NO833827L

NO833827L - APPARATUS AND PROCEDURE FOR AA TO CONTACT A FLUIDUM WITH AN ION EXCHANGE RESIN

Info

Publication number: NO833827L
Application number: NO833827A
Authority: NO
Inventors: Gary C Phillips
Original assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1983-10-20
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1985-04-22

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for oppkonsentrering av ioner eller fjerning av ioner fra en væske. The present invention relates to a method and an apparatus for concentrating ions or removing ions from a liquid.

Ionebytter- eller ionekonsentreringsprosesser er velkjente, og det anvendes ved disse i alminnelighet et fast sjikt av en ionebytter- eller ionekonsentreringsharpiks som holdes i et kontakt- eller et gjennomstrømningsapparat eller -kolonne, slik at tilførselsvæsken strømmer gjennom apparatet i parallell mot-strøms-strømning til kornene av ionebytter- eller oppkonsentre-ringsharpiks. Ion-exchange or ion-concentration processes are well known, and these generally employ a fixed bed of an ion-exchange or ion-concentration resin held in a contact or flow-through apparatus or column, so that the feed liquid flows through the apparatus in parallel counter-current flow to the grains of ion exchange or concentration resin.

Hver av disse prosesser har en eller flere ulemper, så som (1) høyt energiforbruk (trykktap på grunn av strømningen) , Each of these processes has one or more disadvantages, such as (1) high energy consumption (pressure loss due to the flow),

-(2) tilstopping av ionebyttersjiktet med partikkelformig materiale som f.eks. slam, finpartiklet harpiks o.l., (3) nødvendigheten av å utforme fastsjiktsenhetene med 50-100 % hulrom over harpiksen for tilbakevasknings-formål og fjerning av partikkelformig materiale fra sjiktet, (4) ofte nødvendig å utføre en ionebyttingsoperasjon hvor strømningshastighetene for forskjellige fluider er meget forskjellige, hvilket medfører utformnings- og fordelingsproblemer. -(2) clogging of the ion exchange layer with particulate material such as e.g. sludge, fine particulate resin etc., (3) the necessity to design the fixed bed units with 50-100% voids above the resin for backwashing purposes and removal of particulate material from the bed, (4) often necessary to perform an ion exchange operation where the flow rates for different fluids are very different, which leads to design and distribution problems.

En eller flere av disse ulemper er nå blitt eliminert ved apparatet og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor et sjikt av en ionebytter- eller ionekonsentreringsharpiks vandrer langs et plan, og den fluide strøm som skal behandles strømmer opp gjennom det vandrende harpikssjikt i en ikke-parallell, hovedsakelig perpendikulær strømning (dvs. innenfor en vinkel på ca. 15° fra perpendikulærstrømning) i forhold til harpikssjiktets planare strømning. One or more of these disadvantages have now been eliminated by the apparatus and method according to the present invention, where a layer of an ion exchange or ion concentration resin travels along a plane, and the fluid stream to be treated flows up through the traveling resin layer in a non-parallel , mainly perpendicular flow (ie within an angle of about 15° from perpendicular flow) relative to the planar flow of the resin layer.

For korthets skyld vil slike ionebytterharpikser og/eller -materiale i det følgende bli kalt ionebytterharpikser uansett hvilken metode det dreier seg om når det gjelder utveksling, kompleksdannelse, koordinering, absorpsjon, adsorpsjon og/eller fjerning o.l. For the sake of brevity, such ion-exchange resins and/or material will hereinafter be called ion-exchange resins regardless of the method involved in terms of exchange, complex formation, coordination, absorption, adsorption and/or removal, etc.

Prosesser for o<p>pkonsentrering eller fjerning av ioner fra Processes for the o<p>pconcentration or removal of ions from

fluider er velkjente og består vanligvis avfluids are well known and usually consist of

(1) et harpiksanrikningstrinn og(1) a resin enrichment step and

(2) et harpiksregenereringstrinn. Hvert av disse trinn (2) a resin regeneration step. Each of these steps

kan utføres i én prosessenhet eller i separate enheter. can be carried out in one process unit or in separate units.

Typiske prosesser av denne art er beskrevet i US-patenter nr. 2 671 714, 2 772 143, 2 814 399, 2 897 051 og 3 056 651. Typical processes of this kind are described in US Patent Nos. 2,671,714, 2,772,143, 2,814,399, 2,897,051 and 3,056,651.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet på en for-bedring ved slike prosesser og apparater ved at tilførselsflui-det føres gjennom et hovedsakelig ikke-fUtrerende vandresjikt av en ionebytter- eller ionekonsentreringsharpiks i en retning som er hovedsakelig perpendikulær på strømningen av det vandrende harpikssjikt. Med hovedsakelig perpendikulær menes her at tilførselsfluidets strømningsretning gjennom det vandrende ionebytterharpiks-sjikt ikke avviker med mer enn ca. 15° fra en linje som er perpendikulær på planet for strømningen av det vandrende ionebytterharpiks-sjikt. Fig. 1 viser et tverrsnitt langs en lengdeakse i et kontaktapparat inneholdende et vandrende sjikt av ionebytterharpiks . The present invention is particularly directed to an improvement in such processes and devices in that the supply fluid is passed through a substantially non-flowing moving layer of an ion exchange or ion concentration resin in a direction that is substantially perpendicular to the flow of the moving resin layer. By mainly perpendicular is meant here that the flow direction of the supply fluid through the migrating ion exchange resin layer does not deviate by more than approx. 15° from a line perpendicular to the plane of flow of the migrating ion exchange resin bed. Fig. 1 shows a cross section along a longitudinal axis in a contact device containing a traveling layer of ion exchange resin.

Fig. 2 er et endetverrsnitt gjennom kontaktapparatet.Fig. 2 is an end cross-section through the contact apparatus.

Fig. 3 er et endetverrsnitt av et kontaktapparat inneholdende et vandrende ionebytterharpiks-sjikt oppdelt ved hjelp av et antall ledeplater. Fig. 4 viser apparatet på fig. 3 sett ovenfra, med passasjer Fig. 3 is an end cross-section of a contact apparatus containing a traveling ion exchange resin layer divided by means of a number of guide plates. Fig. 4 shows the device in fig. 3 top view, with passenger

dannet ved hjelp av de nevnte ledeplater.formed using the aforementioned guide plates.

Fig. 5 viser skjematisk et system i hvilket det anvendes flere ionebytter-kontaktinnretninger som er forbundet i serie. Fig. 5 schematically shows a system in which several ion exchange contact devices are used which are connected in series.

Fig. 6 er et tverrsnitt gjennom en fordelingsanordning.Fig. 6 is a cross-section through a distribution device.

Fig. 7 er et perspektivriss av en annen fordelingsanordning. Fig. 7 is a perspective view of another distribution device.

Det vises til fig. 1, hvor apparatet ifølge oppfinnelsen med et vandrende sjikt av ionebytterharpiks generelt viser en kasse eller beholder 10, et gradert sjikt som funksjonerer som en fluidium-fordeler og som inneholder suksessive lag av en grov grus 11, en fin grus 12 og sand 13. En innløpsledning 14 med perforeringer 17 er anordnet nær bunnen av beholderen 10 og tje-ner til å fordele et tilførselsfluidum over hele lengden av det vandrende ionebytterharpikssjikt. Beholderen er også forsynt med et innløp 15 og et utløp 16 for ionebytterharpiks, samt et utløp 18 for det nevnte fluidum. Beholderen 10 inneholder dessuten et sjikt av ionebytterharpiksen 19 over laget av sand 13. Fig. 2 er et endetverrsnitt av apparatet på fig. 1 og viser beholderen 10, det graderte sjikt av lagene av grov grus 11, fin grus 12 og sand 13. Videre viser fig. 2 innløpsledningen 14 for tilførselsfluidet og ionebytterharpiksen 19. Fig. 3 er et endetverrsnitt av et apparat ifølge oppfinnelsen, inneholdende en eller flere ledeplater for dannelse av en strømningsbane for harpiksen med større lengde i et relativt mer kompakt område. Istedenfor en eneste fluid-innløpsledning' 14 som vist på fig. 1 og 2, er hver av sjiktseksjonene som dannes ved hjelp av de oppdelende ledeplater, forsynt med en separat innløpsledning 14.Beholderen er forsynt med et innløp 15 og et utløp 16 for ionebytterharpiks og et utløp 18 for tilfør-selsfluidet. Fig. 4, som viser apparatet på fig. 3 sett ovenfra viser de interfolierende ledeplater og innløpsledningen for fluidum til beholderen 10, samt innløpet 15 og utløpet 16 for ionebytterharpiks . Reference is made to fig. 1, where the device according to the invention with a traveling bed of ion exchange resin generally shows a box or container 10, a graded bed which functions as a fluid distributor and which contains successive layers of a coarse gravel 11, a fine gravel 12 and sand 13. A inlet line 14 with perforations 17 is arranged near the bottom of the container 10 and serves to distribute a supply fluid over the entire length of the traveling ion exchange resin layer. The container is also provided with an inlet 15 and an outlet 16 for ion exchange resin, as well as an outlet 18 for the aforementioned fluid. The container 10 also contains a layer of the ion exchange resin 19 above the layer of sand 13. Fig. 2 is an end cross-section of the apparatus of fig. 1 and shows the container 10, the graded layer of the layers of coarse gravel 11, fine gravel 12 and sand 13. Furthermore, fig. 2 the inlet line 14 for the supply fluid and the ion exchange resin 19. Fig. 3 is an end cross-section of an apparatus according to the invention, containing one or more guide plates for forming a flow path for the resin with greater length in a relatively more compact area. Instead of a single fluid inlet line' 14 as shown in fig. 1 and 2, each of the layer sections formed by means of the dividing guide plates is provided with a separate inlet line 14. The container is provided with an inlet 15 and an outlet 16 for ion exchange resin and an outlet 18 for the supply fluid. Fig. 4, which shows the apparatus of fig. 3 seen from above shows the interfoliating guide plates and the inlet line for fluid to the container 10, as well as the inlet 15 and the outlet 16 for ion exchange resin.

I det apparat som er vist på fig. 3 og 4, avgrenser lede-platene 20 kammere i beholderen 10, hvilke er åpne ved den ene ende og inneholder det vandrende ionebytterharpiks-sjikt, slik at strømningen er langsgående fra et kammer til det neste. Inne i hvert kammer blir det vandrende sjikt av ionebytterharpiks bragt i kontakt med frisk væske for innløpsledningene 14, som er forbundet med en felles samleledning 21. In the apparatus shown in fig. 3 and 4, the guide plates 20 delimit chambers in the container 10, which are open at one end and contain the migrating ion exchange resin layer, so that the flow is longitudinal from one chamber to the next. Inside each chamber, the traveling layer of ion exchange resin is brought into contact with fresh liquid for the inlet lines 14, which are connected by a common collection line 21.

I noen tilfeller kan det være ønskelig å benytte motstrøms-trinnanordning hvor overløpet av tilførselsvæske fra det siste harpikstrinn samles og anvendes som tilførselsmateriale for et forutgående trinn. Dette kan anvendes for oppnåelse av en høy-ere samlet effektivitet, og en anordning for oppnåelse av dette er vist på fig. 5, hvor et antall vandrende ionebytterharpiks-kontaktinnretninger av den art som er vist på fig. 1-4, er anvendt. De individuelle kontaktinnretninger er betegnet TBC-1, TBC-2, TBC-N og er forbundet i serie under anvendelse av mot-strøms-strømning for tilførselsfluidet i forhold til det vandrende sjikt av ionebytterharpiks, idet det friske tilførsels-fluidum tilføres den ionebytterharpiks-kontaktinnretning som er sist i rekken med hensyn til tilførselen av frisk ionebytterharpiks, etc. Frisk ionebytterharpiks, betegnet FIR, In some cases, it may be desirable to use a counter-flow stage device where the overflow of feed liquid from the last resin stage is collected and used as feed material for a preceding stage. This can be used to achieve a higher overall efficiency, and a device for achieving this is shown in fig. 5, wherein a number of traveling ion exchange resin contact devices of the type shown in FIG. 1-4, are applied. The individual contact devices are designated TBC-1, TBC-2, TBC-N and are connected in series using counter-current flow for the feed fluid relative to the traveling bed of ion exchange resin, the fresh feed fluid being supplied to the ion exchange resin contact device which is last in line with regard to the supply of fresh ion exchange resin, etc. Fresh ion exchange resin, denoted FIR,

