DD210210A5 - Verfahren und vorrichtung zur massenuebertragung zwischen drei fluessigen phasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Stoffen aus fluessigen Phasen bzw. Loesungen und findet breite Anwendung in der Hydrometallurgie, Galvanotechnik,chemischen Industrie, Biotechnologie sowie bei der Behandlung von Abwaessern. Durch die Erfindung wird mit relativ einfachen Mitteln ein hoher Grad der Stoffextraktion erreicht und jede mechanische Vermischung der miteinander mischbaren fluessigen Phasen sicher verhindert. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die miteinander mischbaren Phasen an vorzugsweise senkrecht angeordneten, benetzbaren Baendern in Form eines Fluessigkeitsfilmes, durch kapillare Gravitation entlang fliessen, wobei die Baender die Phasen aufnehmen, transportieren und nach der Massenuebertragung wieder abgeben, und der zwischen den mischbaren Phasen vorhandene Raum durch eine dritte Phase, die als Uebermittlungsphase dient und mit den beiden erstgenannten Phasen nicht mischbar ist, ausgefuellt ist. Zur Intensivierung des Uebertragungsprozesses kann die dritte Phase zusaetzlich zirkuliert werden. Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemaesse Vorrichtung. DD#AP

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen flüssigen Phasen

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung der Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen und findet zur Gewinnung von Stoffen aus ihren Lösungen breite Anwendung in der Hydrometallurgie, Galvanotechnik-, chemischer Indusi ria >. Arznsir· mittelindustrie , Biotechnologie, Lebensmittelindustrie, im medizinischen Bereich und bei der Behandlung von Abwassern «

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Kontaktieren und zur Massenübertragung zwischen drei Flüssigkeiten bekannt, wobei eine der beiden Phasen (Phase R) in der intemedinären Phase (Phase S) durch Bildung einer stabilen Hikrcemulsion fein dispergiert wird, Oie zu behandelnde dritte Phase (Phase F) wird mit dieser Emulsion versetzt- Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß zur Stabilisierung der Emulsion ein Emulgia rungsrnittel benötigt wird

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und zur Bildung der Mikroemulsion und ihrer Zerstörung nach dem Haupttrennvorgang zwei zusätzliche Hilfsoperationen notwendig sind. Dieses Verfahren kann eine volle physikalische Abgrenzung beider mischbaren Phasen nicht gewährleisten, Ihre partielle Vermischung verringert den Grad der gewünschten Trennung.

Bekannt ist ferner ein Verfahren, bei dein dar Umtausch zwischen beiden Phasen durch ihre kontinuierliche Kontaktierung mit der übertragenden Phase erfolgt. Letztere zirkuliert zwischen beiden in einer durch poröse Vlänae gebildeten Kammer, Die poröse Wand läßt nur diese Flüssigkeit durch und nicht die beiden anderen, die jeweils in ihren eigenen Kammern dispergiert sind. Nachteilig bei die-3em Verfahren ist, daß sich mit der Zeit die Eigenschaften der porösen Trennwand ändsrn und sie allmählich auch Tropfen der anderen beiden Phasen durchlassen. Dieses Verfahren gestattet ebenfalls keine vollständige physikalische Abgrenzung dar beiden mischbaren Phasen. Infolge ihrer teilweisen Vermischung wird der Trsnnungsgrad wesentlich verringert.

Mach einem weiteren bekannten Verfahren werden beide Phasen, zwischen denen ein Stoffwechsel erfolgt, von einander durch eine poröse Polyraerüiambrane oder eine andere Membrane, die mit dar übertragenden Phase durchtränkt ist, getrennt.· Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daS es nur recht niedrige übertragungsgeschwindickaiten infolge der relativ niedrigen aktiven Zwischenphasenoberfläche und den kleinen Werten der Koeffizienten für die Massenübertragung durch die in den Poren fixierte fieabranflüssigkeit zuläßt.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zum Trennen -von Flüssigrlüssig-Oispersionen , die drei aufeinanderfolgende Trenn-

schichten besitzt, wobei die erste Schicht koalesziarend, die zweite schaumzerstörend und die dritte abführend in Bezug auf die Dispersionsphase wirkt.

Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt in dem relativ niedrigen Grad der Stoffgewinnung aus den Lösungen und der Nichtkontrollierbarkeit des in der Vorrichtung ablaufenden Prozesses.

Ziel der Erfinduna:

Ziel der crfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Mängel.

Darleauna des 'jVesens der Erfinduna:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen drei Phasen zu entwickeln, die ohne jegliche mechanische Vermischung beider wäßriger Phasen eine hohe Intensität der Massenübertragung' und einen hohen Grad der Stoff gewinnung aus den Lösungen gewährleistet.

SrfindungsgemäS wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine der Phasen¹ (Phase S) unmischbar axt den beiden anderen Phasen ist und als übertrager dient. Die beiden mischbaren Flüssigkeiten (Phase F und R) strömen an vertikalen, durch sie benetzbare, feste Flächen entlang, die von den durch die dritte Überraittler-Phsse eingenommenen Raum getrennt sind. Die Inbetriebsetzung dieser Phase im Zwangsiauf trägt zur nachträglichen Intensivierung des Übertragungsvorganges bei.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Gehäuse, indem ein Paket aus in

Reihe angeordneten hilmträgern eingesetzt ist, einem Vorratsbehälter-Verteiler für die zufließenden Flüssigkeiten und einem Sammler zur Akkumulisrung und Abführung der am Trennungsprozeß beteiligten Lösungen.

""Qi"e'''""ss'nT<^rre"chT8n "Fläche.n sind parallel oder konzentrisch zueinander angeordnet. Sie nehmen die beiden flüssigen Phasen (F und R) auf, transportieren sie und geben sie wieder ab, wobei sich die beiden Phasen in car Form eines Films durch kapilare Gravitation bewegen. Dia dritte Flüssigkeit - doe organische Phase S -, besetzt den Raum zwischen den beiden strömenden, wäßrigen Filmen. Die Filmträger werden nur durch die zu extrahierende flüssige Phase F und entsprechend durch die Phase mit deren Hilfe der Reextraktionsvorgang erfolgt, benatzt (Phase R). Der Füllstand beider wäßrigen Phasen F und R wird in der gewünschten Höhe mit Hilfe eines regulierenden Oberlaufes für jede der beiden Phasen eingestellt. Die Vorteile der Erfindung sind folgende:

- Ein etwaiger Kontakt und demzufolge eine mechanische Vermischung beider wäßrigen· Phasen ist nicht möglich.

- Große Intensität der Massenübertragung zwischen drei sich in Bewegung befindender flüssiger Phasen mit einer großen Kontaktfläche.

- Hoher Grad der Stoff extraktion aus den Lösungen aer durch die Standzeit dar kriechenden Filme und die Ge

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trolliert werden kann.

- Möglichkeiten der Verwendung von Verrnittlungsphasen nichttypischer 2xtraktionsmittel oder neutraler Flüssigkeiten mit ünbedeutsamen Zusätzen von flüssigen oder festen hoch-selektiven übertragungsmittein ,

- Dia konstruktive Gestaltung der Vorrichtung wird erleichtert, weil die Erhöhung ihrer Leistung proportional der Abmessungen und der Menge der verwendeten rilmtracer ist.

Ausrun runcsPeispisi:

Die Erfindung wird nachstehend an Seispielen näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung.

Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, indem ein Paket von wechselseitig in Reihe angeordneten Film trägern 2; 3 und trennende Netze 15 angeordnet sind, einem Verteilungsbehälter 4 für die zu behandelnde wäßrige Phase, einem Verteilungsbehälter 5 für die aufnehmende Phase, einem Abführsammlar 6 für die behandelte Phase, einsin Abführsammler für die abfließende, konzentrierte Lösung 7, einer Zirkulationspumpe S, Ausgangsstützen 9 und IG für die wäßrigen Phasen, Eingangsstutzen 11 und 12, einem Verteiler 13 für die organische Phase und einem Ausgangsstutzen 14 für die organische Phase.

Oie Vorrichtung arbeitst wie folgt: Die zu behandelnde Phase F wird über Behälter-Verteiler zugeführt , fließt durch kapillare Gravitation an dem senkrecht angeordneten hydrophilen Textiileinen herab, wird in dem Sammler S für diese Phase F gesammelt und anschließend durch den Stutzen -9 abgeführt.

