DE1442860B - Drehwalzenkolonne zum innigen Kontaktieren einer flüssigen Phase mit einer oder mehreren weiteren Phasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehwalzenkolonne zum innigen Kontaktieren einer flüssigen Phase mit einer oder mehreren weiteren Phasen, insbesondere zum Dispergieren einer Flüssigkeit in einer anderen nicht oder nur teilweise mit ihr mischbaren Flüssigkeit, bestehend aus einem senkrecht stehenden zylindrischen und mit Zu- und Ableitungen für die zu kontaktierenden Phasen ausgestatteten Statorgehäuse, in welchem konzentrisch eine rotierbare Zylinderwalze angeordnet ist, wobei der Kontaktraum in eine Reihe von durchgehenden Stufen eingeteilt ist.

Eine solche Drehwalzenkolonne ist aus der USA.-Patentschrift 2 742 348 bereits bekannt. Dabei ist die Einteilung des Kontaktraums in durchgehende Stufen dadurch erreicht, daß die Zylinderwalze mit in axialem Abstand zueinander angeordneten Rippen versehen ist, die sich mit geringer radialer Breite bis nahe an den Innenumfang des Statorgehäuses erstrecken. Da die Phasen innerhalb des Kontaktraums unter der Wirkung der sich drehenden Zylinderwalze gleichfalls rotieren, besteht das Bestreben, daß sich die schwerere Phase unter der Wirkung der Zentrifugalkraft am Innenumfang des Statorgehäuses sammelt, wo sie im wesentlichen ungehindert in axialer Richtung längs der glatten Innenwand des Statorgehäuses strömen kann. Das wirkt sich nachteilig auf die erstrebte gute Durchmischung der Phasen aus.

Deswegen kann .im Interesse einer ausreichenden Kontaktierung der Phasen nur mit einem vergleichsweise geringen Ringspalt zwischen der Zylinderwalze und dem Statorgehäuse, mit einer geringen Drehgeschwindigkeit der Zylinderwalze und mit einem geringen Durchsatz gearbeitet werden.

Aus der britischen Patentschrift 659 241 ist bereits eine andere Kontaktiervorrichtung bekannt, bei der sich längs der Achse des aufrechtstehenden zylindrischen Statorgehäuses eine Rotorwelle erstreckt, die mit axialem Abstand zueinander angeordnete kreisförmige Scheiben trägt. Am Innenumfang des Statorgehäuses sind ringförmige Wände vorgesehen, die in Radialebenen in der' Mitte zwischen benachbarten Rotorscheiben angeordnet sind. Dabei weisen die Rotorscheiben radialen Abstand vom Statorgehäuse und die ringförmigen Statorwände radialen Abstand von der Rotorwelle auf.

Durch diese bekannte Ausbildung läßt sich eine für den innigen Phasenkontakt vorteilhafte Wirbelbildung in den zwischen den ringförmigen Statorwänden und den Rotorscheiben gebildeten Kammern der Vorrichtung erzielen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Durchwirbelung in den einzelnen Kammern abnimmt,-wenn im Interesse eines erhöhten Durchsatzes ein größerer Gehäusedurchmesser gewählt wird. Dieser Nachteil läßt sich zwar weitgehend dadurch ausschalten, daß die ringförmigen Statorwände und die Rotorscheiben mit größerem Abstand zueinander angeordnet werden, dabei wird jedoch infolge .der größeren Kammerhöhe die axiale Durchmischung der Phasen in unerwünschter Weise begünstigt, so daß zur Beibehaltung der gleichen Anzahl theoretischer Stufen ein längeres bzw. höheres Statorgehäuse gewählt werden muß. Die größere Bauhöhe der Vorrichtung ist von Nachteil, wobei insbesondere die mechanischen Schwierigkeiten ins Gewicht fallen, die sich auf Grund einer Verlängerung des Rotors und auch einer Vergrößerung des Außendurchmessers der Rotorscheiben ergeben. Es können Schwingungen des ,Rotors auf-

' treten und kostspielige Spezialkonsfruktionen für seinen Antrieb nötig werden, und ebenfalls wird die Zentrierung des Rotors erschwert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu verbessern, daß eine Vergrößerung des Statorgehäusedurchmessers und damit des Durchsatzes möglich wird, ohne daß dadurch wie bei den bekannten Vorrichtungen

ίο der Wirkungsgrad bzw. die Zahl der theoretischen Stufen je Längeneinheit abnimmt.
.. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen im Kontaktraum durch jeweils horizontal abwechselnd einmal an der Innenwand des Statorgehäuses angeordnete, Radialabstand von der Zylinderwalze aufweisende Ringflächen und zum anderen nahe von der rotierbaren Zylinderwalze ausgehende und Radialabstand von der Innenwand des Statorgehäuses aufweisende Ringflächen gebildet werden, wobei die Ringflächen jeweils etwa gleich groß sind und sich etwa über die Hälfte des Querschnittes des Kontaktraums erstrecken.

Es hat sich gezeigt, daß diese Ausbildung eine Verbesserung im Sinne der gestellten Aufgabe -bringt, bei der eine hervorragende Durchmischung der Phasen auftritt und der Strömungsverlauf vom Abstand der ringförmigen Statorwände zueinander im wesentlichen unabhängig ist, so daß insbesondere bei großen Statorgehäusedurchmessern eine im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen verbesserte Kontaktierung der Phasen stattfindet, die sich z. B. in einem erhöhten Massenübergang zwischen den Phasen bzw. in einer Erhöhung der Wirksamkeit der Vorrichtung je Längeneinheit äußert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich wegen des erzielbaren guten Kontaktes zwischen den Phasen insbesondere zum Extrahieren von flüssigen Gemischen zur Durchführung'von Adsorptionsverfahren. sowie Ionenaustauschprozessen und allgemein für die Durchführung von chemischen Reaktionen.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die rotierbare Walze wenigstens eine sich in Richtung der Walzenachse erstreckende und gegenüber dem Walzenumfang vorspringende Platte oder Leiste auf.

. Bei dieser Ausbildung, die wesentlich einfacher ist als eine Rotorwelle mit mehreren Radialscheiben.

beschreibt die Außenkante der Platte oder Leiste eine zylindrische Rotationsfläche. Dadurch, daß die Platte oder Leiste in den Kontaktraum hinein vorspringt, wird eine erhöhte Durchwirbelung der Phasen erreicht, und dementsprechend wurde festgestellt, daß durch die Ausbildung der Zylinderwalze mit einer Leiste oder als Platte eine erhöhte Wirksamkeit der Vorrichtung je Längeneinheit erzielt wird. Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Vorrichtung kann man die Ringflächen auf derjenigen Seite, die der Durchlaufrichtung der dispergierten Phase entgegengekehrt ist, mit einem das Zusammenfließen der dispergierten Tröpfchen begünstigenden Material versehen. Als geeignet haben sich Stahlwolle oder künstliche Fasern, z. B. Fasern aus Polypropylen, erwiesen. Bekanntlich ist beispielsweise bei einer Extraktion, bei welcher die eine Phase in der anderen dispergiert wird, der Stoffübergang während des Dispersionsvorgangs und unmittelbar danach besonders groß. Es wird angenommen, daß die bei der

vorgenannten Ausbildung erzielte vorteilhafte Wirkung auf diese Tatsache zurückzuführen ist, weil die dispergierten Tröpfchen in stärkerem Maße als bei den bekannten Vorrichtungen auf die Ringflächen auftreffen und damit in stärkerem Maße ein Zusam- '5 menfließen der dispergierten Phase und eine erneute Tröpfchenbildung beim Eintritt in die nächste Kammer auftritt. Wird nun auf den Ringflächen an der entsprechenden Seite ein das Zusammenfließen der dispergierten Tröpfchen begünstigendes Material angebracht, so wird dadurch die Kontaktierwirkung der Vorrichtung zusätzlich verbessert. .. . . ;
, Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Extrahieren von aromatischen Verbindungen aus Schmieröl mit Hilfe von Furfurol, gegebenenfalls bei erhöhtem Druck, oder von mineralischen oder fetten Ölen, eventuell mit Hilfe mehrerer selektiv wirkender Lösungsmittel, zum Entfernen aromatischer Verbindungen aus Kerosin; mit Hilfe, von Schwefeldioxyd, zum Auswaschen suspendierter Teilchen, beispielsweise in einem Kohlenwasserstoff suspendierter Polypropylenteilchen oder zum Entfernen von Katalysatorresten, Salzsäure und/ oder Alkohol, wobei eine Waschflüssigkeit verwendet wird. Auch ist es möglich, die Vorrichtung gemäß der Erfindung zu einer Extraktion mit zwei Lösungsmitteln zu verwenden, beispielsweise Pentan und Alkohol zur Behandlung flüchtiger Öle, wobei die Lösungsmittel an den Enden und das zu zerlegende Gemisch in der Mitte der Vorrichtung zugeführt wird. Auch kann die Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen wie der Erzeugung von Isopropylalkohol aus Propen und Schwefelsäure, zur Durchführung von Adsorptionsverfahren, beispielsweise der Trennung von Benzol von einem Gemisch von Cg-Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von Silicagel oder in ähnlicher Weise bei Ionenaustauschprozessen verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert, wobei auf die Verwendung der Vorrichtung zur Durchführung einer Flüssig-flüssig-Extraktion im kontinuierlichen Gegenstromverfahren Bezug genommen wird.

In das aufrechtstehende zylindrische Statorgehäuse 1 mündet im Abstand zum oberen Ende eine Zuführungsleitung 2 für die schwerere Phase, während im Abstand vom unteren Ende des Statorgehäuses 1 eine Zuführungsleitung 3 für die leichtere Phase einmündet. Am oberen Ende des Statorgehäuses 1 ist eine Abzugsleitung 4 für die leichtere Phase und am unteren Ende des Statorgehäuses 1 eine Abzugsleitung 5 für die schwerere Phase vorgesehen. Im Statorgehäuse 1 ist eine Zylinderwalze 6 angeordnet, die sich über den durch die Mündungsöffnungen der Zuführungsleitungen 2 und 3 festgelegten mittleren Statorgehäuseabschnitt erstreckt und in Lagern 7, 8 an der oberen und unteren Stirnwand des Statorgehäuses 1 drehbar gelagert ist.

In sich rechtwinklig zur Achse der Zylinderwalze 6 erstreckenden und gleichen Abstand zueinander aufweisenden Ebenen sind Ringflächen 9 angeordnet, die mit ihrem Außenumfang an der Innenwand des Statorgehäuses 1 anliegen, wobei der Innendurchmesser der Ringflächen 9 so gewählt ist, daß diese etwa den halben Durchtrittsquerschnitt zwischen der Zylinderwalze 6 und dem Statorgehäuse 1 ausfüllen. In der Mitte zwischen den Ringflächen 9 und parallel zu diesen sind Ringflächen 10 angeordnet, deren innerer Rand unter Bildung eines Ringspaltes 11 die Zylinderwalze 6 in geringem Abstand umgibt. Der Außendurchmesser der Ringflächen 10 ist so gewählt, daß auch diese etwa die Hälfte des Durchtrittsquerschnifts zwischen der Zylinderwalze 6 und dem Statörgehäuse 1 ausfüllen.

Das Lager 8 an der unteren Stirnwand des Statorgehäuses 1 ist durch eine mit der Welle der Zylinderwalze 6 verbundene Haube 13 abgedeckt, und die auf diese Weise gebildete Lagerstelle mündet eine von der Zuführungsleitung 3 für die leichte Phase ausgehende Zweigleitung 12, so daß die Lagerstelle durch die leichtere Phase geschmiert und die schwere Phase von der Lagerstelle ferngehalten ist.

Zwischen der Zuführungsleitung 2 und der Abzugsleitung 4 am oberen Ende des Statorgehäuses 1 ist ein weitmaschiges Gitter 15 angeordnet, welches sich auf einem mit der Innenwand des Statorgehäuses 1 verbundenen Ring 16 abstützt. Durch dieses Gitter 15 ist ein Absetzraum am oberen Ende des Statorgehäuses 1 gebildet, in dem sich eine unterhalb der Abzugsleitung 4 liegende Trennebene 1.4 ausbildet, oberhalb der sich die leichtere Phas*e befindet, welche sich im Absetzraum von der schweren Phase scheidet. Entsprechend ist auch am unteren Ende des Statorgehäuses 1 durch ein auf einem Stützring 18 liegendes Gitter 17 ein Sammelraum für die schwere Phase gebildet, die durch die Abzugsleitung 5 geführt wird.

Versuche haben ergeben, daß die Vorrichtung zweckmäßigerweise so ausgelegt wird, daß der wirksame Durchmesser der Zylinderwalze 6 zwischen einem Fünftel und der Hälfte, vorzugsweise nicht mehr als ein Drittel, des Durchmessers des Statorgehäuses 1 beträgt und der Radialspalt 11 zwischen der Zylinderwalze 6 und den Ringflächen 10 mit dem kleineren Innendurchmesser zwischen 0,5 und 2% des Durchmessers der Zylinderwalze 6 beträgt, wobei die einander benachbarten Ringflächen 9, 10 in einem Abstand zwischen 3 und 20 cm zueinander angeordnet sind.

Wird die beschriebene Vorrichtung beispielsweise dazu verwendet, aromatische Verbindungen aus Schmieröl mit Hilfe von Furfurol zu extrahieren, so wird über die Zuführungsleitung 2 das die schwerere Phase bildende Furfurol zugeführt, während über die Zuführungsleitung 3 das die leichtere Phase bildende Schmieröl, das aromatische Verbindungen enthält, eingeleitet wird. Ein kleiner Teil des Schmieröls wird dabei über die Zweigleitung 12 dem Lager 8 zugeführt, das auf diese Weise geschmiert wird. Auf Grund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte steigt das Schmieröl mit den aromatischen Verbindungen im Statorgehäuse 1 auf, wobei es die zwischen den Ringflächen 9 und 10 gebildeten Kammern durchläuft, während sich das Furfurol im Gegenstrom dazu durch die Kammern in Richtung zum unteren Ende des Statorgehäuses 1 bewegt. Unter der Wirkung der Zylinderwalze 6 werden das Schmieröl und das Furfurol in den Kammern unter Dispersion der einen Phase innig vermischt, wobei die aromatischen Verbindungen vom Schmieröl in das Furfurol übertreten. Bei richtiger Einstellung der Zulaufmenge von Furfurol und Schmieröl sowie der durch die Abzugsleitung 4 entnommenen Menge an von aromatischen Verbindungen befreitem Schmieröl einerseits und der durch die Abzugsleitung 5 entnommenen

Menge an aromatische Verbindungen enthaltendem Furfurol andererseits ist zu erreichen, daß sich im Statorgehäuse 1 gleichbleibende Verhältnisse einstellen, so daß sich die Trennfläche 14 nicht verschiebt und ein kontinuierliches Arbeiten der Vorrichtung ,5 ohne Störungen gewährleistet ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Drehwalzenkolonne zum innigen Kontakttieren einer flüssigen Phase mit einer oder mehreren weiteren Phasen, insbesondere zum Dispergieren einer Flüssigkeit in einer anderen nicht oder nur teilweise mit ihr mischbaren Flüssigkeit, bestehend aus einem senkrecht stehenden zylindrischen und mit Zu- und Ableitungen für die zu kontaktierenden Phasen ausgestatteten Stator-. gehäuse, in welchem konzentrisch eine rotierbare Zylinderwalze angeordnet ist, wobei der Kontaktraum in eine Reihe von durchgehenden Stufen eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen im Kontaktraum durch jeweils horizontal abwechselnd einmal an der Innenwand des Statorgehäuses (1) angeordnete, Radialabstand von der Zylinderwalze (6) aufweisende Ringflächen (9) und zum anderen nahe von der rotierbaren Zylinderwalze ausgehende und .Radialabstand von der Innenwand des Statorgehäuses aufweisende Ringflächen (10) gebildet werden, wobei die Ringflächen jeweils etwa gleich groß sind und sich etwa über die Hälfte des Querschnittes des Kontaktraumes erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierbare Walze (6) wenigstens eine sich in Richtung der Walzenachse erstreckende und gegenüber dem Walzenumfang vorspringende Platte oder Leiste aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen (9,10) auf derjenigen Seite, die der Durchlaufrichtung der dispergierten Phase entgegengekehrt ist, mit einem das Zusammenfließen der dispergierten Tröpfchen begünstigenden Material versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen