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Verfahren und Vorrichtung zum Extrahieren von Bestandteilen fester Stoffe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Extrahieren von Bestandteilen fester Stoffe, bei dem diese dem Strom der Extraktionsflüssig- keit entgegenwandern, derart, dass die Stoffe, je mehr sie ausgelaugt werden, mit Flüssigkeit be- handelt werden, die um so weniger mit Extraktions- stoffen beladen ist. Zur Durchführung dieses
Grundprinzips bewegen sich die Stoffe und die
Flüssigkeit entweder im Gegenstrom oder es bleibt ein Teil am Ort, während der andere sich bewegt.
Bei allen bekannten hiezu geeigneten Vor- richtungen befinden sich die zu behandelnden
Stoffe während der ganzen Behandlungsdauer in Berührung mit der Flüssigkeit. Um eine ge- nügende Leistung zu erzielen, muss die Be- handlungsdauer entsprechend lang sein, sofern man nicht aussergewöhnlich grosse Mengen von
Flüssigkeit verwenden will. Die Folge davon ist, dass sich die Flüssigkeit verhältnismässig lang innerhalb der Vorrichtung befindet und dadurch leicht nachteilige Veränderungen erfahren kann.
Die Erfindung bezweckt u. a., solchen Ver- änderungen vorzubeugen und die Extraktion unerwünschter Stoffe zu verringern. Sie gestattet es, die Zeit, während welcher sich die Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung befindet, herabzusetzen, ohne deshalb die Menge der verwendeten Flüssigkeit erhöhen zu müssen. Hiebei wird jedoch die Behandlungszeit der festen Stoffe voll aufrechterhalten, so dass die Leistung nicht beeinträchtigt ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass man den Flüssigkeitsstrom in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilströme unterteilt, die parallel arbeiten und in gleicher Richtung wandern und dass man dem Extraktionsgut eine solche Bewegung erteilt, dass es in periodischer Aufeinanderfolge mit jedem der Flüssigkeits- teilströme in Berührung kommt.
Die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeitsteilströme mit Bezug auf die zu behandelnden Stoffe ist bei gleichem Kraftaufwand erhöht und die Dauer der Berührung zwischen jedem Teilstrom und den zu behandelnden Stoffen ist erheblich verringert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens lenkt man jeden der beiden Teilströme der Flüssigkeit derart ab, dass sie in
Aufeinanderfolge, gegebenenfalls in Teilen, durch eine Reihe von Behältern fliessen, während die zu behandelnden Stoffe in Aufeinanderfolge aus den Behältern, welche dem einen Teilstrom der Flüssigkeit zugehören, in die dem anderen Teilstrom zugehörenden Behälter übergeführt werden.
Abgesehen von der Abkürzung der Zeit, in der sich die Flüssigkeit in der Vorrichtung befindet, ergibt die beschriebene Arbeitsweise den weiteren Vorteil einer erhöhten Extraktionsleistung.
Die Ursache dieser Wirkungen kann leichter erklärt werden, wenn die Flüssigkeit und die festen Teile während jedes Arbeitsvorganges in Teilen betrachtet werden.
... D, C, B, A,... seien die Teile der festen Stoffe und... a, b, c, d... die Teile der Flüssigkeit. Diese und die festen Stoffe wandern im Gegenstrom derart, dass zwischen den festen Stoffen und der Flüssigkeit eine Reihe von Berührungen bestimmter Dauer sowie eine Reihe von Unterbrechungen dieser Berührung auftreten. Im Falle eines einzigen Flüssigkeitsstromes seien die Stellungen der flüssigen bzw. festen Teile in einem Zwischenstadium z. B. folgende :
EMI1.1
<tb>
<tb> ... <SEP> D <SEP> C <SEP> B <SEP> A...
<tb> ... <SEP> abcd...
<tb>
In diesem Augenblick sind die festen Stoffe des Teiles A in Berührung mit dem Teil a der Flüssigkeit, was dadurch versinnbildlicht ist, dass a unter A steht.
Wenn sich die Teile der festen Stoffe um ein Intervall nach rechts, die Teile der Flüssigkeit um ein Intervall nach links bewegen, ergeben sich im nächsten Stadium folgende Stellungen :
EMI1.2
<tb>
<tb> ... <SEP> DCBA...
<tb> ... <SEP> abc...
<tb>
und nach einem weiteren Schritt um ein Intervall die weitere Stellung :
EMI1.3
<tb>
<tb> ... <SEP> DCjBA...
