DE3926634A1 - Vorrichtung zur gewinnung einer saeure aus ihrem salz - Google Patents
Vorrichtung zur gewinnung einer saeure aus ihrem salzInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewin
nung einer Säure aus ihrem Salz mittels Elektrodialyse
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 ist beispielsweise aus der US-PS 30 86 928 bekannt. Bei
dieser bekannten Vorrichtung zur Herstellung von Zitronen
säure aus ihrem Salz mittels Elektrodialyse weist die
elektrodialytische Zelle vier nebeneinander angeordnete
Kammern auf, von denen die beiden äußeren Kammern von den
beiden inneren Kammern durch Kationenaustauschermembranen
und die beiden inneren Kammern durch eine Anionenaustau
schermembran getrennt sind.
Die aus der US-PS 30 86 928 bekannte Vorrichtung hat damit
den Nachteil, daß die Realisierung eines sogenannten Zel
len-Stapels aufgrund der teuren Kathoden und Anoden sehr
aufwendig ist, so daß die bekannte Vorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 kaum für den großtechni
schen Einsatz geeignet ist.
Eine Vorrichtung anderer Gattung ist aus der DE 29 02 247
C3 bekannt. Auch die aus dieser Druckschrift bekannte
Vorrichtung kann dazu verwendet werden, nach dem Prinzip
der Elektrodialyse Salze organischer Säuren, wie der Zi
tronensäure in die reine Säure umzuwandeln und gleichzei
tig abzutrennen.
Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung anderer Gat
tung ist jedoch, daß aus einer anorganischen Säure Proton
en gewonnen und der organischen Säure zugegeben werden
müssen, so daß zwangsläufig als Koppelprodukt ein anorgan
isches Salz anfällt.
Darüberhinaus ist es von Nachteil, daß in einem sog. Sta
pel, wie er insbesondere für höhere Durchsätze benötigt
wird, eine Vielzahl von teueren Elektroden benötigt wer
den.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Gewinnung einer Säure aus ihrem Salz mittels Elektro
dialyse derart weiterzubilden, daß die Säure und insbeson
dere eine organische Säure aus ihrem Salz ohne Protonen
zugabe aus einer anorganischen Säure gewonnen werden kann,
d.h. ohne daß als zwangsläufiges Koppelprodukt ein anor
ganisches Salz anfällt, und bei der hohe Durchsätze mög
lich sind, ohne daß eine Vielzahl teuerer Elektroden er
forderlich wären.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren
Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch fol
gende Merkmale aus:
- - die elektrodialytischen Zellen sind zu einer Reihe in Form eines Stapels angeordnet,
- - lediglich die Kammern der beiden äußeren Zellen des Stapels weisen eine Anode bzw. eine Kathode auf,
- - die äußeren Kammern der restlichen Zellen sind von den äußeren Kammern benachbarter Zellen durch fluid-dichte Platten mit hoher Leitfähigkeit getrennt.
Der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt damit der Grundge
danke zugrunde, zur Herstellung, Abtrennung und Gewinnung
von Säuren und insbesondere von organischen Säuren, wie
Zitronensäure, Milchsäure, Essigsäure, Ameisensäure, But
tersäure, Bernsteinsäure etc. aus ihren Salzen ohne Pro
tonenzugabe ein nicht korrosives, elektrisch sehr gut
leitfähiges Material zur Abtrennung benachbarter Spül
kreisläufe zu verwenden. Aufgrund der Elektronenwanderung
durch diese leitenden Platten ist es möglich, darauf zu
verzichten, aus einer anorganischen Säure Protonen zu
gewinnen und der organischen Säure zuzugeben. Damit fällt
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein anorganisches
Salz als Koppelprodukt an.
