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Vorrichtung zum Inberührungbringen von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Gasen mit Flüssigkeiten oder von Feststoffen mit Gasen Es ist bekannt, verschiedenartige
Flüssigkeiten zum Zwecke einer guten Durchmischung mit oszillierenden Schwinggeräten
zu behandeln. So verwendet man z. B. in Laboratorien zur Vermischung relativ kleiner
Mengen Flüssigkeiten sogenannte Schwingrührer, die eine an einer oszillierenden
Stange befestigte Lochplatte aufweisen. Weiterhin ist es bekannt, Flüssigkeiten
zur Durchführung von Extraktionen in Kolonnen zu behandeln, die mit einer Anzahl
beweglicher Böden ausgerüstet sind. Die Böden derartiger Extraktionskolonnen sind
an einer zentralen Stange befestigt, die während des Betriebes in vertikaler Richtung
hin und her bewegt wird. Bei manchen Ausführungen geschieht die Abwärtsbewegung
der Stange unter dem Einfluß der Schwerkraft. Außerdem sind Extraktionskolonnen
bekannt, bei denen die Flüssigkeitssäule der Kolonne mittels eines Pumpwerkes, z.
B. einer Kolbenpumpe, wechselnd bewegt wird.
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Gemäß der französischen Patentschrift 1127088 ist es bekannt, Extraktionskolonnen
mit Lochplatten auszurüsten, die durch einen Vibrator in Schwingungen senkrecht
zur Plattenebene versetzt werden. Dabei sind die Lochplatten paarweise angeordnet,
und jedem Paar ist ein im Innern der Kolonnen befestigter Vibrator zugeordnet.
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Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden im allgemeinen
zur Behandlung kleiner Flüssigkeitsmengen benutzt, weil großtechnische Ausführungen
erheblichen statischen Schwierigkeiten begegnen.
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Darüber hinaus erfordert die rasch wechselnde Bewegung der Massen,
d. h. der Böden und der Stange oder der Flüssigkeitssäule, einen erheblichen Energieaufwand.
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Die zur Destillation vielfach verwendeten Drehkolonnen mit mehreren
um eine meist vertikale Achse drehbaren Böden bewirken ein Sichten der Komponenten
insofern, als die schwerere Komponente unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte an
die Kolonnenwand geschoben wird. Sie sind daher für Flüssig-Extraktionen nicht geeignet.
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Ein ähnlicher Zentrifugaleffekt tritt auch bei den Extraktionskolonnen
auf, die gemäß der französischen Patentschrift 818 912 mit pendelartig aufgehängten
perforierten Platten versehen sind; denn diese Platten führen, wenn sich auch die
Richtung ihrer horizontalen Plattenachsen infolge der vierfachen Aufhängung nicht
verschiebt, dennoch eine kreisförmige Bewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit
und gleichbleibendem Drehsinn aus.
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Es sind auch Vorrichtungen zum Mischen und Beschleunigen chemischer
Reaktionen bekanntgeworden, die drehschwingbare Rührelemente aufweisen.
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Die dort verwendeten Rührelemente schwingen jedoch frei im Gefäß.
Ein Teil des Stoffgemisches kann daher in unerwünschter Weise außerhalb des Wirkungsbereiches
der Rührelemente bleiben.
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Bei Kolonnen mit unbeweglichen Einbauten in Form von Glocken-, Sieb-
oder Rostböden, Siebblechen, losen Schüttungen und Packungen, wie sie beispielsweise
zum Destillieren, Extrahieren, Absorbieren und anderen Verfahren der Stofftrennung
angewandt werden, ergeben durch ungleichmäßigen Kontakt, d. h. durch unvollständige
Durchmischung und Verteilung, unbefriedigend niedrige Wirkungsgrade.
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Es wird nun eine Vorrichtung zum Inberührungbringen von Feststoffen
und/oder Flüssigkeiten mit Gasen und/oder Flüssigkeiten mit drehschwingbaren Einbauten
vorgeschlagen, mit deren Hilfe es gelingt, die vorstehend aufgezeigten Nachteile
der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß die Einbauten, gegen die Kolonnenwand ganz oder teilweise abgedichtet, wie Kolonnenböden
übereinander angeordnet sind und eine gemeinsame, in der Kolonnenachse verlaufende
Welle aufweisen, die mit einem regelbaren Frequenzgenerator verbunden ist.
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Mit Hilfe dieser Vorrichtung gelingt es, die Komponenten bzw. Phasen
während des Verfahrensablaufes in einem engen gleitenden Kontakt zu halten und auf
den gesamten Kolonneninhalt einzuwirken, wodurch selbst bei großen Abmessungen gute
Wirkungsgrade erzielt werden.
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Der Frequenzbereich des Schwingungsgenerators wird zweckmäßig so
gewählt, daß er den Resonanzbereich des drehschwingungsfähigen Systems umfaßt, weil
man hierbei mit einem Minimum an Antriebsenergie auskommen kann. Es ist dabei zweckmäßig,
für eine vollständige Füllung der Kolonne zu sorgen, um mit Sicherheit ein Aufschaukeln
der Schwingungen zu vermeiden; die flüssigen bzw. festen Komponenten wirken hierbei
dämpfend.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die schwingungsfähigen
Einbauten in Frequenzen zu bewegen, die außerhalb ihres Eigenschwingungsbereiches
liegen.
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In den Fällen, in denen die Eigenfrequenzen der Einbauten so hoch
liegen, daß unter Umständen mit Emulsionsbildungen zu rechnen ist, ist es vorteilhaft,
unterhalb des Resonanzbereiches zu arbeiten. Dies kommt insbesondere in Betracht,
wenn es sich darum handelt, verschiedene Flüssigkeiten miteinander in Kontakt zu
bringen.
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Auch bei Systemen mit geringer Dämpfung, z. B. bei Verwendung von
Glockenböden und ähnlichen, insbesondere zu Zwecken der Destillation starr angeordneten
Böden, ist es zur Vermeidung von Resonanzbrüchen vorteilhaft, die schwingungsfähigen
Einbauten in Drehschwingungen zu bewegen, die außerhalb ihres Eigenschwingungsbereiches
liegen.
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In diesen beiden letzterwähnten Fällen bietet die vorliegende Erfindung
gegenüber der Anwendung oszillierender Schwingungen den Vorzug, daß die Hubarbeit
fortfällt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, plattenförmige Einbauten zu
verwenden, die noch Aussparungen aufweisen. Die Aussparungen können in beliebig
geformten Lochungen bestehen. Durch Aussparungen in Form von Abschnitten aus der
kreisförmigen Platte kann dem Flüssigkeitsinhalt der Kolonne eine zusätzliche Bewegungskomponente
aufgezwungen werden.
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Die Einbauten können aber auch Füllkörperschüttungen oder Packungen
enthalten. Solche Einbauten sind zweckmäßig korbähnlich ausgebildet und vorteilhaft
aus Streckmetall oder Lochblech gefertigt.
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In der Zeichnung ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung in beispielsweiser
Ausführungsform dargestellt. Abb. 1 zeigt eine Kolonne2, die am Kopf und am Fuß
mit Zu- und Abflußorganen versehen ist.
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Die drehschwingungsfähigen Einbauten 1 sind wie Kolonnenböden übereinander
angeordnet und durch Gleitringe 7 gegen die Kolonnenwand teilweise abgedichtet;
die gemeinsame Welle 6 ist mit einem Schwingungsgenerator 3 gekuppelt.
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Die im oberen Teil der Kolonne 2 eingezeichneten plattenförmigen
Einbauten 1 enthalten gebohrte Aussparungen 4. DieAbb. 3, 4 und 5 stellen zweckmäßige
Formen dieser Aussparungen 4 dar. Die Aussparungen können aber auch wie in Abb.
2, die einen Hori-
zontalschnitt der Kolonne nach A-B zeigt, schlitzförmig gestaltet
sein. Die kreisabschnittförmigen Aussparungen 5 einer Platte sind gegenüber denen
der benachbarten Platten versetzt angeordnet.
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Zum Durchtritt der Komponenten stehen lediglich die Aussparungen
4 und 5 zur Verfügung.
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Die in den Abbildungen gezeigte Form der Einbauten ist lediglich
eine beispielsweise Ausführungsform. An Stelle von ebenen Platten können z. B. auch
gewölbte oder kegelig geformte Platten vorgesehen sein. An Stelle von Platten können
auch Sieb-.
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Schlitz-, Loch- oder Streckmetallböden angeordnet sein. Glockenböden
eignen sich in gleicher Weise zum schwingungsfähigen Einbau. Man kann mit Vorteil
auch korbähnliche Gebilde verwenden, wie im unteren Teil der Abb. 1 gezeigt, die
Füllkörper oder andere Schüttungen enthalten.
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Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Inberührungbringen
von verschiedenen Flüssigkeiten, wie z. B. bei Extraktionen, hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, gelochte, tellerförmige Einbauten in der Kolonne 2 zu verwenden. Handelt
es sich darum, Flüssigkeiten und Gase miteinander in Berührung zu bringen, z. B.
beim Begasen, Rektifizieren, so verwendet man vorteilhafterweise Glocken-, Sieb-,
Schlitz- oder Lochböden. Siebe oder Paddeln haben sich als zweckmäßig erwiesen,
wenn es sich darum handelt, Flüssigkeiten mit Feststoffen in Berührung zu bringen.
Beim Inberührungbringen von Feststoffen mit Gasen, z. B. beim Adsorbieren oder Trocknen,
haben sich tellerförmige Gebilde als Einbauten in der Kolonne 2 als vorteilhaft
erwiesen.