<tb>
... <SEP> abcde...
<tb>
und so fort.
Wenn dagegen die Flüssigkeit in zwei Teilströme unterteilt ist, derart, dass die Teile... a, c, e... dem einen, die Teile... b, d, f... dem anderen Teilstrom angehören, sind die gegen-'
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seitigen Stellungen in einem bestimmten Augenblick z. B. folgende :
EMI2.1
<tb>
<tb> ... <SEP> DCt...
<tb> ... <SEP> a <SEP> c <SEP> e...
<tb> ... <SEP> b <SEP> df...
<tb>
Wenn die beiden Halbströme im gleichen Sinne, aber mit verdoppelter Geschwindigkeit im Vergleich zu einem einzigen Strom fliessen und die Teile der festen Stoffe um ein Intervall nach rechts wandern, gelangen die Teile der Flüssigkeit um zwei Intervalle weiter nach links, so dass die neuen Stellungen folgende sind :
EMI2.2
<tb>
<tb> ... <SEP> DCBA...
<tb>
... <SEP> a <SEP> c <SEP> e <SEP> g...
<tb>
... <SEP> b <SEP> d <SEP> f...
<tb>
Im darauffolgenden Stadium sind die Stellungen :
EMI2.3
<tb>
<tb> ... <SEP> DCBA...
<tb>
... <SEP> a <SEP> c <SEP> e <SEP> g
<tb> ... <SEP> b <SEP> /...
<tb>
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Falle eines einzigen Flüssigkeitsstromes die vom
Flüssigkeitsteil a behandelten festen Stoffe des
Teiles A in den Flüssigkeitsteil c gelangen, während sie bei geteiltem Flüssigkeitsstrom nach ihrer Behandlung durch den Flüssigkeitsteil a mit dem Flüssigkeitsteil d in Berührung kommen.
Die Flüssigkeit d ist weiter entfernt von a als die
Flüssigkeit c und ist daher weniger mit Extrak- tionsstoffen angereichert als c. Hieraus ergibt sich, dass der Unterschied in der Konzentration zwischen den festen Stoffen A und der Flüssigkeit d bei geteiltem Strom grösser ist als der
Unterschied in der Konzentration zwischen A und c bei einem einzigen Flüssigkeitsstrom. Diese
Steigerung des Konzentrationsunterschiedes bedingt eine Erhöhung der Extraktionsgeschwindigkeit, welche, wie Laboratoriumsversuche und fabriksmässige Durchführung gezeigt haben, die gegenteilige Wirkung, welche durch die Verkürzung der Zeit bedingt ist, in der sich die Flüssigkeit in der Vorrichtung befindet, mehr als ausgleicht.
Eine ähnliche Überlegung kann für den Fall angestellt werden, dass Flüssigkeit und feste Stoffe nicht unterteilt sind. Man braucht sich dann nur vorzustellen, dass die Flüssigkeit und die festen Stoffe in unendlich kleine Teile zerlegt seien.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese weist wenigstens zwei parallel verlaufende, mit Flüssigkeit beschickte Förderwege und Zusatzfördermittel auf, die es gestatten, den zu behandelnden Stoffen eine mit Bezug auf die Förderwege gegenläufige Bewegung zu verleihen und sie nach und nach in Berührung mit der Flüssigkeit in jede der Förderwege zu bringen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine drehbar gelagerte, zylindrische Trommel vorgesehen, deren Inneres durch ineinanderliegende Schnecken mit wenigstens zwei im wesentlichen nach Schraubenflächen verlaufende Oberflächen unterteilt ist, die angenähert eine mehrgängige Schraube ergeben und im Unterteil der Trommel wenigstens zwei Reihen von Behältern ergeben. Die Schnecken sind durch wenigstens eine Längswand getrennt, die jedoch Durchbrechungen aufweist, so dass die zu behandelnden Stoffe in die im Inneren der Trommel befindliche Flüssigkeit eintauchen können. Im Mittelteil der Trommel angeordnete, durch geneigte Wände gebildete Verbindungskanäle führen die zu behandelnden Stoffe aus dem Bereich der Flüssigkeit des Behälters der einen Reihe in einen zugehörigen Behälter der anderen Reihe.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführung einer solchen Vorrichtung erläutert. Die Fig. 1-3 zeigen schematisch die Gesamtanordnung in drei verschiedenen Ausführungsformen. Fig. 4 zeigt schematisch einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 5 einer anderen Ausführungsform. Fig. 5 zeigt einen Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. 4. Fig. 6 entspricht der Fig. 5, zeigt jedoch einen anderen Betriebszustand. Fig. 7 zeigt im Schaubild schematisch eine Einzelheit der Vorrichtung nach den Fig. 4-6. Fig. 8 ist eine schaubildliche Gesamtansicht eines Teiles der Vorrichtung nach den Fig. 4-6, wobei die Trommelwandung weggenommen ist. In den verschiedenen Figuren sind gleichartige Teile mit denselben Bezugsziffern versehen.
Gemäss Fig. l werden zwei Reihen von Behältern 1, 3, 5,7 und 2, 4, 6, 8 durch zwei Leitungen 10, 11 im Sinne der Pfeile 13, 14 mit Flüssigkeit beschickt, so dass also zwei Teilströme von Flüssigkeit vorhanden sind. Zusätzliche Fördermittel führen die zu behandelnden Stoffe von 1 nach 2, von 2 nach 3 usw. Diese erfahren also schliesslich Ortsveränderungen im entgegengesetzten Sinne der Pfeile 13, 14. Die Stoffe gelangen aufeinanderfolgend von einem Behälter des einen Teilstromes in einen Behälter des anderen Teilstromes.
Die Vorrichtung kann auch mehrere Flüssigkeitsströme aufweisen. Gemäss Fig. 2 sind drei Reihen von Behältern 1, 4,7 ; 2, 5, 8 und 3, 6, 9 vorgesehen, die durch drei parallele Leitungen im Sinne der Pfeile !. ?--J durch drei
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also aufeinanderfolgend von einem Behälter des ersten Teilstromes zu einem Behälter des zweiten Teilstromes und hierauf zu einem Behälter des dritten Teilstromes.
Fig. 3 zeigt schematisch, wie man das Verfahren gemäss der Erfindung mit einer bekannten Einrichtung verwirklichen kann.
Sechs U-förmige Behälter 1-6 werden von einer durchgehenden Förderleitung 16 für die zu behandelnden Stoffe durchsetzt. Diese gelangen somit nacheinander von 1 nach 2, von 2 nach 3
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usw. Die beiden Teilströme der Flüssigkeit werden in die Behälter 6 und 5 eingeführt und fliessen im gleichen Lauf mit den zu behandelnden Stoffen, worauf sie in die Behälter 4 und 3 eingeleitet werden usw. Die schliesslichen Ortsveränderungen der Stoffe und der Flüssigkeit erfolgen in verschiedenen Richtungen, obwohl sie im einzelnen verschiedene Becken durchlaufen und in Teilen derselben gleichgerichtet sind.
Die Vorrichtung nach den Fig. 4-8 kann beispielsweise zur Zuckergewinnung aus den Zuckerrüben nach dem bekannten Diffusionsverfahren verwendet werden. Sie gestaltet das Verfahren gemäss der Erfindung kontinuierlich und selbsttätig.
In den letzten Jahren wurden mehrere Vorrichtungen für kontinuierliche Diffusion vorgeschlagen. Sie haben alle den Nachteil, dass die Diffusionsbrühe ungefähr so lange in der Vorrichtung verbleibt wie die Rübenschnitzel, somit also verhältnismässig lang, wenn man eine befriedigende Extraktionsleistung erzielen will.
Hiebei ergibt sich aber die Gefahr, dass der leicht vergärbare Zuckersaft eine Veränderung erleidet. Mit keiner dieser Vorrichtungen kann man das Ziel der vorliegenden Erfindung erreichen, dass die Brühe nur halb so lang in der Vorrichtung verbleibt wie die Schnitzel.
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in Drehung versetzt wird. Im Innenumfange der Trommel sind zwei Scheidewände 103, 104 angeordnet, die nach parallelen Schraubenflächen verlaufen und ähnlich einer zweigängigen Schraube ineinanderliegen, so dass sie zusammen eine
Schraube mit Doppeleingang bilden. Der Unterteil der Trommel ist mit einer Flüssigkeit, z. B. der Zuckerbrühe, bis zum Spiegel 105 gefüllt. Die von den Scheidewänden 103, 104 gebildeten
Schneckengänge ergeben am Boden der Trommel zwei ineinanderliegende Reihen von mit Flüssigkeit gefüllten Behältern oder Fächern 106-109 und 110-112.
