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