DE1241801B - Kontinuierliches Verfahren zum Zonenschmelzen eines schmelzbaren Gemisches aus einem Loesungsmittel und wenigstens einem darin geloesten Stoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. CL:.

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

BOId

BOIj
Deutsche Kl.: 12c-2

W23421IVC/12.C
31. Mai 1958
8. Juni 1967
30. November 1967

Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Es ist bekannt, das Zonenschmelzen zum Umgruppieren der Bestandteile eines schmelzbaren Gemisches aus einem Lösungsmittel und einem oder mehreren darin gelösten Stoffen mit von 1 abweichenden Seigerungskoeffizienten einzusetzen, um Material 5 von gewünschter Zusammensetzung zu erzeugen. Das Zonenschmelzen kann bei Systemen aus Metallen und ihren Legierungen, bei Salzen und Salzlösungen organischer und anorganischer Art sowie allgemein bei Systemen Anwendung finden, die aus Lösungsmitteln und darin gelöstem Stoff bestehen und aus fester Phase in flüssige Phase bzw. umgekehrt übergeführt werden können. Besondere Bedeutung hat das Zonenschmelzen auf dem Gebiet der Raffination erlangt, und zwar vornehmlich zur Behandlung von Halbleiterstoffen, wie Silicium und Germanium, und von Salzen, wie Kaliumnitrat und Galliumtrichlorid.

Das grundlegende Zonenschmelzverfahren ist in der österreichischen Patentschrift 183 790 beschrieben. Es besteht im Prinzip darin, daß eine Schmelzzone *o beispielsweise längs eines Festkörpers aus dem zu behandelnden Gemisch geführt wird. Hierbei scheidet sich das in der Zone geschmolzene Behandlungsgut in der ihr folgenden Erstarrungsfront angereichert an gelösten Stoffen ab, deren Seigerungskoeffizient größer als 1 ist, und verarmt an gelösten Stoffen, deren Seigerungskoeffizient kleiner als 1 ist. Es handelt sich dabei noch um ein diskontinuierliches, ansatzweise arbeitendes Verfahren mit den allen ansatzweise arbeitenden Verfahren grundsätzlich anhaftenden bekannten Nachteilen.

Bei einem kontinuierlichen Verfahren hat man demgegenüber die Möglichkeit, durch Anwendung einer langen Startperiode einen stetigen Zustand zu erreichen, von welchem aus alles nachfolgende Gemisch notwendigerweise unter den Bedingungen dieses stetigen Zustands behandelt wird, wobei die Entnahme von Produkten mit der gewünschten Zusammensetzung gleichzeitig mit der Einführung von Ausgangsgemisch erfolgt.

Eine kontinuierliche Betriebsweise, bei welcher die Relativbewegung zwischen Schmelzzonen und schmelzbarem Gemisch durch einen Materialfluß von einer Aufgabestelle zu einer Entnahmestelle überlagert ist, ist in der französischen Patentschrift 1 112 171 beschrieben. Es war dabei die Schwierigkeit zu überwinden, die sich einerseits aus der Inkompressibilität der flüssigen und der festen Phase des Gemisches und andererseits aus dem Umstand ergibt, daß die feste Phase jeweils an der angrenzenden Führungs- oder Behälterfläche der Apparatur haftet. Nach der französischen Patentschrift 1 112171 wird diese Kontinuierliches Verfahren

zum Zonenschmelzen eines schmelzbaren

Gemisches aus einem Lösungsmittel

und wenigstens einem darin gelösten Stoff

Patentiert für:

Western Electric Company, Inc.,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Dipl.-Ing. P. G. Blumbach
und Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. W. Weser,
Patentanwälte, Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

William Gardner Pfann, Far Hills, N. J.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Juni 1957 (667 754)

Schwierigkeit durch die Einführung von Lücken behoben, z. B. in Gestalt von Luftblasen, welche sicherstellen, daß jeweils der Abschnitt des abschmelzenden Gemisches von der hierbei anfallenden Schmelze getrennt ist.

Dieses kontinuierliche »Zonenlückenschmelzen« befriedigt jedoch auch noch nicht ganz. Insbesondere erschweren die Bildung und Aufrechterhaltung der Lücken die Verfahrensdurchführung. Es besteht außerdem die Gefahr, daß das gasförmige oder flüssige Medium, welches die Lücken füllt, von dem schmelzflüssigen Gemisch mehr oder weniger aufgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet ohne Lücken und vermeidet daher diese Nachteile. Wie beim Zonenlückenschmelzen wird das schmelzbare Gemisch hierbei einem Gefäß an einer hoch gelegenen Stelle zugeführt und aus diesem das erhaltene Produkt an einer tiefer gelegenen Stelle entnommen; eine Schmelzzone wird wiederholt stetig durch das Gemisch vom Entnahmebereich zum Zuführungsbereich oder umgekehrt hindurchgeführt. Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, daß die obere Fläche des lückenfrei in dem Gefäß enthaltenen Gemisches so eingestellt wird, daß sie eine von der Zuführungs-

709 734/25

zur Entnahmestelle verlaufende geneigte Fläche bildet, längs welcher jeweils geschmolzenes Material im Bereich der Schmelzzone abwärts fließt.

Bei einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird — wie beim Zonenlückenschmelzen — auch an einer zweiten, auf der der ersten Entnahmestelle abgelegenen Seite der Zuführungsstelle liegenden Stelle des Gefäßes, welche unterhalb und im seitlichen Abstand von der Zuführungsstelle für das Ausgangsmaterial liegt, Schmelze entnommen. Erfindungsgemäß wird dabei die obere Fläche des in dem Gefäß zwischen der Zuführungsstelle und der zweiten Entnahmestelle befindlichen Gemisches so eingestellt, daß -sie eine von der Zuführungsstelle zur zweiten Entnahmestelle verlaufende geneigte Fläche bildet. Die Schmelzzone wird ständig in gleicher Richtung von dem einen Entnahmebereich zum anderen geführt.

in der Zeichnung zeigt

Fig. IA eine einstufige Zonenschmelzvorrichtung im Längsschnitt,

Fig. IB die Vorrichtung nach F i g. 1 A in Stirnansicht,

F i g. 2 den Längsschnitt einer entsprechenden Vorrichtung mit Wehren gemäß Anspruch 4,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines einstufigen Zonenschmelzverfahrens gemäß Anspruch 2,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines zweistufigen Zonenschmelzverfahrens gemäß Anspruch 3,

F i g. 5 die perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung für die Durchführung eines zweistufigen Zonenschmelzverfahrens,

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines vielstufigen Zonenschmelzverfahrens (Anspruch 3),

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Zonenschmelzverfahrens, welches von demjenigen nach F i g. 4 dadurch abweicht, daß die Zweistufigkeit sich auf einen Zweig der ersten Stufe beschränkt (Anspruch 3),

F i g. 8 eine schematische Darstellung eines vielstufigen Verfahrens auf der Grundlage des Verfahrens nach Fig. 7.

Für die Darstellung in der Zeichnung gilt folgendes:

1. Die Schmelzzonenbewegung erfolgt im Sinne der gestrichelten Pfeillinien Z von links nach rechts.

2. Die Fließbewegung der Schmelze erfolgt im Sinne der vollen Pfeillinien S.

3. Das zubehandelnde Gemisch wird in der Richtung F eingeführt und besteht aus einem Lösungsmittel A und einem oder zwei darin gelösten Stoffen B, C, deren Seigerungskoeffizient k von 1 abweicht.

4. Die erhaltenen Produkte sind an den Entnahmestellen mit, P_a, Pb, Pc bezeichnet.

Fig. IA und 1 B zeigen eine einstufige Vorrichtung für die Reinigung eines Lösungsmittels A, welches eine darin gelöste Substanz B mit einem k < 1 enthält, im Gleichgewichtszustand. Die Vorrichtung besteht aus einem langen offenen Behälter 1 mit zwei Schmelze-Entnahmestellen 2 und 3 sowie einem Rohstoffeinlaß 4.

Unter den obigen Voraussetzungen ist das bei 3 entnommene Produkt Pf, an gelöstem Stoff angereichert und wird daher als Abfall betrachtet, während das am Auslaß 2 abgezogene Produkt P_a, das weniger gelösten Stoff enthält als der Rohstoff, das Fertigprodukt bildet.

Das in dem Behälter 1 befindliche zu behandelnde Gemisch 5 wird von den Schmelzzonen 6 und 7 durchquert, welche mittels beweglicher Heizelemente 8 erzeugt werden.

Die Menge des in Richtung Feingeführten Rohstoffs ist so bemessen, daß er den Scheitel des Gemisches 5 auf einer Höhe h_a oberhalb der Entnahmestelle 2 und auf einer Höhe A& oberhalb der Entnahmestelle 3 hält. Unter dieser Bedingung nähert sich die Begrenzung der Oberfläche des Gemisches 5 geneigten Flächen, welche in entgegengesetzten Richtungen vom Einlaß 4 zu den Auslässen 2 und 3 führen. Die Neigung +ha/Le gilt für den Abschnitt 9-10 bzw. Le und die Neigung —hb/Ls für den Abschnitt 10-11 bzw. Ls. Für den Abschnitt 9-10 ist die Volumenbewegung im Bereich der Schmelzzonenbreite durch die Fläche des Dreiecks 12-13-14 am Auslaß 2 bestimmt. Dieses Dreieck stellt den Teil der Schmelze dar, welcher abfließt, wenn eine Schmelzzone 6 von der Länge / sich in Startstellung am linken Ende des Behälters 1 befindet. Ähnliches gilt für die Schmelzentnahme am Auslaß 3.

Die Volumenbewegung je Schmelzzone ist für das bei Auslaß 2 entnommene Produkt

P₀ = V₂ ha P L_E

und für das bei Auslaß 3 entnommene Produkt

P_b=

Die Bewegung des Produktes P_a verläuft entgegengesetzt zur Schmelzzonenbewegung, während die Bewegung des Produktes Pj, in der gleichen Richtung wie die Schmelzzonenbewegung erfolgt. Die Volumenbewegungen der Produkte P_a und Pb können durch Regelung der bestimmenden Größen wie Scheitelhöhe, Abschnittlänge, Schmelzzonenlänge und Querschnittsbreite gesteuert werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Bewegung der Produkte P_a und Pb nicht von der Querschnittshöhe abhängt, obwohl diese Abmessung für die Zusammensetzung der Produkte P_a und Pb von gewisser Bedeutung ist. Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist für die Volumenbewegung die Schwerkraft bestimmend. Daneben können Dichteänderungen auf die Volumenbewegung Einfluß haben, wie im Falle eines Gemisches mit Germanium als Lösungsmittel, bei welchem die Dichte der flüssigen Phase größer als die der festen Phase ist und ohne Volumenbewegung in der Richtung der Schmelzzonenbewegung verursacht.

Die Volumenbewegung auf Grund der Dichteänderung ist in der Literatur bereits untersucht worden, z. B. von W. G. P f a η η in »Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers,« Bd. 197, S. 1441 (1953).

In diesem Aufsatz sind auch die zu verwendenden Neigungswinkel erwähnt, um die Volumenbewegung infolge Dichteänderung zu beseitigen.

Es ist wünschenswert, den Querschnitt des Gemisches 5 in Richtung zum Rohstoffeinlaß 4 zu vergroßem, weil sich dadurch ein vermehrter »Rücklauf« mit Annäherung an den Rohstoffeinlaß verwirklichen läßt. Der optimale Querschnittzuwachs kann errechnet werden; es wird dazu beispielsweise auf M. Benedict in »Transactions of the American Institute of Chemical Engineers«, Bd. 43, S. 41 (1947), verwiesen.

Bei der in F i g. IA und 1 B gezeigten Vorrichtung

die einen flachen Behälterboden aufweist, ergibt sich die vorteilhafte Querschnittzunahme aus der Neigung

des Gemisches 5 von selbst. Eine weitere Anpassung der Querschnittsänderung kann durch Variation der Schmelzzonenlänge und auch durch Variation der Behälterbreite in Längsrichtung des Behälters verwirklicht werden.

.Die Änderung des Schmelzvolumens in Richtung auf den Rohstoffeinlaß ist indessen kein notwendiges Merkmal der Erfindung. Durch Änderung der Gestaltung läßt sich auch ein konstantes Zonenvolumen verwirklichen. Eine solche Gestaltungsänderung kann in der Verringerung der Behälterbreite oder in der Verkleinerung der Schmelzzonenlänge oder in der Anpassung der Neigung der Bodenfläche des Behälters an die Neigung des in dem Behälter befindlichen Gemisches 5 bestehen.

Gewöhnlich sind die Neigung der Oberfläche des Gemisches 5 in einer Vorrichtung gemäß Fig. IA und 1 B und die thermischen Verfahrensbedingungen so, daß die Bewegung flüssigen Materials auf die jeweilige Schmelzzone 6 bzw. 7 beschränkt ist und solches ao Material nicht über die vom Einlaß 4 am meisten entfernte Grenzfläche einer Schmelzzone hinwegfließt. Wenn aber ein solches Fließen eintreten sollte, wie es der Fall sein kann, wenn die Oberfläche des Gemisches 5 stark geneigt ist oder wenn der Temperaturgradient an der vom Einlaß 4 weiter entfernten Grenzfläche gering ist, so erstarrt die Schmelze gewöhnlich an der Oberfläche der angrenzenden festen Phase des Gemisches 5 und verhindert dadurch weiteres Überfließen. Eine kleine Überlaufmenge erfordert in der Regel keine Sicherheitsmaßnahmen, weil der Wirkungsgrad der Trennung nur geringfügig verschlechtert wird. Wenn es jedoch wünschenswert ist, einen solchen Überlauf zu verringern, empfiehlt sich die Benutzung der Vorrichtung nach F i g. 2.

Die Vorrichtung nach F i g. 2 besteht aus einem Behälter 21 mit flachem Boden, einem Rohstoffeinlaß 24, einem Fertigproduktauslaß 22, einem Abfallauslaß 23 und einem oder mehreren (nicht gezeigten) Heizelementen, die je eine Schmelzzone 26 mit einer voreilenden Grenzfläche 26a und einer nacheilenden Grenzfläche 26 b in dem Gemisch 25 erzeugen. Die Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. IA, IB durch den Einbau einer Reihe senkrechter, als Wehre wirkender Trennwände 27, die sich ein kurzes Stück von oben bis unter die Oberflächen 28 und 29 des Gemisches 25 erstrecken. Die Trennwände 27 können aus jedem Material bestehen, das keine Verunreinigung bewirkt und einen höheren Schmelzpunkt als das Gemisch 25 besitzt. Eine schematische Darstellung des Zonenschmelzverfahrens in einer der erläuterten Vorrichtungen ist in F i g. 3 wiedergegeben.

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung eines zweistufigen Zonenschmelzverfahrens, welches die Trennung eines aus drei Komponenten bestehenden Gemisches ermöglicht. Das in Richtung F zugeführte zu behandelnde Gemisch kann z. B. aus einem Lösungsmittel A, einer kleinen Menge gelöster Substanz B mit einem k > 1 und einer kleinen Menge gelöster Substanz C mit einem k < 1 bestehen. Der Behälter 41 enthält eine sich in Längsrichtung erstreckende Trennwand 41«, welche im Abstand von den Auslässen 42, 43 endigt, aber auf dem größten Teil der Behälterlänge die Schmelzzonen 46a, 46b voneinander scheidet. Am Auslaß 42 wird ein an B angereicherter Anteil P_a und am Auslaß 43 ein an C angereicherter Anteil Pb des Behandlungsgutes entnommen. Der zweite in F i g. 4 unterhalb der Trennwand 41a liegende Abschnitt bewirkt eine weitere Änderung der Zusammensetzungen der nicht entnommenen Anteile, so daß am Auslaß 47 ein drittes Produkt P₀ entnommen werden kann, welches bezüglich des Lösungsmittels A angereichert ist.

Bei der Prüfung der Vorgänge in dem zweiten Abschnitt des Behälters 41 ist zu beachten, daß das Produkt P_a sich vorwiegend aus Lösungsmittel A und gelöster Substanz B mit einem k >1 zusammensetzt und daß das Produkt P_h vornehmlich aus Lösungsmittel A und gelöster Substanz C mit einem k <1 besteht.

Betrachtet man das Produkt P_a für sich, so sieht man, daß die Bewegung der Schmelzzone 46b im unteren Abschnitt des Behälters vom Auslaß 42 zum Auslaß 47 eine weitere Anreicherung der IComponente B im Bereich des Auslasses 42 zur Folge hat und zu einer entsprechend größeren Anreicherung von P_c an Lösungsmittel A am Auslaß 47 führt. Die weitere Bewegung der Schmelzzone 46b nach rechts ergibt eine weitere Anreicherung der Komponente C im Bereich des Auslasses 43 und eine entsprechende Steigerung der Konzentration des Lösungsmittels A in dem bei 47 entnommenen Produkt P_c. Das Fließen der Schmelze im oberen Abschnitt erfolgt von dem Einlaß ab in entgegengesetzten Richtungen bis zu den Auslässen 42, 43, wo die Produkte P_a und Pb entnommen werden. Das Fließen der Schmelze im zweiten oder unteren Abschnitt beginnt in den Bereichen der Auslässe 42, 43 und endigt am Auslaß 47 für das Produkt P_c. — Die Schmelzströme, welche das Produkt P_e bilden, können auch getrennt voneinander entnommen werden. Es ist dazu nur erforderlich, in den Abschnitt eine Trennwand 48 einzusetzen und für die Produkte P₁' und P₀" getrennte Entnahmestellen vorzusehen. — Es ist natürlich nicht notwendig, daß die Einführung des zu behandelnden Gemischs und die Entnahme des Produkts P_c in der Längsmitte des Behälters 41 erfolgen. Die optimale Anordnung dieser Stellen hängt von der Zusammensetzung des zu behandelnden Gemisches ab.

Eine perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung, in der das Verfahren nach dem Schema der F i g. 4 ausgeführt wird, zeigt Fig. 5. Es handelt sich um einen offenen Behälter 51 mit einer Längstrennwand 51a. Das zu behandelnde Gemisch wird durch Einlaß 54 eingeführt; das Produkt Pb wird durch Auslaß 53 und Produkt P_c durch Auslaß 57 entnommen. Der höchste Punkt des in dem Behälter befindlichen Gemisches 55 Hegt am Einlaß 54 und der niedrigste Punkt am Auslaß 57; dazwischen liegt auf einer mittleren Höhe der Auslaß 53. Die Oberfläche des Gemisches hat auf den beiden Seiten der Trennwand 51a entgegengesetztes Gefälle und unterschiedliche Höhenlage. Zwischen dem Ende der Trennwand 51a und dem Auslaß 53 ist die Oberfläche des Gemisches dem ersten und zweiten Abschnitt der Vorrichtung gemeinsam und hat ein geringes, aber ausreichendes Gefälle, um einen Abfluß von Produkt Pb durch Auslaß 53 zu gewährleisten.

Das in Verbindung mit F i g. 4 und 5 erläuterte Verfahren zur Trennung von drei Komponenten kann auch als Verfahren zur Behandlung eines binären Systems BC mit unterschiedlichen Seigefungskoeffizienten k in einem Lösungsmittel A betrachtet werden. Die Zugabe des Lösungsmittels A bewirkt eine vollständigere Trennung. Dadurch, daß die Entfernung

von gereinigtem Lösungsmittel möglich ist, kann für die Produkte, die an beiden Enden der Vorrichtung entnommen werden, eine größere Konzentration an B und C verwirklicht werden.

Wenn der Materialfluß im Vergleich zum »Rücklauf« der Schmelzzone nicht sehr klein ist, so kann das in der Vorrichtung der F i g. 5 anfallende Produkt P₀ eine weitere Anreicherung an Lösungsmittel A erfahren. Es ist dazu nur erforderlich, den Verfahrensablauf nach F i g. 4 einmal oder mehrere Male zu wiederholen, d. h. die Vorrichtung nach Fig. 5 zu einer Kaskadenanordnung zu ergänzen. F i g. 6 veranschaulicht aus drei Doppelstufen 61 a, 61 b und 61c, deren jede wie die Vorrichtung nach F i g. 5 arbeitet, wobei das dritte Produkt P_c einer Stufe als Ausgangsmaterial für die nächste Stufe dient.

Das der ersten Stufe bei 64 in Richtung F zugeführte Gemisch bestehe wiederum aus dem Lösungsmittel A, einem darin gelösten Stoff B mit einem k > 1 und einem gelösten Stoff C mit einem k <1. Die Oberfläche des Gemisches ist innerhalb des oberen Abschnitts der ersten Stufe 61a in Richtung auf die beiden Auslässe 62 a und 63 a geneigt. Das am Auslaß 63 a entnommene Produkt Pbi ist mit C angereichert, und das am Auslaß 62a entnommene Produkt P_ai hat eine höhere Konzentration an B erhalten. Die Oberfläche des Gemisches in dem unteren Abschnitt der ersten durch die Trennwand 61a unterteilten Stufe 61a fällt von den beiden Enden der Trennwand 61a' bis zum Auslaß 67 a ab. Das bei 67 a entnommene Produkt P_C1 ist an Lösungsmittel A angereichert.

Das Produkt P₀₁ wird der zweiten Stufe 616 zugeführt. Es sei angenommen, daß die durch die Auslässe 62 b und 63 b entnommenen Produkte P_ffl2 und Pb 2 die gleiche Zusammensetzung haben, wie die Produkte P₀₁ und Pb₁, die durch die Auslässe 62a und 63 a der ersten Stufe 61a entnommen werden. Demgemäß wird das Produkt P_C2, welches im unteren Abschnitt der durch die Trennwand 61b' unterteilten zweiten Stufe 61 b behandelt worden ist und durch den Auslaß 67 b entnommen wird, eine weitere Anreicherung an Lösungsmittel A aufweisen.

In der dritten Stufe 61 c wird der gleiche Verfahrensgang wiederholt. Das Produkt P_C2 bildet das Ausgangsmaterial für die dritte Stufe 61 c, welche die Produkte P_a3, Pb₃ und P_C3 liefert. Das Produkt P₀₃ wird durch Auslaß 62 c entnommen und habe die gleiche Zusammensetzung wie die Produkte Ρ_αι und P_a2. Das bei 63 c entnommene Produkt Pb₃ habe die gleiche Zusammensetzung wie die Produkte Pb ι und Pb 2, und das dritte durch Auslaß 67 c entnommene Produkt P₆₃ erfährt durch seine Behandlung im zweiten Abschnitt der durch die Trennwand 61c unterteilten Stufe 61 c eine weitere Anreicherung an Lösungsmittel A.

Die Unterstellung, daß die Produkte P_ai, Pa₂, Pa₃ bzw. Pbi, Pbi, Pb₃ gleiche Zusammensetzung haben, ist keine notwendige Verfahrensbedingung. Der Einfluß der Strömungsbedingungen auf solche Zusammen-Setzungen wird nachfolgend besprochen.

Alle angegebenen Werte beruhen auf der Unterstellung, daß die gelösten Substanzen -B und C in gleicher Konzentration vorhanden sind und gleichmäßig in entgegengesetzten Richtungen seigern. Die Fließgeschwindigkeit der Schmelze wird mit 100 Volumina je Zeiteinheit angenommen. An dem Ausgangsgemisch, das demgemäß mit 100 Volumina je Zeiteinheit zugeführt wird, seien die beiden gelösten Substanzen mit je 0,2 Volumprozent beteiligt.

Übersicht 1

Das Volumen des Ausgangsgemisches beträgt 99,6Λ + 0,2B + 0,2 C = 100. Bei passender Anordnung der Auslässe 67 a, 67 b und 67 c und passender Entnahmemengen kann erreicht werden, daß die Zusammensetzung der Produkte P_ai, P_a2 und P_a3 und ebenso die Zusammensetzung der Produkte Pb₁, Pb 2 und Pb₃ gleich sind. Die Vorrichtung ist so gestaltet und wird so betrieben, daß jedes der Produkte Pa₁, Pa₂ und Pa₃ 10°/₀ B und eine vernachlässigbare Menge C enthält und daß jedes der Produkte P₆₁, Ps₂ und Ps₃ 10°/₀C und eine vernachlässigbare Menge B enthält. Läßt man P_ai = Pb₁ = 1 Volum sein, so ist das Volumen von

p_ai = 0,9A +0,15= 1,
P₆₁ = 0,9 A +0,1C= 1,
P_C1 = 97,8/4 + 0,l£ + 0,1C = 98.

Zieht man Produkte P_a2 und P₆₂ mit 10°/₀iger Konzentration an gelösten Substanzen B bzw. C ab, und zwar in Volummengen, die halb so groß sind wie Pa₁ und Pt₁, so ist

Pai = Pbi = 0,5,

P„2 = 0,45 Λ + 0,05 B = 0,5,
P₆₂ = 0,45 A +'0,05C = 0,5,
P_c a = 96,9 Λ + 0,055 + 0,05C = 97.

Zieht man für die dritte Stufe wieder die halben, in Pc₂ enthaltenen Mengen an B und C ab, so folgt

Pa₃ = Pb₃ = 0,25,

P_a3 = 0,225 Λ + 0,0255 = 0,25,

P₆₃ = 0,225 Λ + 0,025C = 0,25,

Pc₃ = 96,45 Λ + 0,0255 + 0,025 C = 96,5.

Unter den angegebenen Voraussetzungen wird somit in drei Kaskaden der Gehalt des Lösungsmittels A an Verunreinigungen bis zum Auslaß 67 c im Produkt P_C3 gegenüber dem Ausgangsgemisch auf rund ein Achtel verringert, während gleichzeitig Produkte, die an 5 und Produkte, die an C jeweils rund 50fach angereichert sind, entnommen werden. Die abnehmende Fließgeschwindigkeit in jeder der aufeinanderfolgenden Stufen unterstützt die Sicherung der relativen Anreicherung an 5 und C in jeder folgenden Stufe.

Um die angegebene Anreicherung zu erhalten, kann es unter manchen Umständen notwendig sein, die Länge des Fließweges in aufeinanderfolgenden Stufen zu vergrößern. Eine solche Anordnung kann der nach F i g. 6 ähneln, mit der Ausnahme, daß der allgemeine Umriß des Behälters trapezoidisch wird, derart, daß die breite Basis der Behälterwandung entspricht, die den Auslaß 67 c enthält.

Die Vorrichtung kann auch von einem Kreisausschnitt begrenzt sein, wobei die Behälterwände und Trennwände Bogenform erhalten.

Übersicht 2

Bei gleicher Zusammensetzung des Ausgangsgemisches wie gemäß Übersicht 1 seien die Volumina der Produkte P_ai, Pa₂ und P_a3 und auch die von P₆₁, P₆₂ und P₆₃ gleich. Unter diesen Umständen

sind die Konzentrationen aufeinanderfolgender 5-Produkte und C-Produkte nicht konstant, sondern nehmen ab. Hinsichtlich P_ai, P₆₁ und P_C1 besteht gegenüber der Übersicht 1 noch kein Unterschied. Solche Unterschiede ergeben sich aber für die weiteren Stufen.

P_C1 = 97,8,4 + 0,1 B + 0,1C = 98 Volumina, die etwa 0,1 °/₀ B und 0,1 °/₀ C enthalten,

P₀₂ = 95,9 A + 0,05B + 0,05 C = 96 Volumina, die etwa 0,05 °/₀ B und 0,05 % C enthalten,

P_C3 = 93,95Λ + 0,0255 + 0,025C = 94 Volumina, die etwa 0,027 °/₀ B und 0,027 °/₀ C enthalten.

Es werden hiernach also B- und C-Produkte erhalten, die weniger gelöste Substanz als die entsprechenden Produkte nach Übersicht 1 enthalten, während P₆.₃ nicht ganz so rein in bezug auf A und B ist wie das Produkt P_C3 nach Übersicht 1.

F i g. 7 veranschaulicht eine Abwandlung des zweistufigen Verfahrens gemäß F i g. 4. In dieser Abwandlung erstreckt sich das Leitblech 71 ο bis zum Auslaß 72 des Reinigers 71 und bewirkt damit die Trennung des Produktes P₆. von dem bei 74 eintretenden Ausgangsmaterial und den Produkten P_a und P₆. Im Falle des Systems ABC ist das bei 72 abgezogene Produkt P_a reich an gelöster Substanz B mit einem Seigerungskoeffizienten> 1. Das durch Auslaß 73 abgezogene Produkt P₆ ist in bezug auf gelöste Substanz C mit einem Seigerungskoeffizienten <1 angereichert, während das durch Auslaß 77 abgezogene Erzeugnis P₀ dank der gegenüber der Weglänge vom Einlaß 74 zum Auslaß 73 doppelten Entfernung des Auslasses 77 vom Auslaß 73 beträchtlich reiner in bezug auf gelöste Substanz C ist als das Ausgangsmaterial. Aus dem gleichen Grunde ist bei gleich großer Seigerung der beiden gelösten Substanzen B und C das Produkt P_c in bezug auf gelöste Substanz B weniger rein als das Ausgangsmaterial. Obgleich eine solche Abwandlung in einem System ABC in der Regel nicht vorteilhaft sein mag, kann sie doch vorteilhaft sein, wenn sich B leichter von A trennt als C.

Die in F i g. 8 gezeigte Anordnung ist eine Kaskadenschaltung von 2^x/₂zweistufigen Reinigern mit einer Leitblechanordnung entsprechend Fig. 7. In einem solchen System ergibt ein bei 84 eingeführtes Ausgangsgemisch von dem System ABC die Produkte Pa₁, Pa₂ und P_a3, die bei 82a, 82b und 82c abgezogen werden und in bezug auf B angereichert sind, und Produkte P₆₁, P₆₂ und P_hs, die bei 83 a, 83 b und 83 c abgezogen werden und alle in bezug auf gelöste Substanz C angereichert sind. Das bei 87 abgezogene Produkt P_c ist bezüglich A angereichert und enthält eine relativ kleine Menge gelöster Substanz C und eine größere Menge an gelöster Substanz B als das Produkt Pc 3 der Fig. 6, wenn die Seigerungsbedingungen gleich sind. Diese Abart ist vorteilhaft, wenn der Seigerungskoeffizient von B günstiger ist als der von C.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zum Zonenschmelzen eines schmelzbaren Gemisches aus einem Lösungsmittel und wenigstens einem darin gelösten Stoff, dessen Seigerungskoeffizient von 1 abweicht, in einem Gefäß, welchem das Ausgangsgemisch an einer hoch gelegenen Stelle zugeführt und aus welchem das erhaltene Produkt an einer tiefer gelegenen Stelle entnommen wird, unter wiederholtem stetigem Hindurchführen einer Schmelzzone durch das Gemisch von Entnahmebereich zum Zuführungsbereich oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des lückenfrei in dem Gefäß enthaltenen Gemisches so eingestellt wird, daß sie eine von der Zuführungs- zur Entnahmestelle verlaufende geneigte Fläche bildet, längs welcher jeweils geschmolzenes Material im Bereich der Schmelzzone abwärts fließt.

2. Weitere Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei auch an einer zweiten, auf der der ersten Entnahmestelle abgelegenen Seite der Zuführungsstelle liegenden Stelle des Gefäßes, welche unterhalb und im seitlichen Abstand von der Zuführungsstelle für das Ausgangsmaterial liegt, Schmelze entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch die obere Fläche des in dem Gefäß zwischen der Zuführungsstelle und der zweiten Entnahmestelle befindlichen Gemisches so eingestellt wird, daß sie eine von der Zuführungsstelle zur zweiten Entnahmestelle verlaufende geneigte Fläche bildet und daß die Schmelzzone ständig in gleicher Richtung von dem einen Entnahmebereich zum anderen geführt wird.

3. Weitere Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der ersten und der zweiten Entnahmestelle anfallenden Produkte nur anteilweise entnommen und die nicht entnommenen Anteile jeder für sich in der Erstbehandlung analoger Weise nochmals behandelt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Durchführung in Gefäßen mit Wehren im Bereich der geneigten Flächen des Behandlungsgutes.

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschriften Nr. 183 790,194 444; französische Patentschrift Nr. 1 112 171; Zeitschrift für Naturforschung, 12b (1957), S. 23 bis 26.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 589/310 5.67 © Bundesdruckerei Bertin 709 734/25