Wenn die Trommel langsam gedreht wird, wandert die in jedem dieser Fächer enthaltene Flüssigkeit parallel zur Trommelachse, ohne dass diese Flüssigkeitsteile miteinander in Berührung kommen oder sich mischen können.
Das Mass ihrer Fortbewegung entspricht der Ganghöhe der Schnecke, also der doppelten Fachbreite. Bei einer halben Umdrehung wandern die Flüssigkeitsteile um die Breite eines Faches. Auf diese Weise gelangt die Flüssigkeit des Faches 106 nach einer vollen Umdrehung in das Fach 107, die Flüssigkeit des Faches 110 nach 111 usw.
Die Flüssigkeit kann somit als in zwei Ströme unterteilt angesehen werden, die parallel arbeiten und aufeinanderfolgend durch die Behälter jeder Reihe strömen. Die beiden schraubengangförmigen Scheidewände 103, 104 dienen den beiden Flüssigkeitsströmen als Fördermittel.
Die Rübenschnitzel werden in die beiden Schraubengänge von links eingeführt. Um sie nach und nach in die verschiedenen Flüssigkeiten eintauchen zu lassen, welche im Inneren der Trommel wandern, sind die Windungen der beiden Scheidewände 103, 104 durch radial verlaufende Längswände 113 verbunden, die Durchbrechungen aufweisen. Diese behindern die Wanderung der Flüssigkeiten nicht, weil diese durch die Wände 113 dringen können. Wenn aber jedes Fach mit einem Gemenge von Saft und Schnitzeln gefüllt ist, werden letztere durch die Wände 113 aus der Flüssigkeit gehoben, wobei sie abtropfen (Fig. 6).
Die einander diametral gegenüberliegenden Scheidewände 113 sind durch eine Längswand 114 verbunden, welche schräge Leitflächen 115 trägt, die Fächer 116 bilden. Ober-und Unterkante jeder Leitfläche sind um die Ganghöhe, also um die Breite zweier Fächer, gegeneinander versetzt.
Die z. B. aus dem Fach 109 durch die Wand 113 angehobenen Schnitzel gleiten, wenn die Neigung der Wand genügend gross geworden ist, in das Fach 116, das ihnen eine seitliche Verschiebung um zwei Fachbreiten bringt und sie in die Flüssigkeit des Faches 108 fallen lässt. Es sei bemerkt, dass es nur einer halben Umdrehung der Trommel bedarf, damit der Rost 113 aus der unteren in die obere Stellung gelangt und die Schnitzel, welche in den Saft im Fach 109 eintauchen und rechts von der Scheidewand 113 in Fig. 5 liegen, in das Fach 108 auf die andere Seite der Scheidewand gemäss Fig. 5 fördert.
Während der folgenden halben Umdrehung werden die Schnitzel nicht durch einen Rost angehoben, sondern nehmen an der Bewegung des Saftes teil, in den sie eintauchen. Sie gelangen dort vom Fach 108 in das Fach 112, in dem sie sich wiederum auf der rechten Seite der Wand 113 (Fig. 5) befinden, um durch den unteren Rost angehoben zu werden.
Nach einer vollen Trommeldrehung sind die Flüssigkeiten um die Breite zweier Fächer in der Richtung des Pfeiles 118 vorwärtsgekommen, während die Schnitzel in der Richtung des Pfeiles 117 nur um eine Fachbreite in der Gegenrichtung vorgerückt sind. Saft und Schnitzel wandern also im Gegenstrom, obwohl sie während einer Bewegungsphase gleichlaufen. Der Saft bewegt sich dabei mit der Doppelgeschwindigkeit durch die Vorrichtung wie die Schnitzel, verbleibt also nur halb so lang in derselben.
Die Relativbewegung des Saftes und der Schnitzel beträgt drei Fachbreiten je Umdrehung. Die aus dem Saft des Faches 109 ausgehobenen Schnitzel fallen in den Saft zurück, der aus dem Fach 111 kommt. Die Schnitzel, welche den Saft der einen Behälterreihe verlassen, fallen somit in den Saft der anderen Behälterreihe.
Wenn die Förderschnecke nur eingängig wäre, würde Saft und Schnitzel bei einer Umdrehung in entgegengesetzter Richtung nur um eine Fachbreite wandern, u. zw. mit gleicher Geschwindigkeit, so dass beide gleich lang in der Vorrichtung bleiben. Die Relativbewegung wäre zwei Fachbreiten je Umdrehung.
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Wenn man mit der Vorrichtung gemäss der
Erfindung aus einer gleich grossen Menge
Schnitzel gleichviel Extrakt gewinnen will wie mit einer Vorrichtung, die nur eine einzige
Förderschnecke aufweist, muss man die bei jeder Umdrehung in die Schnecke eintretende
Flüssigkeit in zwei Ströme unterteilen, von denen jeder bei einer halben Umdrehung in eine der Eingangsöffnungen der zweigängigen Schnecke eingeführt wird. Der Teilstrom, welcher in eine
Eintrittsöffnung geleitet wird, durchströmt die
Behälter einer Reihe. Der in die andere Öffnung eingeführte Strom fliesst durch die Behälter der anderen Reihe. In jedem Behälter befindet sich dann nur mehr die Hälfte der Flüssigkeitsmenge, die im Falle einer Vorrichtung mit einfacher
Schnecke vorhanden wäre.
Da die Relativbewegung von Schnitzeln und
Saft drei Fachbreiten je Umdrehung beträgt- gegenüber zwei Fachbreiten bei einer Vorrichtung mit eingängiger Schnecke-, treffen die Schnitzel nach und nach auf weniger angereicherten Saft als im zweiten Falle, so dass eine verstärkte
Auslaugung stattfinden kann. Dieser grössere
Unterschied der Konzentration von Schnitzeln und Saft gleicht, wie festgestellt wurde, die verringerte Berührungszeit überwiegend aus.
Dagegen ist diese Verkürzung geeignet, einerseits
Gärung oder andere Veränderung des Zucker- saftes zu verhüten, andererseits die Auslaugung von Verunreinigungen zu verringern.
Da nun die Gefahr von Veränderungen des
Saftes vermieden ist, kann man ohne Nachteil die Anzahl der Fächer, also die Behandlungsdauer der Schnitzel, erhöhen, was die Endausbeute steigert.
Gegenüber einer bekannten Vorrichtung mit eingängiger Schnecke bietet die Erfindung noch einen weiteren Vorteil. Um jedes Überfliessen des Saftes von einem Fach in das andere zu verhindern, was den guten Fortgang der Diffusion stören würde, muss der Flüssigkeitsspiegel unter einer gewissen Grenze bleiben. Die Verringerung der Flüssigkeitsmenge in den einzelnen Fächern gestattet es, die Menge der Schnitzel je Fach zu erhöhen. Andererseits ist die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel durch die Zeit begrenzt, welche für den Durchtritt (Filtration) der Flüssigkeit durch den Pack von Schnitzeln erforderlich ist, der vom Rost angehoben wird. Die Verringerung der Flüssigkeitsmenge bedingt eine kürzere Filtrationszeit und daher eine höhere Grenzgeschwindigkeit der Trommeldrehung. Aus beiden Gründen ergibt sich eine Leistungssteigerung.
Die Anwendung der zweigängigen Förderschnecke vereinfacht die Bauart, da die Vorrichtung vollkommen symmetrisch wird.
Die Erfindung lässt hinsichtlich der Form, Anordnung und Anzahl der Elemente verschiedene Ausführungsformen zu, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Die Vorrichtung kann zur Extraktion flüssiger und fester Stoffe verschiedener Art verwendet werden. Die Flüssigkeit kann ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen sein. Die festen Stoffe können Gemenge verschiedener Stoffe und ge- gebenenfalls mit einer gewissen Menge Flüssigkeit gemischt sein.
Die Erfindung ist nicht auf die Extraktion fester Stoffe durch Flüssigkeiten beschränkt und ist bei jeder physikalischen oder chemischen
Behandlung fester Stoffe mit Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten mit festen Stoffen anwendbar.
Die zu extrahierenden Stoffe können den festen
Stoffen auch bloss anhaften. Die Behandlung kann auch durch zwei oder mehrere verschiedenartige Flüssigkeiten erfolgen, die in zwei oder mehrere Förderwege eingeleitet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Extrahieren von Bestandteilen fester Stoffe, bei dem diese dem Strom der Extraktionsflüssigkeit entgegenwandem, dadurch gekennzeichnet, dass man den Flüssigkeitsstrom in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilströme unterteilt, die parallel arbeiten und in gleicher Richtung wandern und dass man dem Extraktionsgut eine solche Bewegung erteilt, dass es in periodischer Aufeinanderfolge mit jedem der Flüssigkeitsteilströme in Berührung kommt.