DE1154074B - Verfahren zur Trennung von Fluessigkeitsgemischen im elektrischen Feld - Google Patents

Description

Beim Trennen von Flüssigkeitsgemischen im elektrischen Feld ist es bekannt, die Geschwindigkeit der Lösung so zu bemessen, daß sie zwischen der Wanderungsgeschwindigkeit des schnelleren und der des langsameren Ladungsträgers liegt. Der schnellere Ladungsträger wandert also gegen den Strom, während der langsamere mit dem Strom zurückgeschwemmt wird. Das Verfahren wird im allgemeinen verwendet, um Teilchen mit Ladung gleichen Vorzeichens, also entweder Anionen oder Kationen, und zwar anorganische als auch organische, voneinander zu trennen. Es kann aber auch dazu dienen, andere gelöste Stoffe zu trennen, z. B. solche, bei denen nur die eine Sorte der zu trennenden Teilchen eine Ladung aufweist.

Um zu verhindern, daß durch thermische oder sonstige Effekte in der Trennapparatur eine Konvektion auftritt, welche der durch die Gegenstromwanderung bewirkten Trennung entgegenwirkt, wird allgemein das elektrische Feld und die durch dieses langsam hindurchströmende Flüssigkeit durch Trennwände in eine größere Anzahl hintereinanderliegender Kammern aufgeteilt. Nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag kann eine Vorrichtung verwendet werden, in deren elektrischem Feld engmaschige Siebe oder Gewebe mit in der Größe übereinstimmenden Öffnungen als Trennwände angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Trennwänden sollen dabei das Mehrfache ihrer Wandstärke betragen.

Das zu trennende Flüssigkeitsgemisch wird etwa in der Mitte der aus hintereinandergereihten, Trennwände enthaltenden Kammern bestehenden Säule zugesetzt. Die mit bzw. entgegen dem Flüssigkeitsstrom angereicherten Fraktionen werden aus einer Kammer vor der die Elektrode enthaltenden Kammer entnommen. Es liegen also zwischen den am Ende der Säule liegenden Elektroden und den Punkten, an denen die angereicherten Fraktionen entnommen werden, noch eine oder mehrere Kammern, welche ebenfalls Trennwände enthalten. Diese Kammer soll einerseits verhindern, daß die zu trennenden Ionen an die Elektroden gelangen und dort gegebenenfalls verändert werden, was besonders bei organischen Ionen wichtig ist. In ihr soll aber auch das den Flüssigkeitsstrom erzeugende Lösungsmittel von den zu trennenden Ionen befreit werden, so daß das Lösungsmittel im Kreislauf in die Apparatur zurückgeführt werden kann.

Es wurde gefunden, daß die abzutrennenden Ionen von dem Lösungsmittel in einfacher Weise befreit und zur Wanderung an die Elektroden verhindert werden, wenn eine Vorrichtung, in der ein Verfahren zur Trennung

von Flüssigkeitsgemischen

im elektrischen Feld

Anmelder: CIBA Aktiengesellschaft, Basel (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 3. September 1958 und 22. Juli 1959 (Nr. 63 555 und Nr. 76 061)

Dr.-Ing. Klaus Clusius, Zürich,

und Dr. Max Huber, Winterthur (Schweiz),

sind als Erfinder genannt worden

Lösungsmittel, dem das Flüssigkeitsgemisch zugesetzt wird, in Richtung des elektrischen Stromes durch Siebe oder Gewebe mit in der Größe übereinstimmenden Öffnungen wandert, verwendet wird und erfindungsgemäß dem Flüssigkeitsstrom zwischen einer Elektrode und der Zugabestelle des Gemisches ein Hilfsion zugesetzt wird. Vorteilhaft wird hierfür eine Vorrichtung verwendet, bei der eine Hilfselektrode zwischen den Elektroden angeordnet ist.

Als Hilfsion wird ein Ion verwendet, welches im elektrischen Feld noch schneller wandert als das schnellere der zu trennenden Ionen. Es soll außerdem die Eigenschaft haben, daß es anschließend von dem schnellen Ion einfach abzutrennen ist. Durch die Anwesenheit des Hilfsions tritt in dem wirksamen Teil eine kleinere Feldstärke auf als im eigentlichen Trennteil, so daß hier auch das schnellere der zu trennenden Ionen zurückgeschwemmt wird. Das Hilfsion wird laufend auf der der eigentlichen Trennsäule zugewendeten Seite des Entionerteiles zugeführt und gelangt durch Gegenstromwanderung in Richtung der auf dieser Seite liegenden Stromzuführungselektrode, während das schnellere der zu trennenden Ionen im Vergleich zum Hilfsion zurückgeschwemmt wird und so mit der Elektrode in Berührung kommen kann.