tilføres den første ionebytterharpiks-kontaktinnretning TBC-1is supplied to the first ion exchange resin contact device TBC-1

og deretter de etterfølgende kontaktinnretninger TBC-2....TBC-N. Det brukte tilførselsfluidum, SCF ( "Spent Contacting Fluid") uttas fra den kontaktinnretning som er først i rekken, TBC-1. Likeledes uttas den anrikede ionebytterharpiks, LIR, fra den kontaktinnretning som er sist i rekken, TBC-N. Fig. 6 viser et tverrsnitt av en alternativ anordning for fordeling av tilførselsfluidet. Denne fordeler kan erstatte det graderte sjikt som er vist på fig. 1, 2 og 3, som fordelingsanordning . Som det vil sees av fig. 6, er denne fordeler 22 konstruert av et antall kanalformede legemer 23 som (ved hjelp av midler som ikke er vist) holdes i avstand fra hverandre. Etter at behandlingsfluidet er kommet inn i kontaktapparatet via, fortrinnsvis, en perforert ledning (ikke vist), strømmer det gjennom fordeleren 22, som antydet ved pilene 24. Avstanden "d" er regulerbar i hvert tilfelle (ved midler som ikke er vist), slik at strømmen og trykktapet gjennom fordeleren 22 kan regule-res. Fordeleren 6 er slik anordnet i en ionebytterharpiks-kontaktinnretning at ionebytterharpiksen fortrinnsvis vil vandre i en retning perpendikulært på lengden av kanalene 23, som vist ved en stor tohodet pil 25. Fig. 7 er et tverrsnitt av en annen fordeler som består av minst to, i avstand fra hverandre anordnede korrugerte plater av materiale, 10 og 11, hvor hver plate er forsynt med et antall hull (perforeringer) henholdsvis 12 og 13, hvilke plater er slik anordnet med hensyn til hullene (perforeringene) i hver plate at det tilveiebringes en buktet eller kroket strømningsvei for den væske som strømmer gjennom hullene, hvorved en lineær strøm-ning av væske gjennom naboplater hindres. and then the subsequent contact devices TBC-2....TBC-N. The used supply fluid, SCF ("Spent Contacting Fluid") is taken from the contact device which is first in the line, TBC-1. Likewise, the enriched ion exchange resin, LIR, is taken from the contact device which is the last in the series, TBC-N. Fig. 6 shows a cross-section of an alternative device for distributing the supply fluid. This distributor can replace the graded layer shown in fig. 1, 2 and 3, as a distribution device. As will be seen from fig. 6, this distributor 22 is constructed of a number of channel-shaped bodies 23 which (by means not shown) are kept at a distance from each other. After the treatment fluid has entered the contact apparatus via, preferably, a perforated line (not shown), it flows through the distributor 22, as indicated by the arrows 24. The distance "d" is adjustable in each case (by means not shown), so that the flow and pressure loss through the distributor 22 can be regulated. The distributor 6 is so arranged in an ion exchange resin contact device that the ion exchange resin will preferably travel in a direction perpendicular to the length of the channels 23, as shown by a large two-headed arrow 25. Fig. 7 is a cross section of another distributor consisting of at least two, at a distance from each other arranged corrugated plates of material, 10 and 11, where each plate is provided with a number of holes (perforations) 12 and 13 respectively, which plates are so arranged with regard to the holes (perforations) in each plate that a meandering or crooked flow path for the liquid that flows through the holes, whereby a linear flow of liquid through neighboring plates is prevented.

Om det ønskes kan fordeleren konstrueres av 3, 4 eller flere perforerte plater. Konstruksjonsmaterialet for platene er ikke av avgjørende betydning forutsatt at det er hovedsakelig ikke-reaktivt eller ikke-korrosivt når det er i kontakt med de behandlende komponenter eller de komponenter som skal behandles. If desired, the distributor can be constructed from 3, 4 or more perforated plates. The material of construction for the plates is not of critical importance provided that it is substantially non-reactive or non-corrosive when in contact with the treating components or the components to be treated.

I kontaktinnretningene ifølge foreliggende oppfinnelse kan ovennevnte graderte sjikt og/eller underlag fremstilles av andre materialer enn grus og sand, forutsatt at materialet er inert overfor ionebytterharpiksen og tilførselsvæsken. Egnede materialer er eksempelvis keramiske eller plastmaterialer av den art som anvendes som fyllmateriale i kolonner, så som Berl-sadler, Raschig- og Lessing-ringer o.l. Formålet med det graderte sjikt eller annen fordeler er å oppnå en ensartet fordeling av det inn-kommende tilførselsfluidum og å danne et underlag på hvilket ionebytterharpiksen kan vandre. Det graderte sjikt kan anvendes i kombinasjon med andre fordelingsanordninger, og også et enkelt-gradig partikkelformig materiale kan anvendes i kombinasjon med andre fordelingsanordninger. In the contact devices according to the present invention, the above-mentioned graded layer and/or substrate can be made of materials other than gravel and sand, provided that the material is inert to the ion exchange resin and the supply liquid. Suitable materials are, for example, ceramic or plastic materials of the kind used as filling material in columns, such as Berl saddles, Raschig and Lessing rings, etc. The purpose of the graded layer or other distributor is to achieve a uniform distribution of the incoming supply fluid and to form a substrate on which the ion exchange resin can migrate. The graded layer can be used in combination with other distribution devices, and also a single-grade particulate material can be used in combination with other distribution devices.

Andre metoder til å oppnå en ensartet fordeling av tilfør-selsfluidet over det vandrende ionebytterharpiks-sjiktets område er beskrevet i Chemical Engineers<1>Handbook, 5. utg., McGraw-Hill, 1973, s.5-47 til s. 5-55, innbefattende som fordelere perforerte ledninger, rør-grupper, og som fordeler og/eller underlag perforerte plater og rister, så vel som kombinasjoner derav o.l. Other methods of achieving a uniform distribution of the feed fluid over the area of the migrating ion exchange resin bed are described in Chemical Engineers<1>Handbook, 5th ed., McGraw-Hill, 1973, pp.5-47 to pp.5- 55, including as distributors perforated lines, pipe groups, and as distributors and/or substrates perforated plates and grates, as well as combinations thereof and the like.

Uansett hvilken fordelingsanordning som velges, er den konstruert slik at den under driften ikke i vesentlig grad filtrerer ut eventuelt suspendert fast filtrerbart materiale som kan inne-holdes i den væske som behandles. Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen, er derfor særlig godt egnet når tilførsels-væsken inneholder suspendert materiale av en partikkelstørrelse ^ ca. 0,025 cm, spesielt < ca. 0,02 cm. Regardless of which distribution device is chosen, it is designed so that during operation it does not filter out to a significant extent any suspended solid filterable material that may be contained in the liquid being treated. The method and apparatus according to the invention are therefore particularly well suited when the supply liquid contains suspended material of a particle size ^ approx. 0.025 cm, especially < approx. 0.02 cm.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen er egnetThe method and apparatus according to the invention are suitable

for hvilken som helst ionebyttings- eller ionekonsentrerings-prosess, hva enten den er anionisk eller kationisk eller nøytral, som f.eks. mykgjøring av vann, delvis demineralisering, uran-utvinning fra malmer, utvinning av kobber og andre oppløselige metaller fra vann, sukkerrensning, rensning av saltoppløsninger, syregjenvinning, utvinning av MgC^ fra sjøvann, og lignende. for any ion exchange or ion concentration process, whether anionic or cationic or neutral, such as softening of water, partial demineralization, uranium extraction from ores, extraction of copper and other soluble metals from water, sugar purification, purification of saline solutions, acid recovery, extraction of MgC^ from seawater, and the like.

Ionebytterharpiksene kan være anioniske eller kationiske, avhengig av det ion som ønskes fjernet fra tilførselsfluidet. The ion exchange resins can be anionic or cationic, depending on the ion that is desired to be removed from the feed fluid.

I tillegg til de tradisjonelle ionebytterharpikser i hvilke et ion fra ionebytterharpiksen erstattes med et ion fra den væske som behandles, kan andre partikkelformige harpikser og substan-ser anvendes i fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen, så som eksempelvis zeolitter, kompleksdannende,chelatdannende, sekvestrerings-, koordinasjons-, absorpsjons- og/eller adsorpsjons-materialer, som kan være anioniske, kationiske eller nøytrale og som fjerner ioner eller molekyler uten at ionene erstattes. In addition to the traditional ion exchange resins in which an ion from the ion exchange resin is replaced by an ion from the liquid being treated, other particulate resins and substances can be used in the method and apparatus according to the invention, such as, for example, zeolites, complex-forming, chelating, sequestering, coordination, absorption and/or adsorption materials, which can be anionic, cationic or neutral and which remove ions or molecules without replacing the ions.

I de tilfeller hvor man ønsker å øke mengden av det fluidum som behandles, men hvor hastigheten er slik at høyden av det vandrende harpikssjikt er ved et maksimum med hensyn til dimensjonene av kontaktapparatet, kan vekten av ionebytterharpiksen økes i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i US-patent-søknad nr. 307 829 av 2. oktober 1981. In those cases where it is desired to increase the quantity of the fluid being treated, but where the velocity is such that the height of the traveling resin layer is at a maximum with respect to the dimensions of the contact apparatus, the weight of the ion exchange resin can be increased according to the method described in US Patent Application No. 307,829 dated October 2, 1981.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen. The following examples will further illustrate the invention.

EKSEMPEL 1EXAMPLE 1

Et apparat tilsvarende det som er vist på fig. 1 og 2 bleahvendtfhvor beholderen hadde dimensjonene ca. 0,61 m x 4,88 m x 1,22 m. Beholderen inneholdt et gradert sjikt bestående av ca. 15 cm grov grus, ca. 7,6 cm fin grus og ca. 7,6 cm sand. Sjøvann ble ledet gjennom en perforert ledning med utvendig diameter på 7,62 cm med en hastighet på 6,309 liter pr. sekund. Gjennom har-piksinnløpet tilførtes en blanding av 60 volum% DOWEX 50-X8 (50-100 mesh), en ionebytterharpiks, i en innmatningsvæske av elvevann og ionebytterharpiks inneholdende 0,15 mekv. (milliekvivalenter)/ml kalsiumioner, 1,7 mekv./ml natriumioner og 0,1 mekv./ml magnesiumioner. An apparatus similar to that shown in fig. 1 and 2 were reversed, where the container had the dimensions approx. 0.61 m x 4.88 m x 1.22 m. The container contained a graded layer consisting of approx. 15 cm coarse gravel, approx. 7.6 cm fine gravel and approx. 7.6 cm of sand. Seawater was passed through a perforated line with an outside diameter of 7.62 cm at a rate of 6.309 liters per minute. second. Through the resin inlet was fed a mixture of 60% by volume DOWEX 50-X8 (50-100 mesh), an ion exchange resin, in a feed liquid of river water and ion exchange resin containing 0.15 meq. (milliequivalents)/ml calcium ions, 1.7 meq/ml sodium ions and 0.1 meq/ml magnesium ions.

