AT524686A4 - Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor - Google Patents

Abstract

Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1), umfassend: eine Welle (2), eine erste Mischkammer (5) mit wenigstens einem ersten Einlass (14) für eine erste und eine zweite Flüssigkeit, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit durch das Drehen der Welle (2) gemischt werden, einen Separator (13), der an der Welle (2) montiert ist, um die erste von der zweiten Flüssigkeit zu trennen, eine erste Sammelkammer (6) zum Abziehen der ersten oder der zweiten Flüssigkeit, wobei sich die erste Mischkammer (5) entlang eines ersten axialen Abschnitts (2A) der Welle (2) erstreckt, und sich der Separator (13) entlang eines zweiten axialen Abschnitts (2B) der Welle (2) erstreckt, wobei der zweite axiale Abschnitt (2B) der Welle von dem ersten axialen Abschnitt (2A) in axialer Richtung der Welle (2) versetzt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor, Folgendes umfassend:

eine Welle,

eine erste Mischkammer mit wenigstens einem ersten Einlass für eine erste und eine zweite Flüssigkeit, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit durch ein Drehen der Welle gemischt werden,

einen Separator, der an der Welle montiert ist, um die erste von der zweiten Flüssigkeit zu trennen,

eine erste Sammelkammer zum Abziehen der ersten oder der

zweiten Flüssigkeit.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Flüssig-FlüssigZentrifugalextraktion, umfassend die folgenden Schritte:

Drehen einer Welle,

Einführen einer ersten und einer zweiten Flüssigkeit in eine erste Mischkammer,

Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit innerhalb der ersten Mischkammer durch das Drehen der Welle,

Trennen der ersten von der zweiten Flüssigkeit mittels eines an der Welle montierten Separators, Abziehen der ersten oder der zweiten Flüssigkeit aus einer ersten

Sammelkammer.

Als Stand der Technik sind DE 3202294 C1, US 2002/134704 Al, US 2004/241062 Al, CN 209438114 U, CN 203842347 U, CN 211635315 U, CN 2097677 U und SU967506 Al zu nennen.

Bei einer bekannten Gestaltung von Flüssig-FlüssigZentrifugalextraktoren, siehe z. B. JPH05123502A, werden zwei nicht mischbare Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte separaten Einlässen zugeführt und in einem ringförmigen Mischraum zwischen einem sich drehenden Rotor und einem stationären Gehäuse stark gemischt. Dadurch bilden sich kleine Tröpfchen mit großen Oberflächen, um eine einfache Stoffübertragung von einer Flüssigkeit in eine andere zu ermöglichen. Insbesondere kann eine wertvolle Komponente aus einer wässrigen Phase in eine organische Phase überführt werden. Innerhalb

des Rotors werden die Flüssigkeiten durch ihre jeweiligen Dichten in

gesteuert werden.

In einer anderen Gestaltung von Flüssig-FlüssigZentrifugalextraktoren wird dem Rotor eine vorgemischte Dispersion zugeführt. Dies erfordert jedoch eine separate Mischvorrichtung. Das Verwenden mehrerer Vorrichtungen erhöht die Anzahl der beteiligten Komponenten im Betrieb, d. h. Rohrleitungen und Pumpen, sowie die allgemeinen Kosten für die Steuerung, d. h. Sensoren und Elektronik. Zusätzlich eingesetzte Komponenten führen zu einer Erhöhung der

Anschaffungs- und Wartungskosten.

Diese Aufgabe wird mit dem Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 16 gelöst. Bevorzugte

Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

Bei dem Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor der Erfindung erstreckt sich die erste Mischkammer entlang eines ersten axialen Abschnitts der Welle und erstreckt sich der Separator entlang eines zweiten axialen Abschnitts der Welle, wobei der zweite axiale Abschnitt der Welle von dem ersten axialen Abschnitt in axialer Richtung der Welle

versetzt angeordnet ist.

Bei dem Verfahren für die Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktion der

Erfindung wird demnach das Mischen der ersten und der zweiten

Welle versetzt angeordnet ist.

