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Verfahren und Vorrichtung zur chromatographischen Behandlung von Flüssigkeiten mit festen Adsorptionsmitteln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chromatographischen Behandlung von Flüssigkeiten mit festen Adsorptionsmitteln und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die chromatographische Behandlung von Flüssigkeiten mit festen Adsorptionsmitteln z. B.
Aluminiumoxyd, um Verunreinigungen aus diesen Flüssigkeiten zu entfernen oder diesen Flüssigkeiten Substanzen zu entziehen, die sie in verhältnismässig geringen Mengen enthalten, ist wohl bekannt. Eine solche Behandlung kann zweckdienlicher sein als übliche Trennungsmethoden, wie z. B. Destillation oder Fällung.
Die Behandlung verhältnismässig grosser Flüssigkeitsmengen mit Säulen fester Adsorptionsmittel stösst auf Schwierigkeiten. Es zeigt sich häufig, dass die Stirnfläche einer Flüssigkeit, die durch eine Säule von festem Material hinunterfliesst, oder die Trennungsfläche zweier Komponenten, vom Eintrittsende der Säule aus konkav ist, d. h. dass die Flüssigkeit in der Mitte der Säule schneller durchläuft als an den Rändern.
Dieser Effekt tritt desto stärker in Erscheinung, je grösser der Durchmesser der Säule ist und gibt diese Unebenheit in der Verteilung Anlass zu Schwierigkeiten, wenn eine Säule grossen Durchmessers zur Behandlung grosser Flüssigkeitsmengen verwendet wird. In gewissen Fällen zeigt es sich, dass die Säule optimale Abmessungen für maximale Leistungsfähigkeit besitzt ; diese Dimensionen können von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, wie den besonderen, zur Verwendung gelangenden festen Körpern, der Art der zu behandelnden Lösung und der Fliessgeschwindigkeit der Lösung. Die Feststellung der optimalen Dimensionen ist gewöhnlich nur auf empirischem Wege möglich.
In den Fällen, in denen es sich darum handelt,
Substanzen, welche eine Affinität für das feste Adsorptionsmittel besitzen, lon einer Flüssigkeit zu trennen, die kerne oder nur sehr geringe Affinität für das Adsorptionsmittel besitzt, begegnet die Trennung von grossen Flüssigkeitsmengen keinen Schwierigkeiten und zur Durchführung des Verfahrens in grossem Massstabe kann man sich verschiedenster Vorrichtungen bedienen.
Die chromatographische Behandlung von Flüssigkeit jedoch ist bestimmt zur Trennung von Substanzen, die sehr nahe aneinanderliegende Affinitäten für das Adsorptionsmittel besitzen, und der Erfolg der Behandlung hängt davon ab, dass die Flüssigkeit gleichmässig durch die ganze Länge der Adsorptionssäule hindurchfliesst, so dass die am stärksten adsorbierte Substanz sich am Eintrittsende der Säule, durch welche frische Flüssigkeit einläuft, ansammelt und die anderen Substanzen selektiv in separaten Zonen weiter unten in der Säule adsorbiert werden. Für eine derartige Behandlung, bei welcher die Bedingungen für erfolgreiche Durchführung kritisch sind, erweisen sich die bekannten Vorrichtungen bei Anwendung in grossem Massstabe als ungeeignet.
Gemäss vorliegender Erfindung wird die chromatographische Behandlung von Flüssigkeiten mit festen Adsorptionsmitteln in der Weise ausgeführt, dass man die Flüssigkeit durch einen Behälter fliessen lässt, der eine Vielzahl von mit dem festen Adsorptionsmittel gefüllten Rohren enthält, so dass die Flüssigkeit durch die Rohre in eine Vielzahl von Strömen unterteilt wird, welche nach dem Durchfliessen der Rohre wieder vereinigt werden.
Vorzugsweise sind die Rohre lotrecht angeordnet und haben im wesentlichen optimale Dimensionen für die Ausführung der besonderen Behandlung.
So kann man z. B., wenn eine leichtfliessende Flüssigkeit über ein verhältnismässig grobkörniges Adsorptionsmittel fliesst, einen grösseren Durchmesser für die Säule verwenden, als wenn man ein sehr feinkörniges Adsorptionsmittel benützt, das zur Behandlung einer viskoseren öligen Flüssigkeit dient.
Erfindungsgemäss ist es daher möglich, verhältnismässig grosse Flüssigkeitsmengen zu behandeln, wobei gleichzeitig Säulen optimaler Dimensionen für die Behandlung benützt werden.
Da manche Flüssigkeiten durch mit einem festen Adsorptionsmittel gefüllte'Säulen nur langsam hindurclh1iessen, kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit Mittel zur Veränderung des Druckes, z. B. Gasdruck, ausgestattet sein, um die Flüssigkeit durch die Säule zu drücken bzw. hindurchzusaugen.
Eine geeignete Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht aus einem geschlossenen Behälter, zwei in einem gewissen Abstand übereinander angeordneten
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horizontalen, gelochten Platten, einer Vielzahl lotrechter Rohre, die die Bohrungen in der oberen Platte mit entsprechenden Bohrungen in der unteren Platte miteinander verbinden und Einrichtungen zum Zuführen von Flüssigkeit in den oberen Teil des Behälters bzw. zum Abführen von Flüssigkeit vom unteren Ende desselben.
Falls es erwünscht ist, die Flüssigkeit über erhitzte feste Adsorptionsmittel zu leiten oder die gefüllten Rohre zu einem anderen Zeitpunkt als während des Durchleitens der zu behandelnden Flüssigkeit erwärmen zu können, beispielsweise, um das Adsorptionsmittel zu trocknen oder das zum Eluieren bzw. Auswaschen verwendete Lösungsmittel zu entfernen, kann man Einrichtungen vorsehen, mittels welcher Dampf oder eine erhitzte Flüssigkeit durch den die Rohre umgebenden Raum, in der gleichen Weise wie eine heisse oder kalte Flüssigkeit rings um die einzelnen Rohre eines Kühlers, geleitet werden kann.
Es ist besonders vorteilhaft, in der Lage zu sein, die Rohre z. B. mit überhitztem Dampf zu erhitzen, wenn ein flüchtiges Lösungsmittel, wie Benzol oder Alkohol, zur Reinigung des Adsorptionsmittels nach dem Durchfliessen der zu behandelnden Flüssigkeit verwendet werden kann.
Dadurch ist es möglich, das zur Reinigung angewendete Lösungsmittel wiederzugewinnen und das Adsorptionsmittel gleichzeitig für eine weitere Behandlung verwendungsfähig zu machen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die beiliegenden Zeichnungen, ohne dass jedoch die Erfindung auf die dort dargestellten Einrichtungen beschränkt sein soll.
In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines mit einer Vielzahl von mit festem Adsorptionsmittel gefüllten Rohren ausgestatteten Behälters zur Behandlung von Flüssigkeiten dar.
Fig. 2 zeigt schematisch eine komplette Anlage, die aus vier parallel geschalteten derartigen Behältern besteht.
In Fig. 1 ist 11 ein zylindrischer Behälter, dessen oberes und unteres Ende durch Deckel 12,
13 verschlossen sind, die ihrerseits mittels der
Flanschen 14 und 15 mit dem Kessel verbunden sind. 16 sind lotrechte Rohre, 17 mit Löchern zur Aufnahme der Enden der Rohre 16 versehene
Platten. 18 ist ein Filtertuch, das durch die per- forierte Platte 19 gegen die Platte 17 gedrückt wird. 20 ist ein festes Adsorptionsmittel, das durch
Rohr 22, Ventil 23 und den mit einem Kegel ausgestatteten Verteiler 21 in den Behälter ge- langt. 24 ist eine in den Oberteil des Behälters 11
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mit Absperrhähnen 32 und 33 versehenen Leitungen 30 und 31 teilt.
34 ist ein Luftauslasshahn in der Leitung 29, 35 ein Schauglas in der Leitung 29, 36 ew Vakuumanschluss im Boden 13 des Behälters, 37 ein Dampfeinlass, 38 ein Kondf-asatauslauf, 39 ein Wassereinlass und 40 ein
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In Fig. 2 sind 51 mit einer Vielzahl von Rohren ausgestattete Behälter zur Flüssigkeitsbehandlung, 52 Fülltrichter für feste Adsorptionsmittel ; J- ? ist ein Mischtank, 54 eine Vakuumpumpe, 55 ein Luftkompressor, 56 ein Puffertank. 57 sind Destillationskcpsel, J ist ein Kühler, 59 ein Wasserabscheider, 60 ein Lösungsmittel-Vorratsbehälter, 61 eine Flüssigkeitsabflussleitung, 62 ein Destillationskessel, 63 ein Kühler, 64 sind Lösungsmittel-Vorratstanks und 65 ist ein Wasserabscheider.
Bei der Ausführung einer Flüssigkeitsbehandlung mit der erfindungsgemässen, in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtung wird ein festes Adsorp- tionsmittel 20 über einen Trichter durch den Einlass 22 und den Kegelverteiler 21 in den Oberteil des Behälters 11 gefüllt. Das Adsorptionsmittel füllt die lotrechten Rohre 16, deren untere Enden durch ein Filtertuch 18 verschlossen sind, das seinerseits durch die Platte 19 gehalten wird.
Es wird genügend Adsorptionsmittel eingefüllt, um über den gefüllten Rohren eine Lage oder Schicht von etwa 2-5 cm Stärke im gepressten Zustand zu ergeben ; das Adsorptionsmittel wird sodann mittels durch die Leitung 24 eingeführter komprimierter Luft auf eine geeignete Packungdichte zusammengepresst.
Die mit dem Adsorptionsmittel zu behandelnde Flüssigkeit gelangt in Form einer Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel aus einem Mischtank durch die Leitung 25 in den Behälter. Um eine Aufwirbelung der Adsorptionsmitteloberfläche möglichst zu verringern, ist der Einlass 24 vorzugsweise mit einer Zerstäubungseinrichtung ausgestattet, die beispielsweise die Form eines kreisförmigen, mit Zerstäuberdüsen versehenen Rohres aufweisen kann, so dass die Flüssigkeit als Sprühregen auf die Oberfläche des festen Adsorptionsmittels gelangt. Die Flüssigkeitszufuhr wird so lange fortgesetzt, bis der obere Teil des Behälters der Hauptsache nach gefüllt ist, z. B. bis zur Linie AA. Die Flüssigkeit wird sodann mittels durch die Leitung 24 eingeführter komprimierter Luft durch die lotrechten Rohre gedrückt.
Nach dem Passieren der Rohre gelangt die Flüssigkeit durch die Abflussleitung 29 und die Zweigleitung 30 in einen Destillationskessel 57 (Fig. 2), wobei der Absperrhahn 33 geschlossen bleibt. Das feste Adsorptionsmittel, welches noch eine gewisse Menge der
Flüssigkeit zurückhält, wird mit einer etwa der doppelten Menge der ursprünglich durchgeleiteten Lösung entsprechenden Menge Lösungs- mittel gewaschen. Das durch den Anschluss 26 eingeführte Lösungsmittel wird mittels Druck durch die lotrechten Rohre gepresst.
Wenn der Waschvorgang beendet ist, muss man, um die Einrichtung für die Behandlung einer weiteren Partie Lösung vorzubereiten, das Adsorptionsmittel reinigen und trocknen. Die Reinigung erfolgt mit Hilfe eines hiefür geeigneten Lösungsmittels, das in den oberen Teil des Be-
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Druck durch die lotrechten Rohre gepresst und befreit auf diese Weise das Adsorptionsmittel von den adsorbierten Stoffen. Diese Reinigungsflüssigkeit gelangt durch die Ableitung 29 und die Zweigleitung 31 in einen gesonderten Destillationskessel, wobei diesmal der Absperrhahn 33 geöffnet ist, während der Absperrhahn 32 geschlossen wird. Das in den Rohren befindliche Adsorptionsmittel wird von den letzten Spuren Reinigungsmittel befreit, indem in den Raum zwischen den Rohren Niederdruckdampf bei 37 eingeführt wird, der bei 38 austritt.
Gleichzeitig mit dieser Erhitzung wird komprimierte Luft durch das Adsorptionsmittel geblasen, bis alles Lösungsmittel entfernt ist. Der Luftauslass 34 kann benützt werden, um anzuzeigen, ob irgendwelche Lösungsmittelreste im Adsorptionsmittel zurückgeblieben sind, weil durch Öffnen dieses Hahnes die Anwesenheit eines Lösungsmittels festgestellt werden kann, z. B. durch den Geruch oder durch einfache kolorimetrische bzw. andere Prüfmethoden. Die Rohre und das darin befindliche Adsorptionsmittel werden sodann gekühlt, u. zw. durch Leiten von kaltem Wasser über den Einlass 39 bzw. den Auslass 40 durch den Raum zwischen den Rohren und gleichzeitiges Blasen von Luft durch das Adsorptionsmittel. Nach Abkühlung ist die Einrichtung bereit für die Behandlung einer weiteren Charge der Lösung.
Wenn das Adsorptionsmittel nur für eine einmalige Behandlung von Flüssigkeit verwendet werden kann, wird es nach dem in der oben be- schriebenen Weise erfolgten Waschen durch Ein- leiten von Dampf in den Raum zwischen die
Rohre und gleichzeitigem Blasen komprimierter
Luft durch diese getrocknet. Sobald das Adsorp- tionsmittel trocken ist, kann es aus der Ein- richtung herausgenommen und durch frisches
Material ersetzt werden.
Fig. 2 zeigt, in welcher Weise der in Fig. 1 dargestellte Behälter in einer Grossanlage zur Be- handlung grosser Flüssigkeitsmengen verwendet werden kann.
Vier mit einer Vielzahl von Rohren ausgestatteten Behälter 51 sind in Parallelschaltung dargestellt.
Sie werden mit Hilfe der Trichter 52 mit festem Adsorptionsmittel gefüllt und vom Mischtank 53 aus mit der zu behandelnden Flüssigkeit beschickt. 54 stellt eine Vakuumpumpanlage mit den erforderlichen Leitungen und 55 ein Luftkompressor-Aggregat mit seinen Hilfsleitungen dar. Die behandelnde Flüssigkeit sowohl als auch die Waschlösung gelangt in den Puffertank 56 und wird von dort in die Destillationskessel 57 gepumpt. Das Lösungsmittel wird im Kühler 58 kondensiert und gelangt über den Wasserabscheider 59 in den Lagerbehälter 60 für reines Lösungsmittel. Die reine, behandelte Flüssigkeit verbleibt für den Fall, dass ihr Siedepunkt höher liegt als der des verwendeten Lösungsmittels, in den Destillationskesseln 57 und fliesst von dort durch die Abflussleitungen 61 in einen in der Zeichnung nicht dargestellten Behälter.
Die Reinigungslösung wird in ähnlicher Weise be-
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das reine abdestillierte Lösungsmittel gelangt über den Kühler 63 in die Tanks 60 oder 64. Wenn für beide Flüssigkeiten, die ursprüngliche Lösung und die Reinigungsflüssigkeit, ein gemeinsames Lösungsmittel, z. B. Benzin benutzt wird, dann kann dieses zur Gänze in den Tank 60 fliessen, andernfalls gelangen aber die aus dem Destillationskessel 62 abdestillierten Lösungsmittel bzw. azeotropen Gemische in die Tanks 64.
Im folgenden soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden :
Die Einrichtung enthält 241 Rohre von 91-4 cm Länge und 3-8 cm lichter Weite. Die Rohre sind gefüllt und deren obere Enden mit einer 2-5 cm dicken Schichte von leicht schüttbarem, aktiviertem (-Aluminiumoxyd bedeckt, wozu 254 kg erforderlich sind. 12 kg eines Öles, das 100.000 i. E. je Gramm Vitamin A enthält, werden in Petroläther ( 60-80 C) auf ein Volumen von etwa 45 1 gelöst ; diese Lösung wird in der beschriebenen Weise durch die Vorrichtung geleitet. Das Waschen wird mit 1821 des gleichen Lösungsmittels ausgeführt. 3. 0 kg Öl, welche 95% des Vitamins enthalten, werden aus der Säule gewaschen, wodurch eine Konzentration des Vitamins bis 380.000 i.
E. je Gramm erzielt wird. Die anderen 9. 1 kg Öl werden in der Säule zurückgehalten. Um dieses Öl wiederzugewinnen, wird die Säule durch Waschen mit 1000 1 einer aus 85% Petroleum und 1500 Äthylalkohol bestehenden Flüssigkeit gereinigt. Die resultierende Lösung wird zur Trennung in Öl und Lösungsmittel destilliert. Das Reinigungsmittel wird aus der Säule in der vorhergehend beschriebenen Weise durch Einleiten von Dampf in den die Rohre umgebenden Raum und Durchleiten von warmer Luft durch die Rohre entfernt. Die Vorrichtung ist dann bereit für die Behandlung einer weiteren Charge Öl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur chromatographischen Behandlung von Flüssigkeiten mit festen Adsorptionsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass man die
Flüssigkeit durch einen Behälter fliessen lässt, der eine Vielzahl von nut dem festen Adsorptionsmittel gefüllten Rohren enthält, so dass die
Flüssigkeit durch die Rohre in eine Vielzahl von
Strömen unterteilt wird, welche nach dem Durchfliessen der Rohre wieder vereinigt werden.