Sjøvannet inneholdende 75 % saltholdighet og 950 ppmThe seawater containing 75% salinity and 950 ppm

(deler pr. million) magnesiumioner ble ledet opp gjennom det graderte sjikt og gjennom det vandrende sjikt av ionebytterharpiks i en retning hovedsakelig perpendikulært på strømningen av ionebytterharpiksen, hvilket resulterte i en sjikthøyde av fluidisert ionebytterharpiks på 50,8 cm. Det behandlede sjøvann ble fjernet fra apparatet gjennom et utløp som var plassert i en avstand på ca. 0,61 m over toppen av det vandrende ionebyttersjikt. Sjøvannet inneholdende ca. 500 ppm magnesiumioner ble så fjernet fra overløpet. Den gjennomsnittlige harpikshastighet var ca. 0,004 m/s, og den gjennomsnittlige sjøvannshastighet var ca. 0,003 m/s). Volumforholdet mellom sjøvann og ionebytterharpiks var ca. 15:1. Ionebytterharpiksen ble uttatt fra den motsatte ende i forhold til harpiksens tilførselsinnløp og hadde en kon-sentrasjon på ca. 60 volum% i sjøvann/elvevann og inneholdt 0,77 mekv. Mg<++>/ml harpiks. Ionebytterharpiksen ble deretter skilt fra sjøvann/elvevannet i en sedimenteringstank og regene-rert med NaCl. Regenereringsprosessen, i hvilken det anvendes NaCl for stripping av MgC^ fra den anrikede harpiks, kan utfø-res på i og for seg kjent måte slik at det dannes en MgC^-oppløsning i vann. En slik MgC^-oppløsning kan underkastes delvis dehydratisering og tilføres en magnesiumelektrolysecelle (parts per million) magnesium ions were passed up through the graded bed and through the traveling bed of ion exchange resin in a direction substantially perpendicular to the flow of the ion exchange resin, resulting in a bed height of fluidized ion exchange resin of 50.8 cm. The treated seawater was removed from the apparatus through an outlet which was placed at a distance of approx. 0.61 m above the top of the traveling ion exchange layer. The seawater containing approx. 500 ppm magnesium ions were then removed from the overflow. The average resin rate was approx. 0.004 m/s, and the average seawater speed was approx. 0.003 m/s). The volume ratio between seawater and ion exchange resin was approx. 15:1. The ion exchange resin was withdrawn from the opposite end in relation to the resin supply inlet and had a concentration of approx. 60% by volume in seawater/river water and contained 0.77 meq. Mg<++>/ml resin. The ion exchange resin was then separated from the seawater/river water in a sedimentation tank and regenerated with NaCl. The regeneration process, in which NaCl is used to strip MgC₂ from the enriched resin, can be carried out in a manner known per se so that a MgC₂ solution in water is formed. Such a MgC₂ solution can be subjected to partial dehydration and fed to a magnesium electrolysis cell

for fremstilling og utvinning av magnesiummetall og klor. Det brukte sjøvann ble deretter fjernet som en avfallsstrøm. En slik strøm kan anvendes til å transportere ionebytterharpiksen istedenfor det elvevann som ble anvendt ovenfor. for the production and extraction of magnesium metal and chlorine. The used seawater was then removed as a waste stream. Such a stream can be used to transport the ion exchange resin instead of the river water used above.

EKSEMPEL 2EXAMPLE 2

En 0,61 m bred og 38,1 m lang kontaktinnretning med et vandrende sjikt av ionebytterharpiks, i hvilken innretning det ble anvendt en harpiksdybde på 30,5 cm (sedimentert) av DOWEX A 0.61 m wide by 38.1 m long contact device with a traveling bed of ion exchange resin, in which device a resin depth of 30.5 cm (sedimented) of DOWEX was used

50, 50-100 mesh, ble anvendt for behandling av en elvevannsstrøm inneholdende en hardhet på 200 ppm som CaCO^, ved en hastighet på 850 gpms. Det således behandlede vann hadde en hardhet, som CaCO^, på bare 10 ppm. 50, 50-100 mesh, was used to treat a river water stream containing a hardness of 200 ppm as CaCO 2 , at a rate of 850 gpms. The water thus treated had a hardness, as CaCO^, of only 10 ppm.

EKSEMPEL 3EXAMPLE 3

( A) Foreliggende oppfinnelse(A) Present invention

Data ble innsamlet under anvendelse av en 0,61 m bred og 38,1 m lang vandresjikts-kontaktinnretning under anvendelse av en dybde på 20,3 cm (sedimentert) av ionebytterharpiksen DOWEX 50, 50-LO mesh, med en anrikningsverdi ved likevekt på 0,82 milliekvivalenter Mg<++>pr. ml. Etter at 16 sjikt-volumer av sjø-vann, 75 % saltholdighet, var ført gjennom kontaktinnretningen, hadde harpiksen en anrikningsverdi på 0,74 milliekvivalenterMg<++>/ml, tilsvarende et utbytte på 90 %. ("Sjikt-volum" er Data were collected using a 0.61 m wide by 38.1 m long fluidized bed contactor using a depth of 20.3 cm (sedimented) of the ion exchange resin DOWEX 50, 50-LO mesh, with an enrichment value at equilibrium of 0.82 milliequivalents of Mg<++>pr. ml. After 16 bed volumes of seawater, 75% salinity, were passed through the contactor, the resin had an enrichment value of 0.74 milliequivalents of Mg<++>/ml, corresponding to a yield of 90%. ("Layer-volume" is

et dimensjonsløst mål på volumet av tilførselsfluidet basert på volumet av harpiksen i sedimentert tilstand (Vfi = y harpiks^* * a dimensionless measure of the volume of the feed fluid based on the volume of the resin in the settled state (Vfi = y resin^* *

( B) Sammenligningsforsøk(B) Comparison experiment

En enkelttrinns hydroklon harpiks/sjøvann-kontaktinnretning ble anvendt, under anvendelse av i det vesentlige den samme ionebytterharpiks, og krevde 30 sjikt-volumer av sjøvann, saltholdighet 75 %, for oppnåelse av den samme harpiks-anrikningsverdi. A single stage hydroclone resin/seawater contactor was employed, using essentially the same ion exchange resin, and required 30 bed volumes of seawater, salinity 75%, to achieve the same resin enrichment value.

Ovenstående viser klart den forbedrede effektivitet av den fremgangsmåte og den innretning i hvilken det anvendes et vandrende sjikt av ionebytterharpiks, sammenlignet med en enkelttrinns kontaktinnretning i hvilken det ikke anvendes et sjikt av den vandrende type, idet mindre sjøvann behøver å bringes i kontakt med harpiksen for oppnåelse av den samme harpiks-anrikningsverdi når man anvender kontaktinnretningen og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. The above clearly shows the improved efficiency of the method and device in which a moving bed of ion exchange resin is used, compared to a single stage contacting device in which no moving bed is used, in that less seawater needs to be brought into contact with the resin for achieving the same resin enrichment value when using the contact device and method according to the present invention.

EKSEMPEL 4EXAMPLE 4

Et apparat med vandrende sjikt av ionebytterharpiks ble bygget av 0,635 cm pleksiglass-paneler. Den innvendige lengde og bredde var henholdsvis 45,7 cm og 15,2 cm. Høyden var 38,1 cm. En 20,3 cm høy skillevegg ble festet til frontveggen slik at den strakte seg parallelt med sideveggene i en avstand på 7,6 cm fra disse. Skilleveggen strakte seg bare 38,1 cm langs sjiktets lengde. Dette etterlot ca. 7,6 cm rom i hvilket den vandrende harpiks kunne snu 180° og vandre mot frontveggen. A moving bed ion exchange resin apparatus was constructed from 0.635 cm Plexiglas panels. The internal length and width were 45.7 cm and 15.2 cm respectively. The height was 38.1 cm. A 20.3 cm high partition was attached to the front wall so that it extended parallel to the side walls at a distance of 7.6 cm from them. The partition wall extended only 38.1 cm along the length of the layer. This left approx. 7.6 cm space in which the migrating resin could turn 180° and migrate towards the front wall.

En 12,7 cm høy demningsvegg ble festet perpendikulært på, og anordnet mellom, ovennevnte skillevegg og høyre vegg. Demningsveggen var i en avstand på ca. 8,3 cm fra frontveggen og blokkerte høyre strømningsvei i sjiktet. Denne plassering skaf-fet en harpiks-oppsamler, 8,3 cm x 7,6 cm, ved enden av det vandrende s j ikt. A 12.7 cm high dam wall was fixed perpendicular to, and arranged between, the above-mentioned partition wall and the right wall. The dam wall was at a distance of approx. 8.3 cm from the front wall and blocked the right flow path in the layer. This location provided a resin collector, 8.3 cm x 7.6 cm, at the end of the traveling screen.

Et avløps-trau ble festet til venstre vegg og ble under-støttet av front- og bak-veggene for det vandrende sjikt. Trauet var ca. 5,1 cm bredt og ca. 2,5 cm dypt. Det strakte seg gjennom frontveggen i en lengde på ca. 27,9 cm. Det ble boret tre ca. 32 cm hull i midten av trauet i avstander fra bakveggen på henholdsvis 10,2 cm, 20,3 cm og 30,5 cm. En dryppeleppe strakte seg nedover, ved frontenden av trauet, i en lengde på ca. 3,2 cm. A drainage trough was attached to the left wall and was supported by the front and back walls for the traveling bed. The trough was approx. 5.1 cm wide and approx. 2.5 cm deep. It stretched through the front wall for a length of approx. 27.9 cm. Three approx. 32 cm hole in the middle of the trough at distances from the back wall of 10.2 cm, 20.3 cm and 30.5 cm respectively. A drip lip extended downwards, at the front end of the trough, for a length of approx. 3.2 cm.

Innmatningsapparatet bestod av ca. 0,95 cm rør av rustfritt stål, hvilket var avblokkert ved den bakre ende. I hvert rør var det boret 34 hull, diameter ca.0,238 cm, med en inn-byrdes avstand på 2,54 cm. Hullene var anordnet i to kolonner, 90° fra hverandre, og den ene kolonne begynte og endte 1,27 cm foran den andre. Rørene strakte seg 43,2 cm inn i sjiktet fra frontveggen og var plassert 2,54 cm over bunnen. Rørene var forbundet ved hjelp av albuer og T'er på utsiden av frontveggen for det vandrende sjikt, slik at innstrømmende utgangsmateriale ville strømme inn i sjiktet under ensartet fordeling over hele sjiktets lengde. The input device consisted of approx. 0.95 cm stainless steel tube, which was unblocked at the rear end. In each pipe, 34 holes were drilled, diameter approx. 0.238 cm, with a mutual distance of 2.54 cm. The holes were arranged in two columns, 90° apart, with one column beginning and ending 1.27 cm in front of the other. The pipes extended 43.2 cm into the layer from the front wall and were located 2.54 cm above the bottom. The pipes were connected by means of elbows and T's on the outside of the front wall of the moving bed, so that inflowing feedstock would flow into the bed with uniform distribution over the entire length of the bed.

Et 1,27 cm plastrør dannet forbindelse mellom strømnings-fordelerne av rustfritt stål og en pumpe, som ved hjelp av en kuleventil var innstilt slik at det strømmet 2,04 liter pr. sekund pr. kvadrat meter. Fra pumpen til reservoaret for utgangsmaterialet var det anordnet et annet 1,27 cm rør. Dette reservoar bestod av en 208 liters plasttønne inneholdende 200 1 A 1.27 cm plastic tube formed a connection between the stainless steel flow distributors and a pump, which was adjusted by means of a ball valve so that it flowed 2.04 liters per hour. second per square meters. Another 1.27 cm pipe was arranged from the pump to the reservoir for the starting material. This reservoir consisted of a 208 liter plastic barrel containing 200 1

utgangsmateriale.starting material.

I midten av bunnen av harpiksoppsamleren (begrenset av demningsveggen, frontveggen, den høyre vegg og ovennevnte skillevegg) ble det boret et hull, som ble gjenget for innskruing av en ca. 0,95 cm rør-albu. Albuen ble skrudd inn i bunnpanelet og festet på utsiden til en 1,27 cm ventil. Fra kuleventilen ble det strukket en slange av svart gummi, innvendig diameter 1,27 cm. Slangen ble forbundet med en vibrerende pumpe In the center of the bottom of the resin collector (bounded by the dam wall, the front wall, the right wall and the above-mentioned partition) a hole was drilled, which was threaded for screwing in an approx. 0.95 cm pipe elbow. The elbow was screwed into the bottom panel and attached on the outside to a 1.27 cm valve. From the ball valve, a hose of black rubber, internal diameter 1.27 cm, was stretched. The tubing was connected to a vibrating pump

Gorman-Rupp Model 12500-13. En annen 1,27 cm slange strakte seg fra pumpeutløpet til en bøtte. Harpiksoppsamleren, rør-albuen, ventilen, slange, pumpe og bøtte utgjorde harpiksfjern-ingssystemet for det vandrende sjikt. Gorman-Rupp Model 12500-13. Another 1.27 cm hose extended from the pump outlet to a bucket. The resin collector, pipe elbow, valve, hose, pump and bucket made up the resin removal system for the traveling bed.

Harpikstilførselssystemet bestod av en ca. 16,5 cm trakt med en ca. 7,6 2 cm forlengelse av gummislange på bunnen. Den ble plassert slik at harpiksen ville bli ført inn i frontenden av sjiktet i den venstre strømningsbane og ca. 5,1 cm fra frontveggen. Før forsøket ble utført ble 11,4 cm av renset grov sand, partikkelstørrelser i området 8-50 mesh (US Standard), plassert i sjiktet som en ytterligere strømningsfordeler. The resin supply system consisted of an approx. 16.5 cm funnel with an approx. 7.6 2 cm extension of rubber hose on the bottom. It was placed so that the resin would be fed into the front end of the bed in the left flow path and approx. 5.1 cm from the front wall. Before the experiment was conducted, 11.4 cm of cleaned coarse sand, particle sizes in the range of 8-50 mesh (US Standard), was placed in the bed as an additional flow divider.

UtgangsmaterialeSource material

Utgangsmaterialet for forsøket med det vandrende sjikt inneholdt ca. 30 ppm Cu<++.>For fremstilling av 200 liter utgangsmateriale ble 23,6 g CuS04'5H20 tilsatt til 200 liter DI H20. The starting material for the experiment with the moving layer contained approx. 30 ppm Cu<++.>For the production of 200 liters of starting material, 23.6 g of CuS04'5H20 were added to 200 liters of DI H20.

Dessuten ble det tilsatt 2,85 g FeC^^^O til utgangsmaterialet, slik at jerninnholdet ble ca. 4 ppm Fe<++>. In addition, 2.85 g of FeC^^^O was added to the starting material, so that the iron content was approx. 4 ppm Fe<++>.

HarpiksenThe resin

En chelatdannende pikolylaminharpiks (XFS-4 3084), som leveres av The Dow Chemical Company, ble anvendt i dette for-søk. Den samlede anvendte mengde var ca. 1200 ml harpiks. A chelating picolylamine resin (XFS-4 3084), supplied by The Dow Chemical Company, was used in this experiment. The total amount used was approx. 1200 ml of resin.

ForsøketThe attempt

Utgangsoppløsningen av ca. 32 ppm Cu<++>ble ført oppoverThe output resolution of approx. 32 ppm Cu<++>was carried upwards

i det vandrende sjikt med en hastighet på 3 gpm/ft 2. Utgangs-materialets temperatur var 31°C og pH 2,75. Utgangsmaterialet ble ført inn i systemet inntil det strømmet over gjennom avløps-trauet. På dette tidspunkt ble en stoppeklokke startet. Harpiks ble tilsatt systemet med en hastighet på 100 ml harpiks pr. minutt. På slutten av hvert minutt ble en 20 ml plast-sprøyte med en tilsluttet gummislange stukket inn i sjiktet ved in the moving bed at a rate of 3 gpm/ft 2 . The temperature of the starting material was 31°C and pH 2.75. The starting material was fed into the system until it overflowed through the drain trough. At this point a stopwatch was started. Resin was added to the system at a rate of 100 ml of resin per minute. At the end of each minute, a 20 ml plastic syringe with an attached rubber tube was inserted into the layer by

senteret av vendepunktet. To prøver av avløpsmateriale ble uttatt ca. 2,5 cm over harpiksen og/eller sanden. I alt 17 prøver ble uttatt på denne måte. En prøve av utgangsmaterialet ble også tatt fra ovennevnte reservoar for utgangsmaterialet, og prøver (3) ble også tatt fra avløpstrauet med 5, 11.og 17 minutters mellomrom etter forsøkets begynnelse. the center of the turning point. Two samples of waste material were taken approx. 2.5 cm above the resin and/or sand. A total of 17 samples were taken in this way. A sample of the starting material was also taken from the above-mentioned reservoir for the starting material, and samples (3) were also taken from the drain trough at intervals of 5, 11 and 17 minutes after the start of the experiment.

Den harpiks som ble innført i systemet, strømmet nedover gjennom den venstre strømningsbane i sjiktet til bakveggen, svinget rundt skilleveggen og strømmet tilbake til fronten av sjiktet. Den strømmet til demningsveggen, og når overskudd av harpiks ble tilsatt gjennom trakten, ble harpiks ved demningsveggen skjøvet inn i harpiksoppsamleren og pumpet til bøtten. Etter at prøve nr. 17 var uttatt, ble pumpen for utgangsmaterialet slått av. The resin introduced into the system flowed down through the left flow path in the bed to the rear wall, swung around the partition and flowed back to the front of the bed. It flowed to the weir wall and when excess resin was added through the funnel, resin at the weir wall was pushed into the resin collector and pumped to the bucket. After sample No. 17 was taken, the pump for the starting material was turned off.

ResultaterResults

Prøvene fra dette forsøk ble analysert ved hjelp av et atom-absorpsjons-spektrometer (Perkin Eimer Model 2380). Resul-tatene var som følger: The samples from this experiment were analyzed using an atomic absorption spectrometer (Perkin Eimer Model 2380). The results were as follows:

Det skal bemerkes at prøve nr. 1 ble tatt før harpiksen nådde vendepunktet, hvor prøvetagningen ble gjort. Det kan derfor trygt sies at selve sanden i noen grad tiltrakk kobber-ionet. Tallene viser også at når harpiksen hadde passert prøvetagningspunktet (mellom prøve nr. 2 og prøve nr. 3) ble et fall på ca. 2 ppm observert. It should be noted that sample No. 1 was taken before the resin reached the tipping point, where the sampling was done. It can therefore be safely said that the sand itself attracted the copper ion to some extent. The figures also show that when the resin had passed the sampling point (between sample no. 2 and sample no. 3) there was a drop of approx. 2 ppm observed.

Claims

1. Ion exchange hair pick contact apparatus comprising a horizontally arranged container, a horizontally arranged liquid distribution device located at the bottom of the container, a layer of ion exchange resin supported on the distribution device, devices for continuously supplying the container and devices for continuously issuing from the container ion exchange resin from the resin layer, so that the resin layer travels horizontally along said distribution device in the container means for conveying a liquid to be treated to and up through the distribution device and up through the resin layer in a direction substantially perpendicular to the plane of flow of the resin layer and at a speed sufficient to maintaining the resin layer in a substantially non-fluidizing fluidized state, and means for removing the liquid from the container after contact with the resin layer.

2. Contact device according to claim 1, where the ion exchange resin is resin grains of a sufficient size that they are fluidized by the flow of the treatment fluid, to such an extent that suspended filterable material having a particle size < approx. 0.254 mm, will not be substantially filtered from the fluid, and where the supply devices are of a size sufficient to transport the treatment fluid at such a rate that the filterable material is kept suspended in the treatment fluid as it passes through the distribution device and the layer of ion exchange resin grains.

3. Contact device according to claim 1 or 2, where the distribution device is selected from the group consisting of (1) one or more graded layers, (2) one or more perforated wires, (3) one or more wire groups, (4) one or more perforated plates, (5) one or more gratings, (6) a column packing, (7) one or more channel members, (8) one or more perforated corrugated plates or a combination thereof.

4. Contact device according to claim 3, where the distribution device is a graded layer comprising at least a layer of a particulate material and a layer of sand, and where the resin layer moves over the layer of sand.

5. Contact device according to claim 3, where the liquid distribution device is constructed of a number of closely spaced channel members together with a number of opposing channel members, which channel members are arranged in a way that causes the liquid to flow in the interior of the channel members so that a substantially uniform upward flow of liquid through the layer of ion exchange resin.

6. Contact device according to claim 3, where the liquid distribution device is constructed of a number of corrugated plates which are provided with perforations and which are positioned so that the flow of liquid through them takes place in a meandering manner, whereby an essentially uniform flow of liquid is provided upwards through the layer of ion exchange resin.

7. Contact device according to one of the preceding claims, which in the container has one or more guide plates which extend along the travel length of the ion exchange resin in such a way that the pre-used fluidized ion builder resin is separately brought into contact with a fresh treatment liquid.

8. Method for concentrating ions or removing ions from a liquid by bringing the liquid into contact with an ion exchange resin, characterized in that the liquid is led upwards through a horizontally moving layer of an ion exchange resin in a direction mainly perpendicular to the flow plane of the moving ion exchange resin layer , the liquid is led upwards through a distribution device in order to thereby distribute the liquid evenly before contact with the traveling layer of ion exchange resin, the layer of ion exchange resin is fluidized by the liquid being led into and through the layer of ion exchange resin, and the distribution device and the traveling layer of ion exchange resin are arranged inside the same device.

9. Method according to claim 8, where the distribution device is selected from (1) one or more graded layers, (2) one or more perforated wires, (3) one or more wire groups, (4) one or more perforated plates, (5)' one or more grates, (6) a column packing, (7) one or more channel members, (8) one or more perforated corrugated sheets or a combination thereof.

10. Method according to claim 9, where the distribution device is a graded layer of at least one layer of a particulate material and a layer of sand, and where the ion exchange resin migrates over the layer of sand.

11. Method according to claim 9, where the distribution device is constructed of a number of closely spaced channel members together with a number of opposing channel members, the channel members are arranged in a way that causes the liquid to flow inside the channel members so that an essentially uniform upward flow of the liquid through the layer of ion exchange resin.

12. Method according to claim 9, where the distribution device is constructed of a number of corrugated plates which are provided with perforations and which are positioned so that the liquid flow through it takes place in a meandering manner.

13. Method according to one of the preceding claims, wherein the ion exchange resin is a cation exchange resin and the treatment liquid is water.

14. Method according to one of claims 1 to 5, where the ion exchange resin is an absorption, adsorption, coordination, sequestering, chelating or complexing resin or material and the treatment liquid is water containing a material that the ion exchange resin or material is capable of remove.

15. Ion-concentrating or -removing process where a liquid is treated by bringing the liquid into contact with an ion-exchange resin in a continuous manner, characterized by: (A) an elongated, continuous, horizontally migrating layer of ion exchange resin particles is established, (B) the liquid is passed through a distribution device to achieve uniform distribution of the liquid in such a way as to provide a continuous flow of the liquid upwards through the layer of ion exchange resin in a direction substantially perpendicular to the direction of flow of the horizontally traveling layer of ion exchange resin, and at a sufficient velocity to maintain the bed in a fluidized, substantially nonfluidizing state, (C) the distribution device is provided as a substrate along which the fluidized bed of ion exchange resin travels, (D) the distribution device and the layer of ion exchange resin are arranged in the interior of the same apparatus, and (E) the ion exchange resin is supplied to one end of the apparatus and the resin is withdrawn from the other end of the apparatus after contact with the liquid.

16. A method according to one of claims 8 to 15, wherein the liquid contains particulate material suspended, and wherein the traveling layer of ion exchange resin is essentially non-fluid.

17. Method according to one of claims 8 to 16, where the particulate material is filterable and has a particle size smaller than 0.254 mm.