Die Austauschkapazität von Anionenaustauschharzen ist deutlich geringer als die von Kationenaustauschharzen. Zudem sind sie sehr anfällig für Verunreinigungen durch organische Stoffe. Wenn daher die Anionenkolonne vor der Kationenkolonne platziert wird, besteht eine größere Gefahr einer organischen Verunreinigung. Dadurch wird die Austauschkapazität weiter gesenkt, was wiederum den Prozess der Entsalzung beeinträchtigt.

Bei der Regeneration von Anionenaustauschharzen wird NaOH verwendet. Wenn die Anionenkolonne vorne angeordnet ist, werden die OH‑Ionen des Regenerierungsmittels während der Regeneration an das Anionenharz gebunden. Im Betrieb reagieren diese OH‑Ionen mit den Kationen im Wasser wie Ca2+, Mg2+, Fe3+ usw., wodurch Verbindungen wie Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3, Ca(HSiO3)2 entstehen. Diese Verbindungen haften an der Oberfläche des Anionenharzes, blockieren es und verschmutzen es. Dadurch kann der Ionenaustausch nicht mehr stattfinden – zudem ist es schwierig, diese Verunreinigungen wieder zu entfernen. Die Austauschkapazität von Anionenaustauschharzen ist deutlich geringer als die von Kationenaustauschharzen. Zudem sind sie sehr anfällig für Verunreinigungen durch organische Stoffe. Wenn daher die Anionenkolonne vor der Kationenkolonne platziert wird, besteht eine größere Gefahr einer organischen Verunreinigung. Dadurch wird die Austauschkapazität weiter gesenkt, was wiederum den Prozess der Entsalzung beeinträchtigt.