Darüberhinaus werden durch dieses nicht korrosive, pH-Wert
resistente und elektrisch sehr gut leitfähige Material die
Spülkreisläufe nicht nur getrennt, sondern gleichzeitig
wird auch die erforderliche Potentialdifferenz einge
stellt, ohne daß jede Zelle eigene Elektroden benötigen
würde.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
In den Ansprüchen 2 und 3 sind mögliche Anordnungen der
Kationenaustauschermembranen und der Anionenaustauscher
membranen gekennzeichnet:
Beispielsweise ist es möglich, eine ähnliche Anordnung für
die Kationenaustauschermembranen und die Anionenaustau
schermembran zu verwenden, wie sie aus der US-PS 30 86 928
bekannt ist (Anspruch 2). Darüberhinaus ist es aber auch
möglich, eine Anordnung zu verwenden, bei der die anoden
seitige äußere Kammer von der benachbarten inneren Kammer
durch einen Kationenaustauschermembran und die weiteren
Kammern durch Anionenaustauschermembranen getrennt sind
(Anspruch 3).
Im Anspruch 4 ist ein bevorzugtes Material für die leitfä
higen Platten angegeben.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren, das unter Verwen
dung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführbar ist,
ist im Anspruch 5 gekennzeichnet:
Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem aus der US-PS
30 86 928 bekannten Verfahren dadurch, daß die Lauge in
der kathodenseitigen Kammer und die Säure in der anoden
seitigen Kammer lediglich zur Aufrechterhaltung einer
gewissen Leitfähigkeit benötigt werden, während sie bei
dem aus der US-PS 30 86 928 bekannten Verfahren als Pro
tonen- bzw. Hydroxyl-Lieferanten dienen. Bei der erfin
dungsgemäßen Verfahrensführung wird dagegen das der an
odenseitigen inneren Kammer zugeführte (beispielsweise)
H2O zur Protonen- und OH--Quelle, wobei diese Zersetzung
in saurer bzw. basischer Umgebung leichter abläuft. Dabei
laufen in der anodenseitigen äußeren Kammer die Reaktion
2 H₂O → 2 H⁺ + H₂O₂ + 2 e⁻
und in der kathodenseitigen äußeren Kammer die Reaktion
2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻
ab. Die in der anodenseitigen äußeren Kammer entstehenden
Elektronen wandern durch die leitenden Platten in die
benachbarte kathodenseitige äußere Kammer der nächsten
Zelle des Stapels. In der Randzellen erfolgt der Ladungs
ausgleich entsprechend über die Anode/Kathode.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichungen näher be
schrieben, in der zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs
gemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der in Fig. 1 gezeigten er
findungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfin
dungsgemäße Vorrichtung.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung weist eine Reihe von Zellen 1, 2,
. . . n auf, die jeweils aus Kammern I bis IV bestehen. Dabei
grenzen die Kammern I und IV benachbarter Zellen aneinan
der. Die Kammern I und IV benachbarter Zellen "im Inneren"
des Stapels weisen keine Elektroden auf, sondern sind
durch fluid-dichte Platten E mit hoher Leitfähigkeit ge
trennt.
In den Kammern I der 1. Zelle und in der Kammer IV der n.-
Zelle sind die Kathode (-) bzw. die Anode (+) des elektro
dialytischen Stapels angeordnet, an die eine positive bzw.
eine negative Spannung angelegt ist.
Hierdurch stellt sich über den gesamten Stapel eine ent
sprechende Potentialdifferenz ein, ohne daß es erforder
lich wäre, für jede Zelle ein Elektrodenpaar vorzusehen.
Die Kammern I sind von den Kammern II und die Kammern III
von den IV jeweils durch eine Kationenaustauschermembran K
getrennt, während die Kammern II von den Kammern III durch
eine Anionenaustauschermembran A getrennt sind.
Damit können Me⁺-Ionen aus den Kammern III in die Kammern
IV und H⁺-Ionen aus den Kammern I in die Kammern II dif
fundieren, während An⁻-Ionen aus den Kammern aus den Kam
mern III in die Kammern II diffundieren können.
Die Kammern I bilden den Säure-Spülkreis, während die
Kammern IV den Lauge-Spülkreis bilden. Die Kammern III
sind die Diluat-Kammern, während die Kammern II die Pro
dukt-Kammern sind.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung
wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläu
tert, in der ein Ausschnitt aus Fig. 1 vergrößert darge
stellt ist. Dabei wird ausdrücklich auf die in den Figuren
eingezeichneten Reaktionen als Offenbarung Bezug genommen.
Ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
dienen die in Fig. 1 und 2 darstellten Vorrichtungen zur
Gewinnung und Abtrennung einer Säure aus ihrem organischen
Salz, bspw. von Milchsäure aus Natriumlactat-Lösungen.
Dabei wird in dem durch die Kammern I aufrecht erhaltenen
Säure-Kreislauf als Säure H2SO4 und in dem durch die Kam
mern IV aufrecht erhaltenen "Laugen-Kreislauf" NaOH ver
wendet.
In den Zellen III wird das organische Salz, bei dem ge
zeigten Ausführungsbeispiel NH4-Lactat, mit einem Trä
gerfluid, bspw. Wasser zugeführt. Durch die zwischen die
Anode und die Kathode angelegte Potentialdifferenz kommt
es zur Wanderung von Ionen durch die ionenselektiven Mem
branen K bzw. A und zur Elektrolysereaktion in den Spül
kreisläufen, wobei im Laugen-Kreislauf IV die Reaktion
2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻
und im Säure-Spülkreislauf I die Reaktion
H₂O → 2 H⁺ + ½ O₂ + 2 e⁻
statttindet.
Die jeweils im Säure-Kreislauf I entstehenden Elektronen
wandern aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Plat
ten E durch diese und stehen auf der anderen Seite zur
Reaktion im Laugen-Kreislauf IV zur Verfügung. Damit ist
es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erforder
lich, aus einer anorganischen Säure Protonen zu gewinnen
und der organischen Säure zuzugeben, so daß bei der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung als Koppelprodukt kein anorgani
sches Salz anfällt.
Durch die beschriebene Reaktion wird in der Kammer II die
Säure aufkonzentriert, wobei in die Kammer II ein Träger
fluid, bspw. H2O zugeführt wird. Die aufkonzentrierte
Säure kann der Kammer II entnommen werden, während die bei
der Reaktion verbliebene Reste sowie ein Trägerfluid der
Kammer III entnommen werden.
Hierdurch lassen sich beliebige Säuren und insbesondere
organische Säuren, bspw. Natriumlacetat-Lösungen oder
Salze von Zitronensäuren in die reine, aufkonzentrierte
Säure umwandeln. Dabei kann bspw. Milchsäure gebildet und
diese um etwa das Dreifache aufkonzentriert werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung. Diese Ausführungsbeispiel
hat einen grundsätzlich gleichen Aufbau, wobei gleiche
Elemente wie in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugs
zeichen versehen sind, so daß auf eine detaillierte erneu
te Beschreibung verzichtet wird.
Abweichend von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind jedoch die Kammern III und IV
durch eine Anionenaustauschermembran A anstelle einer
Kationenaustauschermembran K getrennt. Aufgrund dieser
Ausbildung wandern aus dem Diluatkreis II Lactat-Ionen La⁻
durch die Anionenaustauschermembran A in den Produktkreis
II, in dem Milchsäure HLa gebildet wird. Im Gegensatz zu
der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Membrananordnung
K-A-K wird bei der Membrananordnung A-A-K das Gegenion
NH4⁺ des Lactats nicht über die Austauschermembran zwi
schen den Kammern III und IV in den Spülkreis IV über
führt, sondern bleibt wegen der diese Kreise trennenden
Anionenaustauschermembran im Diluatkreis III. Stattdessen
verlassen Hydroxilionen den Kathodenraum IV und bilden mit
dem Gegenion NH4⁺ eine Base, nämlich bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel NH4OH. Dieses "Produkt" kann dann
anderweitig verwendet werden.
Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan
kens beschreiben worden, innerhalb dessen selbstverständ
lich die verschiedensten Abwandlungen möglich sind. Insbe
sondere ist es möglich, die ionenselektiven Membranen K
und A entsprechend der abzutrennenden Säure auszuwählen,
und/oder andere Kombinationen von zugeführten Säuren/Lau
gen zu verwenden, beispielsweise HCl und KOH. Als Austau
schermembranen können beispielsweise Divinyl-Benzyl-Sty
ren-Polymere verwendet werden, die als Anionenaustauscher
membranen mit Ammonium- und als Kationenaustauschermembra
nen mit Sulfonyl-Gruppen modifiziert sind.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Gewinnung einer Säure aus ihrem Salz
mittels Elektrodialyse, mit elektrodialytischen Zellen, an
eine Potentialdifferenz angelegbar ist, und von denen jede
Zelle vier nebeneinander angeordnete Kammern aufweist, die
durch Kationenaustauschermembrane (K) und Anionenaustau
schermembrane (A) getrennt sind,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- - die elektrodialytischen Zellen sind zu einer Reihe in Form eines Stapels angeordnet,
- - lediglich die Kammern (I bzw. IV) der beiden äußeren Zellen des Stapels weisen eine Anode (+) bzw. eine Kathode (-) auf,
- - die äußeren Kammern (I bzw. IV) der restlichen Zellen sind von den äußeren Kammern benachbarter Zellen (IV bzw.
- I) durch fluid-dichte Platten (E) mit hoher Leitfähigkeit getrennt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Kammern
(I, IV) von den beiden inneren Kammern (II, III) durch Kat
ionenaustauschermembranen (K) und die beiden inneren Kam
mern durch eine Anionenaustauschermembran (A) getrennt
sind.
-
-
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die anodenseitige äußere
Kammer (I) von der benachbarten inneren Kammer (II) durch
eine Kationenaustauschermembran und die weiteren Kammern
(II, III, IV) durch Anionenaustauschermembrane (A) getrennt
sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die fluid-dichten Platten (E)
aus DIABON F bestehen.
5. Verfahren zur Gewinnung einer Säure aus ihrem Salz
mittels Elektrodialyse unter Verwendung einer Vorrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die anodenseitige äußere Kammer (I) eine Säure und durch die kathodenseitige äußere Kammer (IV) eine Lauge strömen,
daß in die kathodenseitige innere Kammer (III) ein orga nisches Salz und in die anodenseitige innere Kammer H2O zugeführt werden, und
daß aus der anodenseitigen inneren Kammer (II) die herzu stellende, aufkonzentrierte Säure und aus der kathodensei tigen inneren Kammer (III) die Restprodukte entnommen werden.
dadurch gekennzeichnet, daß durch die anodenseitige äußere Kammer (I) eine Säure und durch die kathodenseitige äußere Kammer (IV) eine Lauge strömen,
daß in die kathodenseitige innere Kammer (III) ein orga nisches Salz und in die anodenseitige innere Kammer H2O zugeführt werden, und
daß aus der anodenseitigen inneren Kammer (II) die herzu stellende, aufkonzentrierte Säure und aus der kathodensei tigen inneren Kammer (III) die Restprodukte entnommen werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3926634A DE3926634A1 (de) | 1988-08-11 | 1989-08-11 | Vorrichtung zur gewinnung einer saeure aus ihrem salz |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3827305 | 1988-08-11 | ||
DE3926634A DE3926634A1 (de) | 1988-08-11 | 1989-08-11 | Vorrichtung zur gewinnung einer saeure aus ihrem salz |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3926634A1 true DE3926634A1 (de) | 1990-02-15 |
DE3926634C2 DE3926634C2 (de) | 1991-01-17 |
Family
ID=25871014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3926634A Granted DE3926634A1 (de) | 1988-08-11 | 1989-08-11 | Vorrichtung zur gewinnung einer saeure aus ihrem salz |
Country Status (1)
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Also Published As
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