Die aufnehmende Lösung (Phase ,?) fließt auf analoge vVeise aus dem Behälter-Verteiler 5 kommend durch kapillare Gravitation an -den senkrechten hydrophilen Leinen herab und wird über der, Sammler 7 für diese Phase und den Abführstutzen IC abgeleitet, Die organische Zwischenphase S besetzt den ,Raum zwischen den hydrophilen senkrecht angeordneten Textiileinen, die durch profilierte Trsnnungsnetze abgegrenzt sind. Die Phase S zirkuliert kontinuierlich mit Hilfe der Pumpe 8.

Seispiel 1

entlang zweier senkrecht angeordneter hydrophiler Flachbänder fließt durch kapillare Gravitation 100 era"Vh ainer wäßrigen Zinksulfatlösung mit einer Auscangskonzentration von 0,24 g/l (Phase F). An drei anderen Bändern, die in wechselnder Reihe angeordnet sind, strömt eine 10 % Schwefelsäurelösung (Phase R) mit einer Zufiußmenge von δ cm^/h hin. Der Raum zwischen den Bändern isf mittels Netze getrennt und mit einer 2 % Diathylhexylphosphorsäurelösung in flüssiaem Paraf f in/C^-C- -,/ als Phase S ausasfüllt. Am

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Ausgang der Vorrichtung fließt eine 0,023 g/l Zink enthaltende Lösung und eine zweite Lösung mit einem Zinkgehalt von 3,5 g/l bei Michtvorhandansein einer Zirkulierung der organischen Phase ab. Durch Zirkulierung dieser Phase wird der Zinkgehalt in diesen Lösungen auf 0,002 g/l reduziert bzw. auf 3,9 g/l erhöht. Es wird ein £xtraktionsgrad von 89 % bzw. 99,2 % erzielt.

Seispiel 2

Es wird dieselbe Arbeitsweise wie im Beispiel 1 angewendet. Die wäßrigen Eingangslösungen sind eine Lösung, die 100 mg/1 Phenol enthält und eine 4 ^ige Natriumhydroxid— lösung. Als organische Phase werden normale Paraffine /C---C-, .,/ ohne Zusätze verwendet« Am Ausgang erhält man eins Lösung, deren Phenolgehalt bis zu 90 % reduziert wurde und eine Lösung, die 2 g/l Natriumphenolat enthält.

3eispisl 5

In einer Vorrichtung mit drei hydrophilen Leinen für die Phase F und vier senkrechten Leinen aus Baumwolle wird eine Lösung eingeleitet , die 0,200 g/l Kupfer, 0,130 g/l Kobalt und 0,130 g/l Magnesium bei einer ZufluSrnenge von 350 cm /h enthält. Als'Aufnahmephase R dient eine Schwefelsäurelösung

— 1 —

mit einer Konzentration von 140 g/1, dia in einer Zuflußmenge von 5,5 Gin /h eingeführt wird. Die verwendete organische Phase 3 mit einem Volumen von 750 cm^J enthält einen 1 % Komplexbildner (Grthonoyl-Saiicylaldoxini) und zirkuliert in der Vorrichtung mit einer minimalen Geschwindigkeit von 0,4 cm/Sek. Die behandlete wäßrige Phase F enthält O,004 g/l Kupfer und 0,150 g/l Magnesium und 0,129 g/l Kobalt. Die aufnehmende Phase R enthält 12 g/l Kupfer, 0,001 Kobalt und Spuren von Magnesium. Auf diese Weise erhält man eine 98 % selektive Kupferextraktion und eine konzentrierte schwefelsaure Lösung desselben Metalls ohne jegliche Beimengungen.

Beispiel 4

In die Vorrichtung werden gleichzeitig und kontinuierlich schwachsaure Wasser (Ph= 3,5) mit 0,120 g/l Blei (Phase F) und eine an wäßrige Salpetersäurelösung (Phase R) in einem Zuflußverhältnis von 40:1 eingeführt. Als übermittlungsphase S wird eine 5 % Lösung eines Gemisches (1:1) aus Olein- und Linolsäure in Normaloaraf f ine /C-,--C₁-/ verwendet

' ίο Id'

Die Phasen F und R verlassen die Vorrichtung ebenfalls in einem Verhältnis von 40:1, wobei der 3ieigahalt 0,0024 g/l und 4,8 g/l beträgt. Der Extrahierungsgrad liegt bei 99,8 %.

Beisoiel 5

In die Vorrichtung werden gleichzeitig und kontinuierlich eine schwacbalkalische, wäßrige Ammoniaklösung (Phase f) mit 0,45 g/l Ammoniak und eine 1 % wäßrige Schwefslsäurelösung (Phase R) in einem Verhältnis von 15:1 eingeleitet. Als übermittlungsphasa S wird Mormalparaf f in (C₁ --C_{1 r}.). verwendet. Der Ammoniakgehalt in der Phase F nach Durchfluß durch die Vorrichtung beträgt nur 0,04 g/l.

Beispiel 5

In die Vorrichtung wird eine schwachsaure (pH = 5,2) wäßrige Kuρfsrsulfatlösung (Phase F) mit 2CO mg/1 Kupfersulfat eingeführt und mit der Vermittlungsphase S kontaktiert. Letztere ist ein Gemisch (1:1) aus Linol» und Oleinsäure in Mormalparaf f ine/C-, -,-C-, _K/. Die aufnehmende Phase R ist eine 2n wäßrige Salpetersäurelösung, die ebenfalls durch die Vorrichtung strömt. Das Phasenverhältnis ist F :R = 40:1. Es wird eine Kupferextraktion von 99 ,5 % erzielt.

Beispiel 7

Indusirieabvvässer mit einem Kobaltgehalt von 0,250 g/l (Phase F) werden gleichzeitig mit einer S % Schwefelsäurelösung (Phase R), deren Zuflußmenge 30 mal kleiner ist als die der Abwässer, in die Vorrichtung eingeleitet. Als Vermittlungsphase 5 dient eine 2 % üiäthylhexylphosphorsäurelösung in Kerosin, Die aus der Vorrichtung herausfließenden Lösungen sind Wasser mit einem Koba'lt-Gehalt -von weniger als 0,005 g/l und eine konzentrierte·schwefelsaure Kobaltlösung mit einem Kobaltanteil von über 7 g/l.

Beispiel 8

Abwässer mit einen 'Kadmium-Gehalt von 50 mg/1 und pH-vVert von 6 (Phase F) werden gleichzeitig und kontinuierlich mit einer aufnehmenden Phase R in die Vorrichtung eingeleitet, die eine 10 %-Lösung von Schwefelsäure in Hasser ist. Als Vermittlungsphase S dient eine 5 ^-Lösung eines Gemisches aus Olain- und Linolsaurs/I: I/ in Normalparaff ine/C-, -,-C₁ _/ Bei einem Verhältnis der Phasen F:R = 13:1 enthält das aus der Vorrichtung abfließende behandelte Wasser weniger als 0,1 m g/1 Ka d m ium.

Beispiel 9

Eine Lösung von Benzoesäure in Wasser (Phase F) mit einer Konzentration von 0,1 g/l wird kontinuierlich und gleichzeitig mit einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) mit einer Konzentration von 20 g/l in die Vorrichtung eingeleitet, wobei die ZurIuSmenge der Phase R 40 mal kleiner ist als die Phase F. Als Übermittlungsphase S wird Kerosin verwendet.

Seispiel IQ

Natunvasser mit 40 mg/1 Eietnentäriod (Phase F) wird gleichzeitig und kontinuierlich bei einer 30 mal kleineren Zuflußmengs der Phase R, die eine 4^ Natriumhydroxydlösung ist, eingeleitet. Als Übermittlungsphase 3 wird Hexan verwendet. Die abfließenden behandelten Wasser enthalten weniger als 1 mg/1 Iod.

Seispiel 11

Saure Naturwasser mit 60 mg/1 Bor als Phase F werden parallel und gleichzeitig mit einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) in einem ZurluSmengenverhältnis von 40:1 "eingeleitet. Unter Verwendung von einer gesättigten Dodezylalkohollösung in Oktan als Übermittlungsphase S wird die Konzentration des Bors im V/asser bis 12 mg/1 vermindert. Gleichzeitig erhält man eine alkalische Lösung reich an Natriumtetraborat.

Seisoiel 12

Saures Wasser, das etwa 5 g/l Salpetersäure (Phase F) enthält, wird parallel und gleichzeitig mit der Phase R₁ die eine 10 '^-Lösung von Natriumhydroxyd in Wasser ist, einge-

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leitet. Oas Verhältnis beider Fhasenzuflußmengen F:R ist 5O:L. Als Übermittlungsphase S wird eine 2 ^-Lösung von Tributylphosphat in Normalparaf finen/C-j --C₁ ^/ verv/endst. Dia behandelten Wasser 2Γ· Ausgang der Vorrichtung enthal ten 0,045 g/l Säure.

Beispiel 13

Saures Abwasser (Phase F), das Chrom/VI/ in Form von Anion in einer Konzentration von 220 mg/1 enthalten, strömt 'parallel und gleichzeitig mit einer 20 ^-Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) durch die Vorrichtung. Das Verhältnis beider Lösungen ist 120:1. Als Vermittlungsphase 3 dient eine 1 ^-Trioktyla.^inlösung in Normalparaf f inen/C₁ -,-C-,.-/. Oie beiden, aus der Vorrichtung herausströmenden Lösungen enthalten 0,0008 mg/1 bzw. 25,3 g/l Chrom.

Beispiel- 14

Eine schwefelsaure Lösung (Phase F) mit 0,015 g/l Rhenium (VII) fließt parallel und gleichzeitig mit einer 2n wäßrigen Natriumhydroxydlösung (Phase R) in einem Verhältnis von 50:1 durch die Vorrichtung. Als Vermittlungsphass dient eine 2 %-Lösung von Tributylphosphat in Normalparaffin (Ct-,-C₁-). Oas Rhenium wird aus der Losuna F zu 98 % sxträniert, wobei die Lösung am Ausgang der Vorrichtung nur 0,0003 g/l Rhenium enthält.

SeisDiel 15

Industrieabwässer, die 0,7 g/1 Mclybden (Phase F) enthalten, werden in der Vorrichtung mit einer 20 % wäSrigen Lösung von Natriumhydroxyd (Phase R) behandelt. Als Vermittiungsphase wird eine I ^-Lösung von Trioktylamin in Kerosin verwendet. Das Verhältnis zwischen den ZufluBmengen der Phasen

F und R ist 50:1, Das Holyoden wird in der Phase R konzentriert, dia arn Ausgang der Vorrichtung 32 g/l i-iolybden en thait.

Beispiel 15

Ein wäßriger Extrakt aus Santonin (Phase r) mit einer Konzentration von etwa 0,5 g/l wird parallel und gleichzeitig mit einem Strom einer 10 ^-Lösung des Natriumhydroxyds (Phase R) durch die Vorrichtung geleitet. Als Übermittlungsphase S wird ein Gemisch aus Chloroform und Oekan (H:5) verwendet. Bei einem Verhältnis der Phasen F und R von 40:1 werden 92 % des Santonins extrahiert und in der Phase R als Matriumsalz·' konzentriert .

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Claims (4)

indungsanspruch

1. Verfahren zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen, von denen eine der Phasen mit den anderen beiden Phasen unmischbar ist und als Oberrnittlungsphase dient, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden mischbaren Fiüs- sigkeitsphasen an durch sie benetzbare Flächen entlang
fließen, wobei diese Flachen durch einen von der dritten der Übermittiungsphase besetzten Raum getrennt sind und diese dritte Phase in Bewegung gesetzt wird.

2. Verfahren nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß die beiden mischbaren .Flüssigkeitsphasen von den benetzbaren Flächen aufgenommen, durch kapillare Gravitation transportiert und als flüssige Phasen wieder abgegeben werden.

3» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gehäuse (1) ein Paket aus abwechselnd in Reihe angeordneten FiInträgern (2; 3) eingesetzt und im oberen Teil des Gehäuses Verteilungsbehälter (4; 5) für die zu behandelnde Phase und für die aufnehmende Phase angeordnet sind, während im unteren Teil Abführsammlsr für die behandelte Phase (5) und für die
aufnehmende Phase (7) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Filmträger (2; 3) für die mischbaren Flüssigkeitsphasen durch trennende Netze (15) abgegrenzt sind.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -