CH652049A5

CH652049A5 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung einer massenuebertragung zwischen drei fluessigen phasen.

Info

Publication number: CH652049A5
Application number: CH7239/82A
Authority: CH
Inventors: Ljubomir Bojadjiev
Original assignee: Edinen Zentar Chim
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1985-10-31
Also published as: JPS58128106A; FR2518420A1; GB2111849A; FR2518420B1; DE3246662C2; DE3246662A1; HU197994B; JPH0240361B2; BG35207A1; US4551252A; GB2111849B; CS248037B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen. Sie findet eine breite Anwendung bei der Gewinnung von Stoffen aus ihren Lösungen wie z. B. in der Hydrometallurgie, Galvanotechnik, chemischen Industrie, Arzneimittelindustrie, Biotechnologie, Lebensmittelindustrie, medizinischen Industrie sowie bei der Behandlung von Abwässern.

Es ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Kontakt und zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen bekannt, bei dem eine der beiden Phasen (Phase R) unter Bildung einer stabilen Mikroemulsion in einer intermediären Phase (Phase S) fein dispergiert wird. Die zu behandelnde dritte Phase (Phase F) wird mit dieser Emulsion versetzt (Literatur 1-3). Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, dass zur Stabilisierung der Emulsion ein Emulgierungsmittel benötigt wird, wodurch die Durchführung von zwei Hilfsoperationen bedingt ist: Bildung der Mikroemulsion und ihre Zerstörung nach dem Haupttrennvorgang. Dieses Verfahren kann nicht die volle physikalische Abgrenzung beider mischbaren Phasen gewährleisten und ihre partielle Vermischung verringert den Grad der gewünschten Trennung.

Es ist auch ein anderes Verfahren bekannt (Literatur 3 bis 5), bei dem der Umtausch zwischen beiden Phasen durch ihre kontinuierliche Kontaktierung mit der übertragenden Phase erfolgt. Letztere zirkuliert zwischen beiden durch eine von porösen Wänden getrennten Kammer, wobei die poröse Wand nur diese Flüssigkeit durchlässt, allerdings nicht die zwei anderen, die je in ihren eigenen Kammern dispergiert sind. Als Nachteil dieses Verfahrens gilt, dass sich mit der Zeit die Eigenschaften der porösen Trennwand ändern und sie anfangt, auch Tropfen der anderen zwei Phasen durchzulassen. Dieses Verfahren erlaubt auch nicht, eine gute physikalische Abgrenzung der beiden mischbaren Phasen zu erreichen, und infolge ihrer teilweisen Vermischung wird der Trennungsgrad wesentlich verringert.

Weiterhin ist ein drittes Verfahren (Literatur 3, 6, 7) bekannt, bei dem beide Phasen zwischen denen ein Stoffwechsel erfolgen soll, voneinander durch eine poröse Polymermembrane oder eine andere Membrane die mit der übertragenden Phase durchtränkt ist, getrennt sind. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es infolge der relativ geringen aktiven Zwischenphasenoberfläche und der kleinen Werte Massenübertragungskoeffizienten durch die in den Poren fixierten Membranflüssigkeit nur niedrige Übertragungsgeschwindigkeit erlaubt.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Trennen von flüssig-flüssig Dispersionen, die drei aufeinander folgende Trennschichten aufweist, bekannt (Literatur 8), wobei die erste Schicht koalisierend, die zweite schaumzerstörend, und die dritte abführend in Bezug auf die Dispersionsphase wirkt.

Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt im relativ niedrigen Grad der Stoffgewinnung aus den Lösungen und die Nichtkontrollierbarkeit des Prozesses der in der Vorrichtung durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der Massenübertragung zwischen drei Phasen zu entwickeln ohne jegliche mechanische Vermischung beider wässrigen Phasen, bei hoher Intensität der Massenübertragung und einem hohen Grad der Stoffgewinnung aus den Lösungen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mittels einem Verfahren zur Durchführung einer Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen gelöst, wobei eine der Phasen unmischbar mit den anderen zwei Phasen ist und als Übermittlungsphase dient (Phase S) und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass beide mischbaren Flüssigkeiten (Phase F und R) entlang von vorzugsweise vertikalen, durch sie benetzbaren Flächen strömen, wobei diese Flächen durch einen von der dritten Phase, der Übermittlungsphase, besetzten Raum, getrennt sind, und diese dritte Phase in Bewegung gesetzt wird.

Dabei ist es zweckmässig, wenn die durch beide Flüssigkeiten benetzbaren Flächen beide flüssigen Phasen aufnehmen, transportieren und unter der Einwirkung von kapillaren und Gravitationskräften abgeben.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Gehäuse enthält, worin ein Paket aus in alternierenden Reihen angeordneten Filmträgern eingesetzt ist, und Verteilungsbehälter für die zu behandelnde Phase und für die aufnehmende Phase, sowie entsprechende Abführsammler für die behandelte Phase und die aufnehmende Phase vorgesehen sind, wobei die Verteilungsbehälter sich im Oberteil und die Abführsammler im Unterteil der Vorrichtung befinden.

Die vorzugsweise senkrecht verlaufenden Filmträger können dabei flach, parallel oder konzentrisch angeordnet sein, und sie dienen zum Aufnehmen, Tranportieren und Abgeben dieser beiden flüssigen Phasen, die sich in der Form eines Films auf diesen Filmträgern bewegen. Die dritte Flüssigkeit, die Übermittlungsphase S, besetzt den Raum zwischen den Filmträgern. Die Filmträger werden nur durch die zu extrahierende flüssige Phase F bzw. durch die Phase R mit deren Hilfe der Reextraktionsvorgang erfolgt, benetzt. Vorzugsweise wird der Stand der beiden wässrigen Phasen F und R mit Hilfe von den Stand regulierenden Überläufen für jede der beiden Phasen auf der gewünschten Höhe gehalten.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind folgende:

- keine direkte Berührung und dementsprechend keine Vermischung der beiden flüssigen Phasen;

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- grosse Intensität der Massenübertragung zwischen den drei sich in Bewegung befindenden flüssigen Phasen mit einer grossen Kontaktfläche;

- hoher Grad der Stoffextraktion aus den Lösungen, der durch die Stehzeit der kriechenden Filme und die Geschwindigkeit der Bewegung der Übermittlungsphase kontrolliert werden kann ;

- Möglichkeiten der Verwendung von nichttypischen Extraktionsmitteln oder neutralen Flüssigkeiten mit unbedeutsamen Zusätzen von flüssigen oder festen hoch-selektiven Übertragungsmitteln als Übermittlungsphase;

- die Bemessung der Vorrichtung wird erleichtert, weil eine Erhöhung ihrer Leistung proportional den Abmessungen und der Menge der verwendeten Filmträger ist;

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, einem Paket von in alternierenden Reihen angeordneten Filmträgern 2 und 3, trennenden Netzen 15, einem Verteilungsbehälter 4 für die zu behandelnde wässrige Phase, einem Verteilungsbehälter 5 für die aufnehmende Phase, einem Abführsammler 6 für die behandelte Phase, einem Abführsammler 7 für die konzentriert ausströmende Lösung, einer Zirkulationspumpe 8, Austrittsstutzen 9 und 10 für die wässrigen Phasen, Eintrittsstutzen 11 und 12, Zuleitung 13 für die organische Übermittlungsphase und einem Austrittsstutzen 14 für die organische Übermittlungsphase.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: die zu behandelnde Phase F tritt über den Verteiler 4 ein und von dort strömt sie unter der Einwirkung von kapillaren und Gravitations-Kräften entlang der senkrecht angeordneten hydrophilen Leinenbänder 2, 3, sammelt sich im Sammler 6 für diese Phase F und wird über den, Stutzen 9 abgeführt.

Die aufnehmende Lösung (Phase R) strömt auf ähnliche Weise aus dem Verteiler 5 unter der Einwirkung von kapillaren und Gravitations-Kräften entlang der senkrecht angeordneten Leinenbänder und wird mittels des für diese Phase R bestimmten Sammlers 7, Abführstutzens 10 und den Überlauf aus der Vorrichtung abgeführt. Die organische Übermittlungsphase S füllt den Raum zwischen den hydrophilen, senkrecht verlaufenden Leinenbändern, die durch profilierte Trennungsnetze 15 abgegrenzt sind. Die Übermittlungsphase S zirkuliert kontinuierlich mit Hilfe der Fliehkraftpumpe 8.

