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Dienstag, 17. Mai 2011, 12:51

Ammoniumfahrweise

Hallo,

ich habe eine Frage bezüglich der Ammoniumfahrweise eines Ionentauschers in der Kondensatreinigung, für diese Fahrweise bin ich auf der Suche nach Werten für die Gleichgewichtskonstante K (Na+, NH4+) in Abhängigkeit vom pH-Wert oder alternativ nach Werten für die nutzbare Volumenkapazität in Abhängigkeit vom pH Wert. Falls Sie über Erfahrungswerte für unterschiedliche Harztypen verfügen oder mir Tipps geben könnten wo derartige Werte verfügbar sind, wäre ich Ihnen sehr dankbar.

Mit freundlichen Grüßen

christo

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Montag, 27. Juni 2011, 13:43

DOW schreibt (Form No. 177-01755-403XQRP):

In a demineralizer (H-cycle operation), sodium with a selectivity coefficient of 1.56 will elute before ammonium with a selectivity coefficient of 2.01, which is followed by potassium, with a selectivity coefficient of 2.28. With a knowledge of the degree of regeneration, solution pH and the selectivity coefficient, an estimate of leakage can be calculated. For a complete treatment of the subject, numerous textbooks can be consulted. One excellent reference is Ion Exchange, by Friedrich Helferich, currently published by Dover Press under ISBN #61-15453.

Selectivity Coefficients of Various Cations (Compared with the Hydrogen Ion) on Sulfonated Polystyrene Cation Exchange Resins of Different Crosslinkage Degree of Crosslinking

Counter Ion 4% DVB 8% DVB 10% DVB 16% DVB
Li+ 0.76 0.79 0.77 0.68
H+ 1.00 1.00 1.00 1.00
Na+ 1.20 1.56 1.61 1.62
NH4+ 1.44 2.01 2.15 2.27
K+ 1.72 2.28 2.54 3.06
Rb+ 1.86 2.49 2.69 3.14
Cs+ 2.02 2.56 2.77 3.17
Ag+ 3.58 6.70 8.15 15.6
Tl+ 5.08 9.76 12.6 19.4
UO22+ 1.79 1.93 2.00 2.27
Mg2+ 2.23 2.59 2.62 2.39
Zn2+ 2.37 2.73 2.77 2.57
Co2+ 2.45 2.94 2.92 2.59
Cu2+ 2.49 3.03 3.15 3.03
Cd2+ 2.55 3.06 3.23 3.37
Ni2+ 2.61 3.09 3.08 2.76
Ca2+ 3.14 4.06 4.42 4.95
Sr2+ 3.56 5.13 5.85 6.87
Pb2+ 4.97 7.80 8.92 12.2
Ba2+ 5.66 9.06 9.42 14.2

Anzumerken ist, dass wir im HKW Köln-Merkenich die Ammoniumfahrweise mit neuen, teuren speziellen KRA-Harzen (Amberjet 1600 H, Amberjet 9000 OH) nach Durchbruch des Ammoniums am Kationenaustauscher und Kationenteil des Mischbetts sicherheitshalber nur kurze Zeit fortsetzten konnten, weil sich die sLF (hinter Probenahme-Kationenaustauscher in H-Form) eindeutig verschlechtert hat, also der Anionenschlupf zunahm. Ich kann diese Fahrweise nicht empfehlen.

Empfehlen kann ich aber die Literaturstelle "Zur Kapazität von Ionenaustauschern bei der Entfernung von Spurenverunreinigungen aus Wasser"
von H. W. Venderbosch, A. Snel und L. J. Overman, N. V. Kema, Arnhem/Niederlande:
"Da die Ergebnisse einiger in unserem Labor durchgeführten Versuche mit Kationenaustauschern in der Ammoniumform nicht mit denjenigen übereinstimmten, die Veröffentlichungen der Hersteller derartiger Filteranlagen mitgeteilt werden, wurde beschlossen, ein erweitertes Studium über das Verhalten von Austauschern bei der Entfernung von Spurenverunreinigungen durchzuführen. Nachstehend wird darauf eingegangen, was für die Beurteilung der Verwendungsmöglichkeit von Kationenaustauschern in der Ammoniumform in Kondensatreinigungsanlagen
von Interesse sein kann. Zugleich kann diese Betrachtung benutzt werden, um das Austauschverhalten von Anionenaustauschern in Kondensatreinigungsanlagen zu erläutern."

"Wir sehen jetzt, daß die Gleichgewichtskapazität in Bettvolumen eines Kationenaustauschers in der Ammoniumform für Spuren Natrium praktisch unabhängig ist von der Natriumkonzentration im Zulauf und nur abhängig von der Ammoniumkonzentration im Kondensat.
Je höher die Ammoniumkonzentration ist, um so kürzere Zeit werden die Natriumionen im Filter festgehalten."

"EXPERIMENTE AN BETRIEBSANLAGEN
Gleiche Experimente an Betriebsanlagen sind meistens aus betriebstechnischen Gründen nicht durchführbar, Wenn man das doch versuchen will und einige Stunden Natriumsalze in geringen Konzentrationen in das Kondensat dosiert, tauchen meßtechnische Schwierigkeiten auf.
In Bild 2 ist die Spitzenerweiterung im Ablauf eines mit Ammonium beladenen Kationenaustauschers, nach einer Natriumdosierung im Zulauf, schematisch angegeben. Gleich nach der Dosierung kommt eine äquivalente Menge Ammoniak heraus, und nach einiger Zeit tritt auch die dosierte Natriummenge aus. Aber dann ist die Konzentration viel niedriger und kann leicht ganz unter der Analysengrenze bleiben, so daß der Durchbruch nicht festgestellt werden kann. Hieraus könnte man die falsche Folgerung ziehen, daß das Filter noch immer die Verunreinigung
festhält. ... Dieses Phänomen wird in der amerikanischen Literatur [1] häufig nicht beachtet." (Bild 2 siehe Anhang)

"Ein wichtiges Problem bei der Kondensataufbereitung mit Hilfe von Kationenaustauschern in der Ammoniumform ist der hohe Spülwasserbedarf des Anionenaustauschers, auch wenn dieser vollständig von Kationenaustauscherkörnern getrennt worden ist. Kationenaustauscher sind ebenfalls schwer zu spülen. Aus einigen Laborversuchen ging hervor, daß Reste der Regenerierlauge nur sehr langsam aus den Körnern wegdiffundieren. Am besten läßt sich das erkennen, wenn man mit niedrigen Geschwindigkeiten spült; bei hoher Geschwindigkeit verdünnt man die abgegebenen Laugespuren, womöglich bis unter die Analysengrenze. Der Spülwasserbedarf beträgt 100 bis 300 Bettvolumen, um die Spuren Natriumionen
weitgehend abzuführen. Bei hohen Spülgeschwindigkeiten von 50 bis 150 Bettvolumen/h beträgt die Spüldauer einige Stunden. Um den Wasserverlust einzuschränken, ist Rezirkulation des letzten Spülwassers über den Kationenaustauscher notwendig."


Zitat aus einer anderen Lit.-Stelle:

"Einen großen Unterschied dazu bildet das Betriebsverhalten von NH4-IOH- und H-IOH-Anlagen in Abwesenheit von Kondensatorleckagen. Wie bereits erwähnt, kann der Grundpegel von Natrium im austretenden gereinigten Wasser einer Anlage in H-IOH-Form, der Elutionsschlupf, bei einem Tiefpunkt von 0,02 µg/kg Na liegen, und es ist bekannt, daß mehrere Anlagen ständig ein gereinigtes Kondensat mit etwa 0,1 µg/kg Na herstellen. Aus einer NH4-IOH-Mischbettanlage wird diese Elution stets höher sein. Die während dieser Versuche festgestellten 2 bis 4 µg/kg Na bei pH 9,6 scheinen einigermaßen typisch zu sein, obgleich verbesserte Trenn- und Regeneriermethoden darauf hindeuten, daß Werte von rund 1 µg/l erreichbar sind. Aus den Ergebnissen der gegenwärtigen Versuche und aus theoretischen Berechnungen geht hervor, daß mit wirksamer Regeneration der anionische Schlupf nicht so weit ansteigen dürfte wie der Natriumschlupf bei Betrieb in der NH4-/OH-Form. Bei einem pH-Wert von 9,6 wird ein typisches Bett in H-/OH Form nach etwa 32 Stunden durch Ammoniak erschöpft"
[M.A. Sadler, J.C. Bates, undG.R. Mills: Anwendung einer "Triobett"-Kondensatreinigungsanlage im Kraftwerk Fawley, VGB KRAFTWERKSTECHNIK 61, Heft 3, März 1981]

Die Literaturstellen hätte ich hochgeladen, aber mit nur 20 KB zulässiger Dateigröße geht das leider nicht.
»J.R.« hat folgendes Bild angehängt:
  • Na-Schlupf bei KRA in NH4-Form.png