Bei der Erfindung sind somit die erste Mischkammer und der Separator axial voneinander versetzt angeordnet. Im Unterschied zu dem Stand der Technik umgibt die erste Mischkammer den Separator nicht, sondern ist an dem ersten axialen Abschnitt der Welle angeordnet, der sich in den zweiten axialen Abschnitt der den Separator haltenden Welle fortsetzt. Auf diese Weise wird eine kompakte, axiale Gestaltung erzielt. Außerdem wird das Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit innerhalb der ersten Mischkammer verbessert. Das Anpassen des Mischens an einen bestimmten Anwendungsfall wird erleichtert, da sich die erste Mischkammer von dem Separator

unterscheidet.

Das erste und das zweite Fluid sind nicht mischbar und von unterschiedlicher Dichte. In der ersten Mischkammer werden die erste und die zweite Flüssigkeit gemischt. Somit kann in der ersten Mischkammer eine Flüssig-Flüssig-Dispersion, insbesondere eine Emulsion, ausgebildet werden. Ein löslicher Stoff kann in der ersten Mischkammer von der ersten Flüssigkeit in die zweite Flüssigkeit übertragen werden. Die erste Flüssigkeit kann eine schwere Phase sein und die zweite Flüssigkeit kann eine leichte Phase sein. Insbesondere kann die erste Flüssigkeit eine Ausgangslösung mit einem löslichen Stoff sein und kann die zweite Flüssigkeit ein Lösungsmittel sein, insbesondere ein organisches Lösungsmittel, beispielsweise Cyclohexan. Der lösliche Stoff der ersten Flüssigkeit kann eine wertvolle Komponente wie ein pharmazeutischer Inhaltsstoff, ein Metall, ein Vitamin, ein Steroid, ein Protein usw. sein, der/das aus der Ausgangslösung in das organische Lösungsmittel extrahiert wird. Das starke Mischen in der ersten Mischkammer bildet kleine Tröpfchen mit großen Oberflächen aus, um eine einfache und

schnelle Stoffübertragung von einer Flüssigkeit in die andere zu

eine kontinuierliche Extraktion.

In dem Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor treibt dieselbe Welle das Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit in der ersten Mischkammer und die Trennung der ersten und der zweiten Flüssigkeit mit dem Separator an. So kann ein einziger Antrieb, insbesondere ein Elektromotor, zum Drehen der Welle verwendet werden. Dies unterscheidet den Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor von anderen Gestaltungen, bei denen das Mischen und das Trennen der ersten und der zweiten Flüssigkeit getrennt mit einzelnen Motoren und Wellen

erfolgt.

Für die Zwecke dieser Offenbarung sind alle Richtungen und Positionen, wie „axial“, „radial“ und „Umfangs-“, in Bezug auf die Drehachse der Welle angegeben. Somit bedeutet „axial“ in Richtung

der Drehachse der Welle.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die erste

Mischkammer um den ersten axialen Abschnitt der Welle.

In einer ersten Ausführungsform grenzt die erste Mischkammer an die Umfangsoberfläche der Welle an. In diesem Fall steht das Gemisch der ersten und der zweiten Flüssigkeit innerhalb der Mischkammer mit der, vorzugsweise zylindrischen, Umfangsoberfläche der Welle in Kontakt. Bei der Drehung der Welle wird das Flüssig-Flüssig-Gemisch

Scherkräften ausgesetzt, die den Mischvorgang ermöglichen.

Für die weitere Verbesserung der Ausbildung der Flüssig-FlüssigDispersion kann ein erstes Mischelement auf der Welle an dem ersten axialen Abschnitt davon innerhalb der ersten Mischkammer montiert sein. Das erste Mischelement kann von der Umfangsoberfläche der Welle nach außen vorstehen. Vorzugsweise weist das erste Mischelement wenigstens einen von der Drehachse der Welle nach außen vorstehenden Mischflügel auf. Beispielsweise kann der Mischflügel von der Welle radial nach außen vorstehen und kann sich axial

erstrecken. Das erste Mischelement kann ferner ein Hülsenteil

umgibt. Die Mischrippe kann mit dem Hülsenteil verbunden sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Separator ein Schneckenelement auf, das auf der Welle an dem zweiten axialen Abschnitt davon montiert ist. Das Schneckenelement dreht sich mit der Welle. Diese Ausführungsform trägt dazu bei, ein Rückmischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit zu verhindern, wenn die Zentrifugalkräfte die schwerere Flüssigkeit der ersten und der zweiten Flüssigkeit in einem radial äußeren Bereich und die leichtere Flüssigkeit der ersten und der zweiten Flüssigkeit in einem radial inneren Bereich des Separators konzentrieren. Das Schneckenelement kann einen wendelförmigen Teil und einen den wendelförmigen Teil enthaltenden rohrförmigen Teil aufweisen. Das Gemisch folgt dem spiralförmigen Durchflussweg des wendelförmigen

Teils.

In einer bevorzugten Ausführungsform umgibt die erste Sammelkammer den Separator in Umfangsrichtung, wobei ein erster Auslass des Separators mit der ersten Sammelkammer in Fluidverbindung steht. Somit gelangt eine der ersten und der zweiten Flüssigkeit, die von der anderen der ersten und der zweiten Flüssigkeit getrennt wird, durch den ersten Auslass in die erste Sammelkammer, die vorzugsweise den Separator im Inneren vollständig enthält. Diese Ausführungsform erzielt eine kompakte Gestaltung. Außerdem wird die Drehung des Separators durch die erste oder die zweite Flüssigkeit, die sich

innerhalb der ersten Sammelkammer befindet, geschmiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Sammelkammer eine erste Austrittsöffnung auf. Eine erste Steuervorrichtung, die beispielsweise ein Ventil und/oder eine Massen-/Volumendurchflussvorrichtung aufweist, kann zum Regulieren der Durchflussrate durch die erste Austrittsöffnung bereitgestellt werden. Ein erster Sensor, beispielsweise ein erster BrechungsindexSensor, kann zum Überwachen des Abflusses zum Überprüfen einer Reinheit der Flüssigkeit bereitgestellt werden. Der erste Sensor

kann mit der ersten Steuervorrichtung derart verbunden sein, dass

Austrittsöffnung verwendet werden können.

Der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor umfasst vorzugsweise eine zweite Sammelkammer zum Abziehen der anderen der ersten und der zweiten Flüssigkeit. In dieser Ausführungsform können sowohl die erste als auch die zweite Flüssigkeit getrennt aus dem Flüssig-

Flüssig-Zentrifugalextraktor abgezogen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Sammelkammer eine zweite Austrittsöffnung auf. Eine zweite Steuervorrichtung, die beispielsweise ein Ventil und/oder eine Massen-/Volumendurchflussvorrichtung aufweist, kann zum Regulieren der Durchflussrate durch die zweite Austrittsöffnung bereitgestellt werden. Ein zweiter Sensor, beispielsweise ein zweiter Brechungsindex-Sensor, kann zum Überwachen des Abflusses zum Überprüfen einer Reinheit der Flüssigkeit bereitgestellt werden. Der zweite Sensor kann mit der zweiten Steuervorrichtung derart verbunden sein, dass die Messungen des zweiten Sensors als eine Eingabe in die zweite Steuervorrichtung zum Regulieren der Durch£flussrate durch die zweite Austrittsöffnung verwendet werden

können.

In einer bevorzugten Ausführungsform grenzt die zweite Sammelkammer

in axialer Richtung der Welle an die erste Sammelkammer an.

In einer bevorzugten Ausführungsform begrenzt ein Gehäuse die erste Mischkammer und die erste Sammelkammer, vorzugsweise auch die zweite Sammelkammer, in Umfangsrichtung. Das Gehäuse kann stationär sein. Somit dreht sich das Gehäuse nicht mit der Welle. Die erste Mischkammer und die erste Sammelkammer, vorzugsweise auch die zweite Sammelkammer, sind innerhalb des gemeinsamen Gehäuses enthalten. Das Gehäuse kann ferner wenigstens ein Lager für den drehbaren Einbau der Welle enthalten. Vorzugsweise ist dieses wenigstens eine Lager abgedichtet, um zwei benachbarte Kammern abzudichten, beispielsweise

die erste Mischkammer gegenüber der ersten Sammelkammer in einer

Sammelkammer.

Vorzugsweise erstreckt sich die erste Mischkammer von der Umfangsoberfläche der Welle (oder dem auf der Welle montierten ersten Mischelement) in das Innere des Gehäuses. Die erste Sammelkammer kann durch den Raum zwischen der Außenseite des

Separators und dem Inneren des Gehäuses ausgebildet sein.

Der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor kann eine einstufige Gestaltung mit einer einzigen ersten Mischkammer, einem einzigen Separator, einer einzigen ersten Sammelkammer und vorzugsweise einer

einzigen zweiten Sammelkammer aufweisen.

Andererseits kann der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor eine mehrstufige Gestaltung mit wenigstens zwei Stufen zum Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit und/oder wenigstens zwei Stufen

für die Trennung der ersten und der zweiten Flüssigkeit aufweisen.

In einer Ausführungsform umfasst der Flüssig-FlüssigZentrifugalextraktor eine zweite Mischkammer mit wenigstens einem zweiten Einlass für die erste und/oder die zweite Flüssigkeit, wobei das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit aus der ersten Mischkammer durch das Drehen der Welle mit der in die zweite Mischkammer eingeführten ersten und/oder zweiten Flüssigkeit gemischt wird. Die erste und die zweite zu mischende Flüssigkeit treten durch den wenigstens einen ersten Einlass in die erste Mischkammer ein. Das Gemisch wird dann in die zweite Mischkammer überführt. Durch den zweiten Einlass kann mehr von der ersten oder der zweiten Flüssigkeit eingeführt werden. Die erste und die zweite Flüssigkeit werden in der zweiten Mischkammer weiter gemischt.

Dieses Gemisch kann dann in den Separator überführt werden.

In einer anderen Ausführungsform kann der Flüssig-Flüssig-

Zentrifugalextraktor wenigstens einen weiteren Separator aufweisen.

getrennt werden.

Ein zweites Mischelement kann auf der Welle in der zweiten Mischkammer montiert sein. Dieses zweite Mischelement kann wie das

vorstehend beschriebene erste Mischelement gestaltet sein.

Die erste und die zweite Mischkammer können, um den Übergang der gemischten ersten und zweiten Flüssigkeit von der ersten in die zweite Mischkammer zu ermöglichen, durch eine Wand mit Durchgangsöffnungen, z. B. eine poröse oder perforierte Wand,

getrennt sein.

Der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor kann weitere Stufen aufweisen, beispielsweise drei, vier oder fünf Stufen mit Jeweils

einer weiteren Mischkammer und einem weiteren Einlass. Die zweite Mischkammer erstreckt sich für die Aufrechterhaltung

einer vorteilhaften axialen Gestaltung des Flüssig-Flüssig-

Zentrifugalextraktors vorzugsweise entlang eines dritten axialen

Welle angeordnet ist.

Zum Erleichtern der Überführung der Emulsion aus der ersten Mischkammer (oder aus der zweiten Mischkammer in einer zweistufigen Mischgestaltung) in den Separator ist die Welle vorzugsweise eine Hohlwelle, wobei die Hohlwelle an dem ersten axialen Abschnitt oder an dem dritten axialen Abschnitt eine erste Durchgangsbohrung aufweist, wobei das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit durch die erste Durchgangsbohrung in die Hohlwelle eingeführt wird, wobei die Hohlwelle an dem zweiten axialen Abschnitt eine zweite Durchgangsbohrung aufweist, wobei das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit durch die zweite Durchgangsbohrung in den Separator eintritt. Bei einer einstufigen Gestaltung kann die erste Durchgangsbohrung an dem ersten axialen Abschnitt innerhalb der ersten Mischkammer angeordnet sein. Bei einer zweistufigen Gestaltung kann die erste Durchgangsbohrung an dem dritten axialen Abschnitt innerhalb des zweiten Mischelements angeordnet sein. Bei einer beliebigen mehrstufigen Gestaltung kann die erste Durchgangsbohrung innerhalb der letzten Mischkammer vor

dem Separator angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hohlwelle an dem zweiten axialen Abschnitt eine dritte Durchgangsbohrung auf, wobei die erste oder die zweite Flüssigkeit durch die dritte

Durchgangsbohrung der Hohlwelle aus dem Separator austritt.

Die Hohlwelle weist vorzugsweise ein inneres Unterteilungselement, das axial zwischen der zweiten und der dritten Durchgangsbohrung der Hohlwelle angeordnet ist, auf, um zu verhindern, dass die gemischte erste und zweite Flüssigkeit durch die Umgehung des Separators in die zweite Sammelkammer eintreten. Das Unterteilungselement schließt

den Flüssigkeitsstrom durch die Hohlwelle ab.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht die dritte

Durchgangsbohrung der Hohlwelle mit der zweiten Sammelkammer in

Sammelkammer erstrecken.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Mischkammer und/oder der Separator und/oder die erste und/oder die zweite

Sammelkammer rotationssymmetrisch um die Drehachse der Welle.

Die Erfindung wird anhand von beispielhaften Ausführungsformen, wie

sie in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines einstufigen

Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktors gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines mehrstufigen

Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktors gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer detaillierten

Ausführungsform des Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktors.

Fig. 4 zeigt ein erstes Mischelement des Flüssig-Flüssig-

Zentrifugalextraktors aus Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen wendelförmigen Teil des Separators des Flüssig-

Flüssig-Zentrifugalextraktors aus Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor 1 mit einer sich um eine Drehachse 3 drehenden Welle 2. Die Welle 2 ist mit einem Antrieb, insbesondere einem Elektromotor (nicht gezeigt), gekoppelt. Der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor 1 weist ein stationäres Gehäuse 4 auf, das sich nicht mit der Welle 2 dreht. Das Gehäuse 4 umgibt eine erste Mischkammer 5, eine erste Sammelkammer 6 und eine zweite Sammelkammer 7. Die Welle 2 erstreckt sich durch die erste Mischkammer 5, die erste Sammelkammer 6 in die zweite Sammelkammer 7. Das Gehäuse 4 weist ein erstes Endteil 8 und ein zweites Endteil 9 auf, die jeweils senkrecht zu der Drehachse 3 angeordnet sind und die axialen Endbereiche des Gehäuses 4

definieren. Eine erste Wand 10 trennt die erste Mischkammer 5 von

erläutert wird.

Die erste Mischkammer 5 weist wenigstens einen ersten Einlass 14 zum Einführen einer ersten Flüssigkeit („Phase 1“) beziehungsweise einer zweiten Flüssigkeit („Phase 2“) in die erste Mischkammer 5 auf. In dem gezeigten Beispiel stehen zwei getrennte erste Einlässe 14 mit der ersten Mischkammer 5 in Fluidverbindung. Die erste Flüssigkeit wird durch den einen der zwei ersten Einlässe 14 eingeführt (siehe Pfeil 15 in Fig. 1), während die zweite Flüssigkeit durch den anderen der zwei ersten Einlässe 14 eingeführt wird (siehe Pfeil 16 in Fig. 1). Innerhalb der ersten Mischkammer 5 werden die erste und die zweite Flüssigkeit durch das Drehen der Welle 2 gemischt, wodurch ein Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit gebildet wird (siehe Pfeil 17 in Fig. 1). In dem gezeigten Beispiel wird das Mischen mittels eines auf der Welle 2 montierten ersten Mischelements 18 erleichtert. Das erste Mischelement 18 dreht sich

mit der Welle 2.

Die erste Mischkammer 5 erstreckt sich entlang und um einen ersten axialen Abschnitt 2A der Welle 2 herum. Der Separator 13 erstreckt sich entlang und um einen zweiten axialen Abschnitt 2B der Welle. Der zweite axiale Abschnitt 2B der Welle 2 ist von dem ersten axialen Abschnitt 2A derart axial versetzt angeordnet, dass es zu keiner axialen Überlappung zwischen der ersten Mischkammer 5 und dem Separator 13 kommt. Die erste Mischkammer 5 erstreckt sich radial von der Umfangsoberfläche der Welle 2 an dem ersten axialen Abschnitt 2A nach außen. Die erste Mischkammer 5 grenzt somit an die Welle 2 an. Die erste Sammelkammer 6 umgibt den Separator 13 in Umfangsrichtung. Die zweite Sammelkammer 7 grenzt axial an die erste

Sammelkammer 6 an.

In dem gezeigten Beispiel ist die Welle 2 eine Hohlwelle, die an dem

den Separator 13 eingeführt.

In dem gezeigten Beispiel weist der Separator 13 ein Schneckenelement 21 auf, das auf der Welle 2 an dem zweiten axialen Abschnitt 2B davon montiert ist. Das Schneckenelement 21 weist innerhalb eines rohrförmigen Teils 23 einen wendelförmigen Teil 22 auf. Ein in dem rohrförmigen Teil 23 des Separators 13 an dem Umfang oder an dem Endteil des rohrförmigen Teils 23 ausgebildeter erster Auslass 24 steht mit der ersten Sammelkammer 6 in Fluidverbindung. Die erste Flüssigkeit („Phase 1“) tritt aus dem Separator 13 durch den ersten Auslass 24 aus und tritt in die erste Sammelkammer 6 ein. In dem Gehäuse 4 ist eine erste Austrittsöffnung 25 ausgebildet, die die erste Sammelkammer 6 begrenzt, um die erste Flüssigkeit aus der ersten Sammelkammer 6 abzuziehen. Die Hohlwelle weist an dem zweiten axialen Abschnitt 2B eine dritte Durchgangsbohrung 26 auf, die von der zweiten Durchgangsbohrung 20 axial versetzt angeordnet ist. Die zweite Flüssigkeit („Phase 2“) tritt aus dem Separator 13 durch die dritte Durchgangsbohrung 26 der Hohlwelle aus. Diese zweite Flüssigkeit wird dann durch ein offenes Ende 27 der Welle 2 (oder ein Loch), das sich in die zweite Sammelkammer 7 erstreckt, in die zweite Sammelkammer 7 geleitet. In dem Gehäuse 4 ist eine zweite Austrittsöffnung 28 ausgebildet, die die zweite Sammelkammer 7 begrenzt, um die zweite Flüssigkeit aus der zweiten Sammelkammer 7

abzuziehen.

Die zweite Durchgangsbohrung 20 und die dritte Durchgangsbohrung 26 der Welle 2 sind an gegenüberliegenden axialen Enden des Schneckenelements 21 angeordnet. Die Hohlwelle weist ein inneres Unterteilungselement 29 auf, das axial zwischen der zweiten Durchgangsbohrung 20 und der dritten Durchgangsbohrung 26 der

Hohlwelle angeordnet ist.

Der Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor 1 aus Fig. 1 funktioniert

wie folgt. Die erste Flüssigkeit, die die schwere Phase („Phase 1“) ist, und die zweite Flüssigkeit, die die leichte Phase („Phase 2“) ist,

treten durch zwei getrennte erste Einlässe 14 in die erste Mischkammer 5 ein. Der Antrieb (nicht gezeigt) dreht die Welle 2 um ihre Drehachse 3, die ihrerseits das erste, an der Welle 2 fixierte Mischelement 18 dreht. Die erste und die zweite Flüssigkeit werden stark gemischt, wodurch ein Gemisch gebildet wird, das durch die erste Durchgangsbohrung 18 in die Hohlwelle eingeführt wird. Das Gemisch wird durch die zweite Durchgangsbohrung 20 der Welle 2 in den Separator 13 geleitet und folgt dem spiralförmigen Durchflussweg des wendelförmigen Teils 22 des Schneckenelements 21. Die erste Flüssigkeit wird an dem radial äußeren Ende des wendelförmigen Teils 22 konzentriert, während die zweite Flüssigkeit an dem radial inneren Ende des wendelförmigen Teils 22 konzentriert wird. Somit strömt die erste Flüssigkeit aus dem Separator 13 durch den ersten Auslass 24 in die erste Sammelkammer 6 und tritt durch die erste Austrittsöffnung 25 aus dem Gehäuse 4 aus. Andererseits wird die zweite Flüssigkeit aus dem Separator 13 durch die dritte Durchgangsbohrung 26 in das Innere der Hohlwelle geleitet und strömt in axialer Richtung durch das offene Ende 27 in die zweite Sammelkammer 7. Die zweite Flüssigkeit tritt durch die zweite

Austrittsöffnung 28 aus der zweiten Sammelkammer 7 aus.

Fig. 2 zeigt einen Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor 1 mit zweistufigem Mischen. In dieser Ausführungsform erstreckt sich eine zweite Mischkammer 30 entlang und um einen dritten axialen Abschnitt

2C der Welle 2 herum.

Der dritte axiale Abschnitt 2C der Welle 2 ist axial zwischen dem ersten 2A und dem zweiten axialen Abschnitt 2B der Welle 2 angeordnet. Die zweite Mischkammer 30 weist einen zweiten Einlass 31 zum Einführen der ersten oder der zweiten Flüssigkeit in die zweite

Mischkammer 30 auf. Ein zweites Mischelement 32 ist an dem dritten

perforierte Wand 33 getrennt.

Fig. 3 bis 5 zeigen eine detaillierte Ausführungsform eines einstufigen Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktors (wie schematisch

in Fig. 1 gezeigt).

In diesem Beispiel sind das erste Endteil 8 und das zweite Endteil 9 mit einem Hauptkörper 34 beispielsweise mittels Schrauben 35 verbunden. Die Welle 2 ist mit einer Kopplung 36 verbunden, die mit dem Elektromotor gekoppelt sein kann. Die Lager 12 für die Welle 2 können Kugellager sein. In dem gezeigten Beispiel wird ein einziger erster Einlass 14 verwendet, um sowohl die erste als auch die zweite Flüssigkeit in die erste Mischkammer 5 einzuführen. Der erste Einlass 14 kann durch ein Bohrloch ausgebildet sein, das sich radial durch das Gehäuse 4 erstreckt. Das erste Mischelement 18 weist, wie in Fig. 4 detaillierter gezeigt, ein auf der Welle 2 montiertes Hülsenteil 37 und aus dem Hülsenteil 37 radial vorstehende Mischflügel 38 auf. In dem Hülsenteil 37 sind zwei Durchgangsöffnungen 39 ausgebildet, die an den Positionen zweier erster Durchgangsbohrungen 19 angeordnet sind, um das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit in das Innere der Hohlwelle 2 zu leiten. Wie vorstehend erläutert, tritt dieses Gemisch durch die zweite Durchgangsbohrung 20 in den Separator 13 ein. Der durch das Schneckenelement 21 ausgebildete Separator 13 weist den in Fig. 5 detaillierter gezeigten wendelförmigen Teil 22 auf. Der wendelförmige Teil 22 ist innerhalb des rohrförmigen Teils 23 derart enthalten, dass das Gemisch dem gewundenen Durchflussweg des wendelförmigen Teils 22 folgen muss. Mittels Zentrifugalkräfte werden die erste und die zweite Flüssigkeit beim Strömen entlang des wendelförmigen Teils 22 des Separators 13 voneinander getrennt. Die

erste (schwerere) Flüssigkeit wird durch den ersten Auslass 24 in

aus.

Als eine beispielhafte Ausführungsform kann die erste Flüssigkeit mit Öl kontaminiertes Wasser sein, während die zweite Flüssigkeit ein Lösungsmittel wie Cyclohexan (oder Cyclopentan) sein kann. Die zwei Flüssigkeitsströme werden in der ersten Mischkammer 5 gemischt, sodass das Öl in das Lösungsmittel, das in einem Infrarotspektroskop (das keine Messungen in der wässrigen Phase durchführen kann) analysiert werden soll, übertragen wird. Dann wird der Gemischstrom unter Verwendung des Separators 13 getrennt. Das Lösungsmittel mit dem extrahierten Öl kann dann analysiert werden, beispielsweise

unter Verwendung von OCL-Infrarotabsorptionsspektroskopie.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1), Folgendes umfassend:

eine Welle (2),

eine erste Mischkammer (5) mit wenigstens einem ersten Einlass (14) für eine erste und eine zweite Flüssigkeit, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit durch ein Drehen der Welle (2) gemischt werden,

einen Separator (13), der an der Welle (2) montiert ist, um die erste von der zweiten Flüssigkeit zu trennen,

eine erste Sammelkammer (6) zum Abziehen der ersten oder der zweiten Flüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die erste Mischkammer (5) entlang eines ersten axialen Abschnitts (2A) der Welle (2) erstreckt, und dass sich der Separator (13) entlang eines zweiten axialen Abschnitts (2B) der Welle (2) erstreckt, wobei der zweite axiale Abschnitt (2B) der Welle von dem ersten axialen Abschnitt (2A) in axialer Richtung der Welle (2)

versetzt angeordnet ist.

2. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Mischkammer (5) um den

ersten axialen Abschnitt (2A) um die Welle (2) erstreckt.

3. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Mischelement (18) auf der Welle (2) an dem ersten axialen Abschnitt (2A) davon innerhalb der

ersten Mischkammer (5) montiert ist.

4. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (13) ein Schneckenelement (21) aufweist, das auf der Welle (2) an dem

zweiten axialen Abschnitt (2B) davon montiert ist.

5. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der

Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste

Sammelkammer (6) den Separator (13) in Umfangsrichtung umgibt, wobei

Sammelkammer (6) in Fluidverbindung steht.

6. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zweite Sammelkammer (7) zum Abziehen der anderen der

ersten und der zweiten Flüssigkeit.

7. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sammelkammer (7) in axialer

Richtung der Welle (2) an die erste Sammelkammer (6) angrenzt.

8. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein die erste Mischkammer (5) und die erste Sammelkammer (6), vorzugsweise auch die zweite

Sammelkammer (7), in Umfangsrichtung begrenzendes Gehäuse (4).

9. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch

eine zweite Mischkammer (30) mit wenigstens einem zweiten Einlass (31) für die erste und/oder die zweite Flüssigkeit, wobei das Gemisch der ersten und der zweiten Flüssigkeit aus der ersten Mischkammer (5) durch das Drehen der Welle (2) mit der in die zweite Mischkammer (31) eingeführten ersten und/oder zweiten Flüssigkeit

gemischt wird.

10. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (5) und die zweite Mischkammer (30) durch eine Wand mit Durchgangsöffnungen, z. B. eine

poröse oder perforierte Wand (33), getrennt sind.

11. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Mischkammer (30) entlang eines dritten axialen Abschnitts (2C) der Welle (2) erstreckt, wobei der dritte axiale Abschnitt (2C) der Welle (2) axial zwischen dem ersten (2A) und dem zweiten axialen Abschnitt

(2B) der Welle (2) angeordnet ist.

12. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Hohlwelle ist, wobei die Hohlwelle eine erste Durchgangsbohrung (19) an dem ersten axialen Abschnitt (2A) oder an dem dritten axialen Abschnitt (2C) aufweist, wobei das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit durch die erste Durchgangsbohrung (19) in die Hohlwelle eingeführt wird, wobei die Hohlwelle eine zweite Durchgangsbohrung (20) an dem zweiten axialen Abschnitt (2B) aufweist, wobei das Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit durch die zweite Durchgangsbohrung (20) in den Separator

(13) eintritt.

13. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle an dem zweiten axialen Abschnitt (2B) eine dritte Durchgangsbohrung (26) aufweist, wobei die erste oder die zweite Flüssigkeit durch die dritte Durchgangsbohrung (26) der Hohlwelle aus dem Separator (13)

austritt.

14. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle ein inneres Unterteilungselement (29) aufweist, das axial zwischen der zweiten (20) und der dritten Durchgangsbohrung (26) der Hohlwelle angeordnet

ist.

15. Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktor (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Durchgangsbohrung (26) der Hohlwelle mit der zweiten Sammelkammer (7) in Fluidverbindung

steht.

16. Verfahren für die Flüssig-Flüssig-Zentrifugalextraktion, umfassend die folgenden Schritte:

Drehen einer Welle (2),

Einführen einer ersten und einer zweiten Flüssigkeit in eine erste Mischkammer (5),

Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit innerhalb der

ersten Mischkammer (5) durch das Drehen der Welle (2),

Trennen der ersten von der zweiten Flüssigkeit mittels eines Separators (13), der an der Welle (2) montiert ist,

Abziehen der ersten oder der zweiten Flüssigkeit aus einer ersten Sammelkammer (6),

dadurch gekennzeichnet, dass

das Mischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit innerhalb der ersten Mischkammer (5) entlang eines ersten axialen Abschnitts (2A) der Welle (2) ausgeführt wird, und dass das Trennen der ersten von der zweiten Flüssigkeit mit dem Separator (13) entlang eines zweiten axialen Abschnitts (2B) der Welle (2) ausgeführt wird, wobei der zweite axiale Abschnitt (2B) der Welle (2) von dem ersten axialen Abschnitt (2A) in axialer Richtung der Welle (2) versetzt

angeordnet ist.