Die Erfindung wird nachstehend anhand folgender Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Entlang von zwei senkrecht angeordneten hydrophilen Flachbändern strömen auf kapillarem Weg 100 cm3/h einer wässrigen Lösung von Zinksulfat mit einer Ausgangskonzentration 0,24 g/1 (Phase F). Entlang dreier anderer Bänder, die in wechselnder Reihe angeordnet sind, strömt eine 10%-Lösung von Schwefelsäure (Phase R) mit einer Zuflussmenge von 6 cm3/h hin. Der Raum zwischen den Bändern ist mittels Netzen 15 unterteilt und mit einer 2%-Lösung der Diäthylhexylphosphorsäure in flüssigem Paraffin (C9-C13) als Phase S ausgefüllt. Am Austritt strömt bei Nichtvorhandensein einer Zirkulation der organischen Übermittlungsphase eine 0,023 g/1 Zink enthaltende erste Lösung sowie eine zweite Lösung mit einem Zinkgehalt von 3,5 g/1 aus. Im Fall einer Zirkulation dieser Phase strömen Lösungen mit einem Zinkgehalt von 0,002 g/1 bzw. 3,9 g/1 aus. Es wird ein Extraktionsgrad von 89% bzw. 99,2% erzielt.

Beispiel 2

Es wird dieselbe Arbeitsweise wie im Beispiel 1 angewendet. Die erste zugeführte wässrige Lösung (Phase F) enthält 100 mg/1 Phenol und eine 4%-ige Lösung von Natriumhydroxid (Phase R) dient als zweite wässrige Lösung. Als organische Übermittlungsphase wird normales Paraffin (C19-C13) ohne Zusätze verwendet. Am Ausgang erhält man eine entphenolte erste Lösung (bis 90%) und eine zweite Lösung die 2g/l Natriumphenolat enthält.

Beispiel 3

In einer Vorrichtung mit drei hydrophilen Leinenbändern für die Phase F und vier senkrecht angeordneten Leinenbändern aus Baumwolle wird eine 0,200 g/1 Kupfer, 0,130 g/1 Kobalt und 0,130 g/1 Magnesium enthaltende Lösung bei einer Zuflussmenge von 350 cm3/h behandelt. Als Aufnahmephase R wird eine Lösung von Schwefelsäure mit einer Konzentration von 140 g/1 und einer Zuflussmenge von 5,5 cm3/h eingeführt. Die verwendete organische Übermittlungsphase S mit einem zirkulierenden Volumen von 750 cm3 enthält 1% eines Komplexbildners (Orthononyl-Salicyl Aldoxim) und zirkuliert in Längsrichtung der Vorrichtung mit einer minimalen Geschwindigkeit von 0,4 cm/Sek. Die aus der Vorrichtung herausströmende behandelte wässrige Phase F enthält 0,004 g/1 Kupfer, 0,130 g/1 Magnesium und 0,129 g/1 Kobalt. Die aufnehmende Phase R enthält 12 g/1 Kupfer, 0,001 Kobalt und Spuren von Magnesium. Auf diese Weise wird eine zu 98% selektive Kupferextraktion erzielt und eine konzentrierte schwefelsaure Lösung desselben Metalls ohne jegliche Beimengungen erhalten.

Beispiel 4

In die Vorrichtung werden gleichzeitig und kontinuierlich ein schwachsaures Wasser (ph = 3,5) mit 0,120 g/1 Blei (Phase F) und eine 2n wässrige Lösung der Salpetersäure (Phase R) in Zuflussverhältnis 40:1 zugeführt. Als Übermittlungsphase S wird eine 5% Lösung eines Gemisches (1:1) aus Olein- und Linolsäure in Normalparaffin (C^-C^ 5) verwendet. Die Phasen F und R verlassen die Vorrichtung ebenfalls im Verhältnis 40:1 mit einem Bleigehalt von 0,00024 g/1 bzw. 4,8 g/1. Der Extrahierungsgrad beträgt 99,8%.

Beispiel 5

In die Vorrichtung werden gleichzeitig und kontinuierlich eine schwach alkalische wässrige Ammoniaklösung (Phase F) mit 0,45 g/1 Ammoniak und eine 1 %-wässrige Lösung der Schwefelsäure (Phase R) im Verhältnis 15:1 zugeführt. Als Übermittlungsphase S werden Normalparaffine (Qs-Cj 5) verwendet. Der Ammoniakgehalt in der behandelten Phase F nach Verlassen der Vorrichtung beträgt nur 0,04 g/1.

Beispiel 6

In die Vorrichtung wird eine schwachsaure (pH = 5,2) wässrige Lösung des Kupfersulfats (Phase F) mit 200 mg/1 zugeführt, die mit der Übermittlungsphase S kontaktiert. Letztere stellt ein Gemisch (1:1) von Linol- und Oleinsäure in Normalparaffin (C, 3-C, 5) dar. Die aufnehmende Phase R ist eine 2n wässrige Lösung der Salpetersäure, die ebenfalls durch die Vorrichtung strömt. Die Phasen werden im Zuflussverhältnis F:R = 40:1 zugeführt. Es wird eine Kupferextraktion von 99,5% erzielt.

Beispiel 7

Industrieabwässer mit 0,250 g/1 Kobalt (Phase F) werden gleichzeitig mit einer 8%-Lösung der Schwefelsäure (Phase R) in einer Zuflussmenge die 30 mal kleiner als diese der Abwässer ist, der Vorrichtung zugeführt. Als Übermittlungsphase S wird eine 2%-Lösung der Diäthylhexylphosphorsäure in Kerosin verwendet. Die aus der Vorrichtung heraus5

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strömenden Lösungen bestehen aus behandeltem Wasser mit einem Kobalt-Gehalt von weniger als 0,005 g/1 und einer konzentrierten schwefelsauren Lösung von Kobalt mit über 7 g/1 Kobalt.

Beispiel 8

Abwässer mit einem Kadmium-Gehalt von 50 mg/1 und pH = 6 (Phase F) werden gleichzeitig und kontinuierlich mit der aufnehmenden Phase R, die eine 10%-Lösung von Schwefelsäure in Wasser darstellt, durch die Vorrichtung durchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird eine 5%-Lö-sung eines Gemisches aus Olein- und Linolsäure (1:1) in Normalparaffin (C, 3-C, 5) verwendet. Bei einem Verhältnis der Phasen F : R von 18:1 enthält das die Vorrichtung verlassende behandelte Wasser weniger als 0,1 mg/1 Kadmium.

Beispiel 9

Eine Lösung der Benzoensäure in Wasser (Phase F) mit einer Konzentration von 0,1 g/1 wird kontinuierlich und gleichzeitig mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) mit einer Konzentration 20 g/1 und mit einer Zuflussmenge 40 mal kleiner als diese der Phase F durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird Kerosin verwendet. Es wird ein Extraktionsgrad von 85% erzeilt.

Beispiel 10

Naturwasser mit 40 mg/1 Elementariod (Phase F) wird gleichzeitig und kontinuierlich mit einer 30 mal kleineren Zuflussmenge der Phase R, die eine 4%-Lösung von Natriumhydroxyd darstellt, durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird Hexan verwendet. Das aus der Vorrichtung herausströmende Wasser enthält weniger als 1 mg/1 Jod.

Beispiel 11

Saure Naturwasser mit 60 mg/1 Bor werden als Phase F parallel und gleichzeitig mit einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) im Verhältnis der Zuflussmengen 40:1 durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Bei Verwendung einer gesättigten Lösung des Dodezylalkohols in Ok-tan als Übermittlungsphase S wird die Konzentration des Bors im Wasser bis auf 12 mg/1 Bor vermindert. Gleichzeitig erhält man eine alkalische Lösung reich an Natrium tetrabo-rat.

Beispiel 12

Saures Wasser, enthaltend etwa 5 g/1 Salpetersäure (Phase F), wird parallel und gleichzeitig mit der Phase R, die eine 10%-Lösung von Natriumhydroxyd in Wasser darstellt, durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Das Verhältnis beider Phasenzuflussmengen ist F:R = 50:1. Als Übermittlungsphase S wird eine 2%-Lösung von Tributylphosphat in Normalparaffin (CI3-Ci s) verwendet. Das behandelte Wasser am Ausgang der Vorrichtung enthält 0,045 g/1 Säure.

Beispiel 13

Saures Abwasser (Phase F), das Chrom (VI) in der Form von Anionen in einer Konzentration von 220 mg/l enthält, wird parallel und gleichzeitig mit einer 20%-Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Das Verhältnis beider durch die Vorrichtung hindurchströmender Lösungen ist 120:1. Als Übermittlungsphase S wird eine 1 %-Lösung von Trioktylamin in Normalparaffin (C13-C15) verwendet. Die beiden wässrigen Lösungen die aus der Vorrichtung herausströmen enthalten 0,0008 mg/1 bzw. 26,3 g/1 Chrom.

Beispiel 14

Eine schwefelsaure Lösung (Phase F) mit 0,015 g/1 Rhenium (VII) wird parallel und gleichzeitig mit einer 2n wässrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) in einem Verhältnis der Zuflussmengen von 50:1 durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase wird eine 2%-Lösung von Tributylphosphat in Normalparaffin (C^-Ct 5) verwendet. Das Rhenium wird aus der Lösung F zu 98% extrahiert, wobei die Lösung am Ausgang der Vorrichtung nur 0,0003 g/1 Rhenium enthält.

Beispiel 15

Industrieabwässer die 0,7 g/1 Molybdän (Phase F) enthalten, werden in der Vorrichtung mit einer 20%-wässrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) behandelt. Als Übermittlungsphase wird eine 1 %-Lösung von Trioktylamin in Kerosin verwendet. Das Verhältnis zwischen den Zuflussmengen der Phasen F und Rist 50:1. Das Molybdän wird in der Phase R konzentriert, welche am Ausgang der Vorrichtung 32 g/1 Molybdän enthält.

Beispiel 16

Ein wässriges Extrakt aus Santonin (Phase F) mit einer Konzentration von etwa 0,5 g/1 wird parallel und gleichzeitig mit einem Strom einer 10%-Lösung des Natriumhydroxyds (Phase R) durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird ein Gemisch aus Chloroform und Dekan (1:5) verwendet. Bei einem Verhältnis der Phasen F zu R von 40: 1 werden 92% des Santonins extrahiert und in der Phase R als Natriumsalz konzentriert.

Literaturverzeichnis

1. Li N. N„ Aichej, (1971), 17,459

2. Kitagawa T., Y. Nishikawa, J. Frankenfeld, N. N. Li, Envir. Sei. and Techn., (1977) 11, 602

3. Boyadzhiev L., Proceed. Intern. Congr. CHISA' 81, Prague (1981)

4. Boyadzhiev L., G. Kynchonkov, J. Membr. Sei. (1980) 6, 107 5. Nekovar P., J. Cernohlavek, Proceed. Chisa "79, Mar. Lazne (1979)

6. Cussler E. L., Aichej., 17,1300

7. Nakashio F., K. Kondo, Sep. Sei. and Techn. (1980) 15, 1171

8. Bulgarischer Urheberschein Nr. 29607

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Durchführung einer Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen, wobei eine der Phasen unmischbar mit den anderen zwei Phasen ist und als Übermittlungsphase dient, dadurch gekennzeichnet, dass beide mischbaren Flüssigkeiten entlang von durch sie benetzbaren Flächen strömen, wobei diese Flächen durch einen von der dritten Phase, der Übermittlungsphase, besetzten Raum, getrennt sind, und diese dritte Phase in Bewegung gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch beide Flüssigkeiten benetzbaren Flächen beide flüssigen Phasen aufnehmen, transportieren und unter der Einwirkung von kapillaren und Gravitations-Kräften abgeben.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (1) enthält, worin ein Paket aus in alternierenden Reihen angeordneten Filmträgern (2, 3) eingesetzt ist, und Verteilungsbehälter (4, 5) für die zu behandelnde Phase und für die aufnehmende Phase, sowie entsprechende Abführsammler (6 resp. 7) für die behandelte Phase und die aufnehmende Phase vorgesehen sind, wobei die Verteilungsbehälter (4, 5) sich im Oberteil und die Abführsammler im Unterteil der Vorrichtung befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Filmträgern (2, 3) trennende Netze (15) angeordnet sind.