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Dieser durch den Zusatz des Hilfsions bewirkte sinkt an den Teilen mit geringerer Stromstärke, so Effekt kann zusätzlich verstärkt werden durch die daß die Einstellzeit der ganzen Anordnung kleiner Überlagerung eines zusätzlichen elektrischen Stromes wird. Eine solche Anordnung ist erheblich einfacher

in dem wirksamen Teil. Das Potential der Hilfselek- als die Kaskadenschaltung mehrerer Säulen,

trode liegt zwischen dem der beiden Hauptelektroden. 5 Die Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Kaskadenanord-

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung nung, bei der die Kaskadenwirkung durch Änderung

sowie des nachfolgenden Beispiels im einzelnen der Stromstärke längs der Säule in nur einer Stufe

erläutert, wobei die erfolgt. Die Anordnung weist im Vergleich zu der

Fig. 1 und 2 schematische Anordnungen im Anordnung der Fig. 1 zwischen den Trennwänden 15

Schnitt zeigen. io und 11 enthaltenden Räumen im Raum 91 eine Elek-

Die waagerecht liegende Trennsäule besteht aus trode 93 auf, die von den Stromquellen 28 und 92 einem zentralen Rohr 10, auf welches mit verschie- gespeist wird. Der Energieverbrauch pro Zentimeter denen Abständen Trennwände 11,12 und 13 auf- Kolonnenlänge sowie die Konzentration in den von gezogen sind. Am Ende ist die Säule durch zwei der Stromquelle 92 gespeisten TeE der Kaskaden-Endplatten abgeschlossen. Das Ganze ist mit einer 15 anordnung sind nur halb so groß wie in dem von der Hülle 18, beispielsweise einer elastischen Haut oder Stromquelle 28 gespeisten Teil. Dadurch wird der einem dicht auf die Trennplatten passenden Rohr, gesamte Energieverbrauch sowie die Einstellzeit der abgeschlossen, so daß das Ganze eine rohriörmige Anordnung kleiner als die einer einfachen Säule, die Säule bildet. Die Trennwände 12 sind durch Ab- den gleichen Trenneffekt erzielt. Am günstigsten wäre Standsstücke genau parallel gehalten und bilden so 20 es, den Strom kontinuierlich dem sich entlang der die einzelnen Kammern. In den beiden äußeren Kam- Säule ändernden Molenbruch anzupassen. Dies ergibt mern, dem Kathodenraum 20 und dem Anodenraum aber eine sehr komplizierte Anordnung, so daß man 22, befinden sich die Kathode 24 und die Anode 26, sich meist mit nur zwei oder sehr wenigen Stufen welche mit einer Stromquelle 28 verbunden sind. begnügt.
Durch die Trennwände wird die gesamte Säule in 25 .
kurze Kammern aufgeteilt, welche eine Konvektion Beispiel
vorzugsweise nur senkrecht zur Richtung des Gegen- Es wird das Antibioticum Ferrimycin A aus einem stromes zulassen. Zur Abführung der durch den rohen Gemisch von Fermentationsprodukten ange-Stromdurchgang entstehenden Wärme wird durch das reichert. Die aktive Verbindung gehört zu den schnel-Zentrakohr mittels der Rohrleitungen 30 und 32 ein 30 ler wandernden Komponenten des Gemisches und Kühlmittel hindurchgeleitet. Desgleichen erfolgt eine reichert sich so gegen die Kathode hin an. Um eine Kühlung an der Oberfläche der Hülle 18. Dem Zerstörung der Substanz an der Kathode zu vermei-Kathodenraum20wird durch die Leitung 34 Lösungs- den, wurde die Säule nach Fig. 2 verwendet, in der mittel zugeführt, welches im Anodenraum 22 durch zwischen Raum 20 und Raum 23 mehrere Platten das Überlaufrohr 36 abtropft. Die Zuführung des zu 35 eingefügt sind.

trennenden Flüssigkeitsgemisches erfolgt in der Mitte Zwischen diesem Teil und der eigentlichen Trennder Säule in den Raum 21 durch das Rohr 40. Die säule wurde als Hilfsion Na⁺ in Form einer 0, InEntnahme der gegen den Lösungsmittelstrom ange- Natriumacetatlösung zugetropft. Das Natriumion reicherten schnellen Ionen aus dem Kathodenraum wandert schneller als sämtliche Kationen des Ge-23 erfolgt durch das Rohr 42. Die Entnahme der 40 misches, es übernimmt die Kationen-Stromleitung im durch den Strom mitgeschwemmten langsamen Ionen Raum vor der Kathode. Die organischen Kationen aus dem Anodenraum 25 erfolgt durch das Rohr 44. wandern nur bis zum kathodenseitigen Ende des

Die aus der Leitung 36 ablaufende Säure kann bei- Natriumionen enthaltenden Abschnitts und kommen

spielsweise mittels einer Pumpe wieder der Zuleitung also nicht mit der Kathode in Berührung.

