DE1057574B

DE1057574B - Process for separating liquid mixtures by thermal diffusion

Info

Publication number: DE1057574B
Application number: DEST6580A
Authority: DE
Inventors: Arthur Letcher Jones; Philip Sidney
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1953-06-15
Filing date: 1953-06-15
Publication date: 1959-05-21

Description

Verfahren zum Trennen von flüssigen Gemischen durch Thermodiffusion Es ist bekannt, flüssige Gemische von Stoffen verschiedenen Molekulargewichtes durch Thermodiffusion zu trennen. Hierzu i. st insbesondere das soge. nannte Gegenstrom-Thermodiffusionsverf ahren bekanntgeworden, bei velcliem das zu trennende Flüssigkeitsgemisch im Mittetteil eines Spaltes zugeführt wird., dessen Wandungen auf verschiedener Temperatur liegen und bei welchem die getrennten Komponenten an den beiden Spaltenden abgezogen werden. Process for separating liquid mixtures by thermal diffusion It is known to carry out liquid mixtures of substances of different molecular weights Separate thermal diffusion. For this i. st in particular the so-called. called countercurrent thermal diffusion method ahren became known, at velcliem the liquid mixture to be separated in the middle part a gap is fed., the walls of which are at different temperatures and in which the separated components are withdrawn at the two gap ends.

Man kann jedoch auch im sogenannten Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren, bei welchem das zu trennende Flüssigkeitsgemisch am einen Ende eines Spaltes zugefiihrt und die getrennten Komponenten an dem anderen Spaltende abgezogen werden, arbeiten. However, one can also use the so-called direct current thermal diffusion process, in which the liquid mixture to be separated is supplied at one end of a gap and withdrawing the separated components at the other end of the gap work.

Der Spalt kann in beiden Fällen dabei senkrecht oder waagerecht angeordnet sein.The gap can be arranged vertically or horizontally in both cases be.

Für die technische Verwertung ist aber bisher nur das Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren herangezogen worden, weil es nach der bisherigen fachmännischen Kenntnis in dem für möglich und zweckmäßig gehaltenen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit im Inneren des Spaltes unvergleichlich bessere Trennungswerte ergibt als die Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren. So far, however, only the countercurrent thermal diffusion process has been used for technical purposes has been used because according to the previous professional knowledge in the range of flow velocity in the interior considered possible and appropriate of the gap gives incomparably better separation values than the direct current thermal diffusion method.

Da dem Fachmann bei den Thermodifrusionsverfahren von vornherein bekannt war, daß in den verhältnismäßig engen Spalten mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des zutrennendenFlüssigkeitsgemisches selir bald mit dem Eintreten turbulenter Strömung gerechnet werden muß, die jegliche Thermodiffusionswirkung zunichte macht, sind bisher Thermodiffusionsuntersuchungen nur mit Strömungsgeschwindigkeit. en bis etwa 10 bis 15 cm3 Flüssigkeitsmenge pro Stunde und Zentimeter wirksamer Apparaturbreite bekanntgeworden. Since the expert in the thermodifrusion process from the start it was known that in the relatively narrow gaps with increasing flow velocity of the liquid mixture to be separated soon occurs with the onset of turbulent flow must be expected, which nullifies any thermal diffusion effect So far thermal diffusion studies only with flow velocity. en up to about 10 to 15 cm3 amount of liquid per hour and centimeter of effective apparatus width known.

Die Erfindung geht demgegenüber von der Erkenntnis aus, daß man die Strömungsgeschwindigkeit im Inneren des Spaltes sehr viel größer wählen kann, beispielsweise bis zum fünfzigfachen Wert, ohne daß die gefiirchteten Erscheinungen der turbulenten Strömung eintreten. Jedoch hat diese wesentliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Inneren des Spaltes technisch zunächst keine Bedeutung, weil, wie bereits bekannt, mit zunehmender Beschickungsmenge der Trennungsgrad des Thermodiffusionsverfahrens außerordentlich stark abfällt. The invention is based on the knowledge that the Flow rate inside the gap can choose much greater, for example up to fifty times the value without the dreaded phenomena of the turbulent Enter flow. However, this has a substantial increase in flow velocity inside the gap is initially of no technical significance because, as already known, the degree of separation of the thermal diffusion process with increasing charge drops extremely sharply.

Es wurde überraschend festgestellt, daß der belrannte Abfall des Trennungsgrades mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit im Inneren des Spaltes bei einem Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren mit waagerecht angeordnetem Spalt wesentlich geringer als bei einem Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren ist. It was surprisingly found that the burned waste des Degree of separation with increasing flow velocity inside the gap in a direct current thermal diffusion process with a horizontally arranged gap is significantly less than with a countercurrent thermal diffusion process.

Nach der Erfindung soll daher bei einem Thermo- diffusionsverfahren mit waagerechtem Spalt bei einer Spaltbreite von 0, 89 mm/cm der wirksamen Apparaturbreite das Gemisch mit einer Geschwindigkeit größer als 0, 044 I/Stunde zugeführt werden. Dies entspricht etwa dem vierfachen Wert der bisher bekannten höchsten Stömungsgeschwindigkeit bzw. Zuführungsmenge bei einer solchen Spaltbreite. Durch die Erfindung wird erzielt, daß das Gemisch jetzt wesentlich schneller durch die Apparatur geführt werden kann und dadurch nicht mehr so lange Zeit unter der Einwirkung der erhöhten Temperatur steht. Dies ist insbesondere für solche Flüssigkeitsgemische von erheblicher Bedeutung, die zum Zersetzen neigen. Betrachtet man ferner das Produkt von durch die Apparatur geführter Flüssigkeitsmenge und dem erzielten Trennungsgrad, so kann gemäß der Erfindung auch dieses Produkt gegenüber den bekannten Verfahren beträchtlich erhöht werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Trennungswirkung mehrerer hintereinandergeschalteter Stufen gemäß der Erfindung hoch beaufschlagter waagerechter Thermodiffusionsspalte summiert, so daß durch ein mehrstufiges Verfahren nach der Erfindung praktisch der gleiche Trennungsgrad wie bei den bekannten Verfahren erreichbar ist, jedoch mit erheblich größerer Durchsatzmenge der zu trennenden Flüssigkeit, so daß im Gegensatz zu der bisherigen Erfahrung durch die Erfindung das Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren für industrielle Zwecke günstiger als das Gegenstrom-Thermpdiffusionsverfahren wirkt. According to the invention, therefore, in a thermal diffusion process with a horizontal gap with a gap width of 0.89 mm / cm of the effective apparatus width the mixture can be fed at a rate greater than 0.044 l / hour. This corresponds to about four times the value of the previously known highest flow velocity or supply amount with such a gap width. The invention achieves that the mixture can now be passed through the apparatus much faster and therefore not so long under the influence of the elevated temperature stands. This is particularly important for such liquid mixtures, which tend to decompose. Also consider the product of through the apparatus guided amount of liquid and the degree of separation achieved, so can according to the invention this product can also be increased considerably compared to the known processes. Another major advantage of the invention is that the separation effect several stages connected in series according to the invention highly acted upon horizontal thermal diffusion column summed up, so that by a multi-stage process according to the invention practically the same degree of separation as in the known processes can be achieved, but with a significantly higher throughput of the liquid to be separated, so that in contrast to previous experience, the invention uses the direct current thermal diffusion process works more favorably for industrial purposes than the countercurrent thermal diffusion process.

Ein weiterer überraschender Vorteil besteht darin, daß der Wärmewirkungsgrad des Verfahrens nach der Erfindung mit zunehmender Beschickungsmenge günstiger wird, so daB auch das Verfahren nach der Erfindung in dieser Hi. nsicht wirtschaftlicher arbeitet als die bekannten Thermodiffusionsverfahren. Another surprising advantage is that the thermal efficiency of the procedure of the invention with increasing charge is cheaper, so that the method according to the invention in this Hi. nonsense works more economically than the known thermal diffusion processes.

In einer anderen Ausführungsform kann beispielsweise bei einer Spaltbreite von 0, 69 mm das Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 0, 124 l/Stunde zugefuhrt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung zeigt, daß das Verfahren nach der Erfindung nach höheren Beaufschlagungsmengen hin noch weiten Spielraum aufweist, ohne daß ernstlich mit der Gefahr des Auftretens turbulenter Strömung zu rechnen ist. In another embodiment, for example, in the case of a gap width from 0.69 mm the mixture is fed at a rate of 0.124 l / hour will. This embodiment of the invention shows that the method according to the invention still has wide leeway for higher application quantities without there is a serious risk of turbulent flow occurring.

Die Vorteile und der Nutzen des Verfahrens nach der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen deutlicher. The advantages and benefits of the method according to the invention will be from the following description with reference to the drawings more clearly.

Fig. l zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung desVerfahrens nachderErfindung ; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines typischen, zweistufigen Kaskadenstromweges zur Durchführung eines zweistufigen Verfahrens nach der Erfindung ; Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines entsprechenden dreistufigen Kaskadenstromweges für ein dreistufiges Verfahren nach der Erfindung ; Fig. 4 bis 6 geben Vergleichskurven des Trennungsgrades in Abhängigkeit von der Beaufschlagungsmenge für das Verfahren nach der Erfindung und ein bekanntes Thermodiffusionsverfahren wieder ; Fig. 7 und 8 zeigen graphisch die Beziehungen zwischen dem Trennungsgrad und dem Wirkungsgrad der Wärmeverwertung bei dem einstufigen und mehrstufigen Verfahren nach der Erfindung, verglichen mit einem bekannten Thermodiffusionsverfahren. Fig. 1 shows an embodiment of the device for implementation of the method according to the invention; Fig. 2 is a schematic representation of a typical two-stage cascade flow path for performing a two-stage process according to the invention; Fig. 3 is a schematic representation of a corresponding one three-stage cascade flow path for a three-stage process according to the invention ; FIGS. 4 to 6 give comparative curves of the degree of separation as a function of the Amount applied for the method according to the invention and a known thermal diffusion method again ; Figs. 7 and 8 graphically show the relationships between the degree of separation and the efficiency of the heat recovery in the single-stage and multi-stage process according to the invention, compared with a known thermal diffusion process.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird das Verahre n nach der Erfindung in der Weise ausgeführt, daß man einen kontinuierlichen, dünnen Strom eines Flüssigkeitsgemisches durch den Spalt 10 fließen läßt, der durch eine obere und eine untere Wand 11 bzw. 12 gebildet wird. Diese Wände 11 und 12 stehen sich parallel und unbeweglich gegenüber. Für die Wände 11 und 12 sind Einrichtungen zur Temperaturregelung, beispielsweise Wärme-und Kühlschlangen 14 und 16, vorgesehen, die Anschlüsse 17 bzw. 19 zum Durchleiten von Wärme-und Kühlmittel aufweisen. Die sich gegenüberstehenden Wände 11 und 12 sind glatt ausgebildet, damit eine laminare Strömung sichergestellt ist und bestehen aus wärmeleitendem Material, das gegenüber dem Flüssigkeitsgemisch, das der Thermodiffusion unterworfen werden soll, inert ist. Die Spaltbreite wird durch eine oder mehrere Dichtungen 20 od. dgl. aufrechterhalten. In the device shown in Fig. 1, the process n is after Invention carried out in such a way that one has a continuous, thin stream a liquid mixture can flow through the gap 10, the through an upper and a bottom wall 11 and 12, respectively, is formed. These walls 11 and 12 stand parallel and immobile opposite. For the walls 11 and 12 are facilities for Temperature control, for example heating and cooling coils 14 and 16, are provided, which have connections 17 and 19 for the passage of heat and coolant. the opposing walls 11 and 12 are smooth, so that a laminar Flow is ensured and consist of thermally conductive material that is opposite inert to the liquid mixture to be subjected to thermal diffusion is. The gap width is maintained by one or more seals 20 or the like.

Das Flüssigkeitsgemisch wird dem Spalt an seinem einen Ende unter hydrostatischem Druck aus einem Behälter 21 über eine Zuleitung 22 zugeführt. Eine Anordnung zum Ableiten der getrennten Fraktionen am gegenül) erliegenden Ende des Spaltes 10 besteht für jede Ablauföffnung aus einem Querkanal 24, an dessen Boden eine Reihe von in gleichem Abstand angeordneten Öffnungen 26 angebracht ist, die den Kanal 24 mit einem quergeriohteten Stromausgleichsdurchgang 27 verbinden. Diese Stromausgleichsdurchgänge 27 sind mit der jeweiligen Ablaufleitung29 für jede Fraktion verbunden, in die jeweils ein Ventil 30 zur Regelung der Ablaufgeschwindigkeit jeder Fraktion eingesetzt ist.The liquid mixture is below the gap at one end hydrostatic pressure is supplied from a container 21 via a feed line 22. One Arrangement for diverting the separated fractions at the opposite end of the Gap 10 consists of a transverse channel 24 for each drainage opening at its bottom a series of equally spaced openings 26 is attached, the connect the channel 24 to a transverse flow equalization passage 27. These Flow equalization passages 27 are connected to the respective discharge line 29 for each fraction connected, in each of which a valve 30 for regulating the flow rate of each Fraction is used.

Es ist zu beachten, daß, wenn man im Zusammenhang mit Thermodiffusionsverfahren von einer heißen und einer kalten Wand oder Spaltoberfläche spricht, dies eher in relativem als absolutem Sinn geschieht. It should be noted that when looking at the thermal diffusion process speaks of a hot and a cold wall or gap surface, rather in relative than absolute sense happens.

Beispielsweise können die heißen und kalten Ober- lichen eines Spaltes auf Temperaturen von 160 bzw.For example, the hot and cold upper lichen a gap to temperatures of 160 resp.

100° C gehalten werden oder, wenn der Siedepunkt der Flüssigkeit, die der Thermodiffusion untenvorfen wird, niedriger liegt, auf Temperaturen von beispielsweise 0 bzw.-35° C.100 ° C or, if the boiling point of the liquid, that the thermal diffusion is subjected to, is lower, to temperatures of for example 0 or -35 ° C.

Es wurde gefunden, daß in den meisten Fallen, wenn sich die Fraktionen in der Dichte unterscheiden, sich die schwerere Fraktion in der Nähe der kalten Wand und die leichtere Fraktion in der Nähe der heißen Wand anreichern. Um zu verhindern, daß die Thermodiffusionswirkung und die Schwerkraft gegeneinander wirken, wird man dann die obere Wand 11 auf höhere und die untere Wand 12 auf niedrigere Temperatur bringen. Umgekehrt wird man verfahren, wenn sich die schwerere Fraktion in der Nähe der heißen Wand und die leichtere Fraktion in der Nähe der kalten Wand anreichert. Letzteres ist beispielsweise bei einem Gemisch aus Toluol und Methylcyclohexan der Fall. It has been found that in most cases when the fractions differ in density, the heavier fraction in the vicinity of the cold one Wall and enrich the lighter fraction near the hot wall. To prevent, that the thermal diffusion effect and the force of gravity act against each other, one will then the upper wall 11 to a higher temperature and the lower wall 12 to a lower temperature bring. The reverse will be done if the heavier fraction is in the vicinity the hot wall and the lighter fraction near the cold wall. The latter is for example in the case of a mixture of toluene and methylcyclohexane Case.

In den Fig. 2 und 3 sind die oberen und unteren sich gegenüberstehenden Wände schematisch als gerade Linien dargestellt. Die Buchstaben » H « und >C « kennzeichnen die relativ heißen bzw. kalten Wände. Die Pfeile zeigen die Richtung des Zulaufstromes und der getrennten Fraktionen in einer ohne weiteres verständlichen Weise bei den typischen zwei-und dreistufigen Kaskadenstromwegen an.. In Figs. 2 and 3, the upper and lower are facing each other Walls shown schematically as straight lines. The letters "H" and> C «Characterize the relatively hot or cold walls. The arrows show the direction of the feed stream and the separated fractions in a readily understandable manner Approach with the typical two-stage and three-stage cascade current paths.

Das Diagramm in Fig. 4 enthält zwei Kurven des Trennungsgrades in Abhängigkeit von der Zulaufgeschwindigkeit. Die Kurve A entspricht einem bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren mit senkrecht angeordnetem Spalt, während die Kurve B einem Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren mit waagerecht angeordnetem Spalt entspricht. The diagram in Fig. 4 contains two curves of the degree of separation in Dependence on the feed rate. The curve A corresponds to a known one Countercurrent thermal diffusion process with a vertically arranged gap, while the Curve B a direct current thermal diffusion process with horizontally arranged Gap corresponds.

In beiden Fällen der Kurven A und B war das der Thermodiffusion unterworfene Material eine 1 : 1-Volumenmischung von Cetan und Monomethylnaphthalin. In both cases of curves A and B, that was subject to thermal diffusion Material a 1: 1 volume mixture of cetane and monomethylnaphthalene.

In beiden Fäilen betrug die Spaltlänge 22, 8 cm und die wirksame Apparaturbreite ebenfalls 22, 8 cm. Die Spaltbreite, d. h. der Abstand zwischen der heißen und der kalten Wand, betrug in beiden Fällen 0, 89 mm.In both cases the gap length was 22.8 cm and the effective apparatus width also 22.8 cm. The gap width, i.e. H. the distance between the hot and the cold wall, was 0.89 mm in both cases.

Die Temperatur an der heißen und der kalten Wand betrug jeweils 132 bzw. 21° C.The temperature on the hot and cold wall was 132 each or 21 ° C.

Der Trennungsgrad wurde in beiden Fällen als Unterschied zwischen den Brechungsindizes der Fraktionen bei 25° C gemessen. Dabei entspricht ein Unterschied zwischen den Brechungsindizes von 70 einem Konzentrationsunterschied der beiden Verbindungen in den beiden Fraktionen von 4°/o. The degree of separation was found to be the difference between both cases the refractive indices of the fractions measured at 25 ° C. There is a difference here between the refractive indices of 70 a concentration difference of the two Compounds in the two fractions of 4 ° / o.

Die den Kurven A und B der Fig. 4 zugrunde liegenden Meßwerte sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt : Tabelle I Kurve A Kurve B Gegenstrom-Thermodiffusion Gleichstrom-Thermodiffusion senkrechter Spalt waagerechter Spalt Zulauf Trennungsgrad Zulauf Trennungsgrad l/Stunde °/ol/Stunde"/c 0, 24 9, 34 0, 12 6, 44 0, 48 6, 80 0, 24 5, 85 0, 96 4, 49 0, 48 5, 38 1, 80 2, 66 0, 96 4, 49 4, 20 1, 12 2, 40 3, 37 12, 00 0, 40 3, 60 2, 42 7, 20 1, 18 12, 00 0, 83 Wie aus den Kurven A und B der Fig. 4 ersichtlich, ergibt sich gemäß der Erfindung bei Zulaufgeschwindigkeiten oberhalb des Wertes von 0, 96 l/Stunde, d. h.The measured values on which curves A and B in FIG. 4 are based are compiled in Table I below: Table I Curve A curve B Counter-current thermal diffusion. Co-current thermal diffusion vertical gap horizontal gap Inflow degree of separation Inflow degree of separation l / hour ° / ol / hour "/ c 0, 24 9, 34 0, 12 6, 44 0, 48 6, 80 0, 24 5, 85 0, 96 4, 49 0, 48 5, 38 1, 80 2, 66 0, 96 4, 49 4, 20 1, 12 2, 40 3, 37 12, 00 0, 40 3, 60 2, 42 7, 20 1, 18 12, 00 0, 83 As can be seen from curves A and B in FIG. 4, according to the invention, at feed rates above the value of 0.96 l / hour, ie

0, 44 líStunde/cm wirksamer Apparaturbreite, eine beträchtliche Erhöhung des Trennungsgrades beim Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren mit waagerecht angeordnetem Spalt gegenüber dem bekannten Gegenstrom-Thermodirfusionsverfahren mit senkrecht angeordnetem Spalt. Man erhält somit einen Bereich 40, in welchem die Thermodiffusionswirkung gemäß der Erfindung wesentlich gesteigert ist.0.44 hour / cm effective apparatus width, a considerable increase the degree of separation in the direct current thermal diffusion process with horizontally arranged Gap compared to the well-known countercurrent thermal infusion process with vertical arranged gap. An area 40 is thus obtained in which the thermal diffusion effect is significantly increased according to the invention.

Die KurvenX4'und B'der Fig. 5 beruhen auf Meßwerten, wie sie in der folgenden Tabelle II zusammengestellt sind. Es wird dort im wesentlichen von den gleichen Voraussetzungen ausgegangen wie im Fall der Tabelle I, jedoch mit dem Unterschied, daß die Spaltbreite 0, 69 mm und die wirksame Apparaturbreite 15, 24 cm betrug. The curves X4 'and B' of FIG. 5 are based on measured values as shown in FIG Table II below are compiled. It is there essentially from the the same assumptions were assumed as in the case of Table I, but with the difference that that the gap width was 0.69 mm and the effective apparatus width was 15.24 cm.

Tabelle II Kurve A'Kurve B' Gegenstrom-Thermodiffusion Gleichstrom-Thermodiffusion senkrechter Spalt waagerechter Spalt Zulauf Trennungsgrad Zulauf Trennungsgrad I/Stunde"/oI/Stunde"/o 0, 12 8, 34 0, 06 8, 57 0, 24 7, 83 0, 24 6, 34 0, 48 6, 57 0, 48 5, 71 0, 96 4, 57 0, 96 4, 29 1, 80 3, 37 1, 80 3, 14 3, 60 0, 97 3, 00 2, 00 7, 20 0, 29 3, 60 1, 71 6, 00 0, 97 10, 20 0, 63 Wie Tabelle II bzw. die Kurven A'und B'zeigen, ergibt sich auch hier bei Zulaufgeschwindigkeiten oberhalb 21/Stunde, d. h. 0, 124 l/Stunde/cm wirksamer Apparaturbreite gemäß der Erfindung eine merkliche Erhöhung des Trennungsgrades beim Thermodiffusionsvertahren mit waagerecht liegendem Spalt gegenüber dem bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren Man erhält somit auch hier einen Bereich 50, innerhalb dessen die Wirkung des Thermodiffusionsverfahrens durch die Erfindung wesentlich gesteigert ist.Table II Curve A 'curve B' Counter-current thermal diffusion. Co-current thermal diffusion vertical gap horizontal gap Inflow degree of separation Inflow degree of separation I / hour "/ oI / hour" / o 0, 12 8, 34 0, 06 8, 57 0, 24 7, 83 0, 24 6, 34 0, 48 6, 57 0, 48 5, 71 0, 96 4, 57 0, 96 4, 29 1, 80 3, 37 1, 80 3, 14 3, 60 0, 97 3, 00 2, 00 7, 20 0, 29 3, 60 1, 71 6, 00 0, 97 10, 20 0, 63 As Table II and curves A 'and B' show, here too there is a noticeable increase in the degree of separation in the thermal diffusion process with a horizontal gap at feed rates above 21 / hour, ie 0.124 l / hour / cm of effective apparatus width according to the invention Compared to the known countercurrent thermal diffusion process, a region 50 is thus obtained here too, within which the effect of the thermal diffusion process is significantly increased by the invention.

Als drittes Beispiel zeigt Fig. 6 den Vergleich eines bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahrens mit senkrechtem Spalt mit dem Verfahren nach der Erfindung bei gleichen Voraussetzungen wie im Fall der Fig. 4, jedoch mit dem Unterschied, daß ein 1 : iL-Volumengemisch von Amylstearat und Monomethylnaphthalin behandelt wurde. Die der Fig. 6 zugrunde liegenden Meßwerte sind in der folgenden Tabelle IIT zusammengestellt : Tabelle III Kurve C Kurve D Gegenstrom-Thermodiffusion Gleichstrom-Thermodiffusion senkrechter Spalt waagerechter Spalt Zulauf Trennungsgrad Zulauf Trennungsgrad I/Stunde"/ol/Stunde"/c 0, 12 7, 20 0, 12 0, 69 0, 24 3, 54 0, 24 1, 26 0, 48 3, 14 0, 48 1, 83 0, 96 1, 49 0, 96 1, 66 1, 80 0, 91 1, 80 1, 66 3, 60 0, 34 3, 60 0, 91 9, 60 0, 17 12, 00 0, 46 Auch hier zeigt der Vergleich der Kurven C und D, daß bei Zulaufgeschwindigkeiten oberhalb von 0, 96 l/Stunde, d. h. 0, 44l/Stunde/cm wirksamer Apparaturbreite das Verfahren nach der Erfindung dem bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren mit senkrecktem Spalt überlegen wirkt.As a third example, FIG. 6 shows the comparison of a known countercurrent thermal diffusion process with a vertical gap with the process according to the invention under the same conditions as in the case of FIG. 4, but with the difference that a 1: 1 volume mixture of amyl stearate and monomethylnaphthalene was treated. The measured values on which FIG. 6 is based are compiled in the following Table IIT: Table III Curve C curve D Counter-current thermal diffusion. Co-current thermal diffusion vertical gap horizontal gap Inflow degree of separation Inflow degree of separation I / hour "/ ol / hour" / c 0, 12 7, 20 0, 12 0, 69 0, 24 3, 54 0, 24 1, 26 0, 48 3, 14 0, 48 1, 83 0, 96 1, 49 0, 96 1, 66 1, 80 0, 91 1, 80 1, 66 3, 60 0, 34 3, 60 0, 91 9, 60 0, 17 12, 00 0, 46 Here, too, the comparison of curves C and D shows that at feed rates above 0.96 l / hour, ie 0.44 l / hour / cm of effective apparatus width, the process according to the invention is superior to the known countercurrent thermal diffusion process with a vertical gap.

Neben dem gemäß der Erfindung auch bei höheren Durchlaufgeschwindigkeiten des zu trennenden Gemisches erzielten besseren Trennungswerten hat das Verfahren nach der Erfindung auch aus dem folgenden Grunde außerordentliche Bedeutung bei der Durchführung der Trennung von Flüssigkeiten mittels einer für industrielle Zwecke geeigneten Thermodiffusion. Die Beschleunigung des Stromflusses durch eine Thermodiftusionssaule bringt namlich eine sehr wesentliche Ersparnis bezüglich der benötigten Wärmemenge. Um diesen Vorteil der Erfindung zu erläutern, wird der für eine 70%ige Konzentrierung des leichten Bestandteiles einer ursprünglich 50 : 50-Mischung aus leichten und dunklen Bestandteilen eines Handelsschmieröls mit einem Viskositätswert von 95 nötig war, bei verschiedenen Bedingungen der ThermodifFusion miteinander verglichen. Die zum Vergleich stehenden Werte sind in der folgenden Tabelle IV zusammengefaßt : Tabelle IV Wärmebedarf für die Trennung bei einem Abtrennverhältnis von 501/o A B Gegenstrom Mittelzulauf Gleichstrom (optimale Endzulauf Bedingungen) Spaltlänge, m........ 1, 524 1, 524 Wirksame Apparatur- breite, m........... 1, 01 1, 01 Spaltbreite, mm...... 0, 76 0, 76 Temperatur der heißen Wand, ° C......... 330 288 Temperatur der kalten Wand, °C........ 65, 6 65, 6 Zulaufgeschwindig- keit, I/Stunde...... 6, 62 17, 2 Wärmebedarf, kcal/kg Zulauf 11 100 3750 Wie diese Tabelle zeigt, ist beim bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren bei einer Zulaufgeschwindigkeit von 6, 62 l/Stunde, das entspricht einer Zulaufgeschwindigkeit von etwa 65 cm3/Stunde/cm wirksamer Apparaturbreite, ein Wärmebedarf von 11100 kcal/kg Zulauf erforderlich. Dagegen bietet das Verfahren nach der Erfindung neben einer beträchtlichen Erhöhung der Zulaufgeschwindigkeit auf fast den dreifachen Wert eine Verringerung des Wärmebedarfes auf 3750 kcal/kg Zulauf.In addition to the better separation values achieved according to the invention even at higher throughput speeds of the mixture to be separated, the method according to the invention is also extremely important when performing the separation of liquids by means of thermal diffusion suitable for industrial purposes for the following reason. The acceleration of the current flow through a thermal diffusion column brings a very substantial saving in terms of the amount of heat required. In order to explain this advantage of the invention, which was necessary for a 70% concentration of the light component of an originally 50:50 mixture of light and dark components of a commercial lubricating oil with a viscosity value of 95, is compared with one another under different conditions of thermal diffusion. The values for comparison are summarized in the following Table IV: Table IV Heat requirement for the separation with a separation ratio of 501 / o AWAY Countercurrent Central supply direct current (optimal final inflow Conditions) Gap length, m ........ 1, 524 1, 524 Effective equipment width, m ........... 1, 01 1, 01 Gap width, mm ...... 0, 76 0, 76 Temperature of hot Wall, ° C ......... 330 288 Temperature of the cold Wall, ° C ........ 65, 6 65, 6 Inlet speed speed, I / hour ...... 6, 62 17, 2 Heat demand, kcal / kg feed 11 100 3750 As this table shows, with the known countercurrent thermal diffusion process at a feed rate of 6.62 l / hour, which corresponds to a feed rate of about 65 cm3 / hour / cm of effective apparatus width, a heat requirement of 11100 kcal / kg feed is required. In contrast, the process according to the invention offers, in addition to a considerable increase in the feed rate to almost three times the value, a reduction in the heat requirement to 3750 kcal / kg feed.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Gegensatz zum bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren die Spaltbreite nicht mehr so kritisch ist für den erreichbaren Trennungsgrad als bisher. Die Spaltbreite soll in der Größenordnung von 3, 8 mm oder weniger, vorzugsweise 1, 5 mm oder weniger, liegen. Jedenfalls ist der geringste Wert der Spaltbreite kein entscheidender Faktor, da im Gegensatz zum Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren beim Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren das Problem der Wiedervermischung der getrennten Fraktionen an der Berührungsfläche zweier gegeneinander gerichteter Flüssigkeitsströme nicht auftritt. Es kommt noch hinzu, daß bei dem Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren die iaminare Strömung in sich stabiler ist und deshalb Turbulenzerscheinungen beim Gleichstromverfahren nicht so schnell auftreten wie beim Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren. Die Spaltbreite soll aber einen Mindestwert von 0, 25 mm nicht unterschreiten. Another advantage of the invention is that in contrast the gap width is no longer the same as compared to the known countercurrent thermal diffusion process is critical for the achievable degree of separation than before. The gap width should on the order of 3, 8 mm or less, preferably 1, 5 mm or less, lie. In any case, the smallest value of the gap width is not a decisive factor, as in contrast to the countercurrent thermal diffusion process in the cocurrent thermal diffusion process the problem the remixing of the separated fractions at the Contact surface of two oppositely directed liquid flows does not occur. In addition, in the direct current thermal diffusion process, the iaminare Flow is inherently more stable and therefore turbulence phenomena in the direct current process do not occur as quickly as in the countercurrent thermal diffusion process. The gap width but should not fall below a minimum value of 0.25 mm.

Um gleichzeitig einen hohen Trennungsgrad und hohe Trenngeschwindigkeit zu erhalten, ist es am wirtschaftlichsten, eine Mehrzahl von Thermodiffusionsspalten in einer Kaskadenanordnung zu verwenden. Man kann hierbei die Spaltlänge verhältnismäßig gering halten, wodurch einerseits die Erstellungskosten einer Apparatur geringer bleiben und andererseits auch die Gefahr des Auftretens von Turbulenzerscheinungen herabgesetzt wird. To achieve a high degree of separation and a high separation speed at the same time it is most economical to obtain a plurality of thermal diffusion gaps to be used in a cascade arrangement. You can use the gap length proportionally keep it low, which on the one hand reduces the production costs of an apparatus remain and on the other hand also the risk of turbulence phenomena is reduced.

In Fig. 7 sind die thermischen Wirkungsgradkurven ein-und mehrstufiger Thermodiffusionsverfahren nach der Erfindung im Vergleich mit dem thermischen Wirkungsgrad eines bekannten Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahrens gezeigt. Der thermische Wirkungsgrad des Thermodiffusionsverfahrens ist dabei wie folgt definiert : Wirkungsgrad = Trennungswert X Geschwindigkeit X Spaltbreite heiBe Wandfläche Die Kurven E bis H erklären sich aus den in der folgenden Tabelle V gegebenen MeBwerten. In FIG. 7, the thermal efficiency curves are single-stage and multi-stage Thermal diffusion method according to the invention in comparison with the thermal efficiency of a known countercurrent thermal diffusion process is shown. The thermal efficiency of the thermal diffusion process is defined as follows: efficiency = separation value X speed X gap width hot wall surface The curves E to H are explained from the measured values given in Table V below.

Tabelle V Zulauf Trennungsgrad Wirkungsgrad l/Stundc % ß # 103 Kurve E-einstufiges, senkrechtes Gegenstrom-Mittelzulaufverfahren 0, 24 9,03 16, 3 0. 48 6, 57 23, 7 0, 96 4, 34 31, 4 1. 80 2, 57 34, 8 4, 20 1, 09 34, 3 12. 00 0,40 36, 1 Kurve F-einstufiges, horizontales Gleichstrom-Endzulaufverfahren 0, 12 6,23 5, 6 0. 24 5,66 10, 2 0, 48 5,20 18, 7 0, 96 4, 34 31, 4 2. 40 3. 26 58, 7 3, 60 2, 34 63, 4 7, 20 1, 14 62, 0 12, 00 0, 80 72, 5 Kurve G-zweistufiges, horizontales Gleichstrom-Endzulaufverfahren 0, 12 12,46 2, 8 0, 24 11, 31 5, 1 0, 48 10, 40 9, 4 0. 96 8, 69 15, 7 2, 40 6, 51 29, 4 3, 60 4, 69 31, 7 7, 20 2, 29 31, 0 12, 00 1, 60 34, 3 Zulauf Trennungsgrad Wirkungsgrad l/Stunde % ß # 103 Kurve H-dreistufiges, horizontales Gleichstrom-Endzulaufverfahren 0, 12 18, 69 1, 7 0, 24 16, 97 3, 3 0, 48 15, 60 5, 6 0, 96 13, 03 9, 4 2, 40 9, 77 17, 6 3, 60 7, 03 19, 0 7, 20 3, 43 18, 6 12, 00 2, 40 21, 8 Aus der Fig. 7 kann für den thermischen Wirkungsgrad das folgende entnommen werden : Für gewünschte Trennungsgrade unterhalb eines Wertes von ungefähr 4,5% Konzentrationsdifferenz ergibt sich ein Bereich 71 der thermischen Wirkungssteigerung beim einstufigen Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren. In diesem Bereich ist das einstufige Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren dem Gegenstrom-Thermodiffusionsverfahren und auch mehrstufigen Gleichstrom-Thermodi$usionsverf2hren überlegen.Table V Inlet degree of separation efficiency l / hourc% ß # 103 Curve E-single-stage, vertical countercurrent central inflow process 0.24 9.03 16.3 0. 48 6, 57 23, 7 0, 96 4, 34 31, 4 1. 80 2, 57 34, 8 4, 20 1, 09 34, 3 12. 00 0.40 36, 1 Curve F-single-stage, horizontal direct current final inflow process 0, 12 6.23 5, 6 0. 24 5.66 10, 2 0.48 5.20 18.7 0, 96 4, 34 31, 4 2. 40 3. 26 58, 7 3, 60 2, 34 63, 4 7, 20 1, 14 62, 0 12, 00 0, 80 72, 5 Curve G-two-stage, horizontal direct current final inflow process 0, 12 12.46 2.8 0, 24 11, 31 5, 1 0, 48 10, 40 9, 4 0. 96 8, 69 15, 7 2, 40 6, 51 29, 4 3, 60 4, 69 31, 7 7, 20 2, 29 31, 0 12, 00 1, 60 34, 3 Inlet degree of separation efficiency l / hour% ß # 103 Curve H - three-stage, horizontal direct current final inflow process 0, 12 18, 69 1, 7 0, 24 16, 97 3, 3 0, 48 15, 60 5, 6 0, 96 13, 03 9, 4 2, 40 9, 77 17, 6 3, 60 7, 03 19, 0 7, 20 3, 43 18, 6 12, 00 2, 40 21, 8 The following can be taken from FIG. 7 for the thermal efficiency: For desired degrees of separation below a value of approximately 4.5% concentration difference, there is a range 71 of the thermal efficiency increase in the single-stage direct current thermal diffusion process. In this area, the single-stage direct-current thermal diffusion process is superior to the counter-current thermal diffusion process and also to multi-stage direct-current thermal diffusion processes.

In einem Bereich des gewünschten Trennungsgrades von etwa 4, 5 bis SIO/o Konzentrationsdifferenz ist das zweistufige Gleichstrom-Thermodi$usionsverfallren am günstigsten, wie dies der Bereich 72 zeigt. In a range of the desired degree of separation from about 4.5 to The SIO / o concentration difference is the two-stage direct current thermal dissipation decay most favorable, as the area 72 shows.

Schließlich zeigt der Bereich 73 der thermischen Wirkungssteigerung beim dreistufigen Gleichstrom-Tbermodiffusionsverfahren, daß für gewünschte Trennungswerte innerhalb von etwa 8 bis 120/o Konzentrationsdifferenz das dreistufige Verfahren nach der Erfidnung am zweckmäßigsten ist. Finally, area 73 shows the increase in thermal efficiency in the three-stage direct current tuber modulus diffusion process, that for the desired separation values the three-stage process within about 8 to 120 / o concentration difference is most appropriate according to the invention.

Sämtlich Untersuchungen, die der Fig. 7 zugrunde liegen, sind an einem 1 : 1-Gemisch von Cetan und Methylnaphthalin vorgenommen worden. All of the examinations on which FIG. 7 is based are on a 1: 1 mixture of cetane and methylnaphthalene.

In Fig. 8 sind drei thermische Wirkungsgradkurven I, J utld k in Vergleich gesetzt. Diese Kurven entsprechen Versuchen, mit einem 1 : 1-Gemisch von Amylstearat und Methylnaphthalin in einer Thermodiffusionsapparatur mit 0, 89 mm Spaltbreite, 22, 8 cm Spaltlänge und 22, 8 cm wirksamer Apparaturbreite. In Fig. 8 three thermal efficiency curves I, J utld k in Comparison set. These curves correspond to tests with a 1: 1 mixture of Amyl stearate and methylnaphthalene in a thermal diffusion apparatus with 0.89 mm Slit width, 22.8 cm slit length and 22.8 cm effective apparatus width.

Die Wirkungsgradkurven I bis K erklären sich aus der folgenden Tabelle VI : Tabelle VI -beruht auf den Werten der Tabelle III- Zulauf Trennungsgrad Wirkungsgrad l/Stunde 5 ß#103 Kurve I-einstufiges, senkrechtes Gleichstromverfahren 0, 10 7, 20 5, 2 0, 20 4, 85 7, 0 0, 30 3, 71 8, 0 0, 40 3,14 9, 1 0, 50 2, 57 9, 3 1, 00 1, 43 10, 3 2, 00 0, 69 9, 9 3, 00 0, 40 8, 6 Kurve Jeinstufiges, horizontales Gleichstromverfahren 0, 10 0, 86 0, 6 0, 20 1,14 1, 6 0, 50 1, 71 6, 2 1, 00 1, 83 13, 1 2, 00 1, 60 23, 0 3, 00 1, 14 24, 6 Zulauf Trennungsgrad Wirkungsgrad l/Stunde | % {03 Kurve K-zweistufiges, horizontales Gleichstromverfahren 0, 10 1, 71 0, 4 0, 20 2, 28 1, 0 0, 50 3, 43 3, 6 0, 75 3, 66 5, 7 1, 00 3, 66 7, 6 1, 50 3, 43 10, 7 2, 00 3, 20 13, 3 3, 00 2, 28 14, 3 4, 00 1, 37 11, 4 Auch in diesem Fall ist für gewünschte, geringe Trennungsgrade unterhalb von 20/o Konzentrationsdifferenz das einstufige Thermodiffusionsverfahren am zweckmäßigsten, wie dies der Bereich 81 der thermischen Wirkungssteigerung beim einstufigen Gleichstrom-Thermodififfusionsverfahren zeigt. Für gewünschte Trennungsgrade zwischen etwa 2 und etwa 3, 5°/o Konzentrationsdifferenz weist dann das zwei- stufige Gleichstrom-Thermodiffusionsverfahren nach der Erfindung einen Bereich 82 der thermischen Wirkungssteigerung auf.The efficiency curves I to K are explained in the following Table VI: Table VI -based on the values in Table III- Inlet degree of separation efficiency l / hour 5 ß # 103 Curve I-single-stage, vertical direct current method 0, 10 7, 20 5, 2 0, 20 4, 85 7, 0 0, 30 3, 71 8, 0 0.40 3.14 9.1 0, 50 2, 57 9, 3 1, 00 1, 43 10, 3 2, 00 0, 69 9, 9 3, 00 0, 40 8, 6 Curve Y one-stage, horizontal direct current method 0, 10 0, 86 0, 6 0, 20 1.14 1, 6 0, 50 1, 71 6, 2 1, 00 1, 83 13, 1 2, 00 1, 60 23, 0 3, 00 1, 14 24, 6 Inlet degree of separation efficiency l / hour | % {03 Curve K-two-stage, horizontal direct current method 0, 10 1, 71 0, 4 0, 20 2, 28 1, 0 0, 50 3, 43 3, 6 0, 75 3, 66 5, 7 1, 00 3, 66 7, 6 1, 50 3, 43 10, 7 2, 00 3, 20 13, 3 3, 00 2, 28 14, 3 4, 00 1, 37 11, 4 In this case, too, the single-stage thermal diffusion process is most expedient for desired, low degrees of separation below 20 / o concentration difference, as shown by area 81 of the thermal efficiency increase in the single-stage direct current thermal diffusion process. For desired degrees of separation between about 2 and about 3.5% concentration difference, the two-stage direct current thermal diffusion process according to the invention then has a region 82 of increased thermal efficiency.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for separating liquid mixtures by thermal diffusion in an apparatus with a horizontally arranged gap, the charged at one end with the mixture to be separated and from that at the other end the two separate components are withdrawn, the feed rate is chosen such that no turbulence occurs in the gap, characterized in that that with a gap width of 0.89 mm, the mixture increases at a speed than 0.044 l / hour / cm is supplied to the effective apparatus width.

2. The method according to claim 1, characterized in that at one Gap width of 0.69 mm the mixture at a rate of 0.124 l / hour is fed.

References Considered: U.S. Patents No. 2 521 112, 2 541 071.