34 zugeführt werden. 45 Der Zufluß der Natriumacetatlösung wurde von

Durch eine Zusatzelektrode 80 im Anodenraum einer kleinen Leitfähigkeitsmeßzene am kathoden-

25, die von der Anode durch weitere Trennwände 13 seitigen Ende des Abschnitts automatisch gesteuert,

getrennt ist, wird ein zusätzlicher Strom erzeugt. Die Wird zuviel Natriumacetat zugetropft, so gelangen

Zusatzelektrode 80 ist über eine Stromquelle 82 mit Natriumionen auch in den Trennteil. Dadurch steigt

der Anode 26 verbunden. 50 die Leitfähigkeit an der Meßstelle, die Natriumacetat-

Da der Trenneffekt bzw. die Geschwindigkeit des zufuhr wird unterbrochen. Mit der Zeit wandern die Stofftransportes proportional der Stromstärke und Natriumionen zur Kathode, von wo sie durch Spüandererseits proportional dem Molenbruch der im lung zum Teil entfernt werden. Die Lösung in der Lösungsmittel enthaltenen Stoffe ist, ergibt sich für Meßzelle verarmt an Natriumionen, die Leitfähigkeit einen bestimmten Stofftransport ein um so geringerer 55 sinkt, worauf die Natriumacetatzufuhr erneut geöffnet erforderlicher Stromverbrauch, je höher der Molen- wird. Auf diese Weise kann die Grenze zwischen bruch ist. Man kann also zur Stromersparnis die organischen Kationen und dem Hilfsion Na+ in gesamte Anordnung aus mehreren in Kaskade ge- einem bestimmten Abstand von der Kathode festschalteten Elementen aufbauen. Es ist aber auch gehalten werden.

möglich, eine einzige Trennsäule mit konstantem 60 Die charakteristischen Daten der Apparatur waren: Querschnitt zu verwenden und mehrere Hilfselektro-

den nach Art der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung Durchmesser der Platten 4,0 cm

anzubringen, durch welche man die Stromstärke Kühlrohrdurchmesser 1,2 cm

gegen die Enden der Säule hin anwachsen läßt und Gesamtlänge 17 cm

die Stromstärke damit den an den verschiedenen 65 Fläche der mit Sieben ver-

Teilen der Säule herrschenden Molenbruch anpaßt. sehenen Durchbrüche der

Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms ist in der Trennwände 1,8 cm²

ganzen Säule konstant, die Gesamtkonzentration Plattenzahl pro Zentimeter .. 3,3

Plattenzahl zwischen Anode

und Raum 25 6

Plattenzahl des Trennteils ... 24

Plattenzahl zwischen Kathode

und Raum 23 6

Stromstärke im Trennteil 55 mAmp.

Stromstärke im Raum zwischen

20 und 91 90mAmp.

Flüssigkeitsstrom 0,65 ccm/Min.

Konzentration des Flüssigkeitsstroms an Essigsäure .. 0,3 normal

Vorratslösung des Hilfs-Ions 0,1 n-Na-Acetat

in 0,3 n-Essigsäure

eine Aktivität von 100%, eine Probe aus dem unteren Drittel des Trennteils dagegen eine Aktivität von nur 7%.

In der weiteren Aufarbeitung wird die aktive Substanz aus der wäßrigen Lösung extrahiert. Es stört deshalb nicht, wenn bei der kontinuierlichen Entnahme etwas Natriumacetat aus dem oberen Entionerteil mit in das entnommene Produkt gelangt.

Konzentration der zu trennenden Substanz im Trennteil
Spannungsabfall am Trennteil
Mittlere Betriebstemperatur..

160 Volt 18⁰C

Um die maximal erreichbare Anreicherung der aktiven Komponente zu klären, wurde die Apparatur vorerst geschlossen betrieben. Der Trennteil wurde gefüllt mit einer 0,5%igen Lösung des Gemisches in O,3n-Essigsäure. 1 mg der Ausgangssubstanz hatte eine Aktivität von 23%, bezogen auf eine durch Papierelektrophorese gereinigte Standardprobe von 100%. Nach 24 Stunden Betrieb zeigte eine nahe dem oberen Ende des Trennteils entnommene Probe

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen, die einem in Richtung eines elektrischen Feldes durch mehrere hintereinanderliegende engmaschige Siebe oder Gewebe mit in der Größe übereinstimmenden Öffnungen strömenden Lösungsmittel zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zugabestelle des Gemisches und einer Elektrode ein Hilfsion zugesetzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer länglichen, an den Enden Elektroden und dazwischen engmaschige Siebe oder Gewebe mit in der Größe übereinstimmenden Öffnungen, Zu- und Ableitungen enthaltenden Säule, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektroden eine Hilfselektrode (25,93) angeordnet ist und Potential zwischen den beiden Hauptelektroden liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen