DE1767271C3

DE1767271C3 - Einrichtung für die Kontaktierung von mindestens zwei Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE1767271C3
Application number: DE1767271A
Authority: DE
Inventors: Josef Landau; Jaroslav Prochazka; Frantisek Souhrada
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-19
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR1571433A; NL6805588A; DE1767271A1; GB1221721A; US3488037A; CH499999A; DE1767271B2; SE334863B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Kontaktierung von mindestens zwei sich unvollkommen miteinander mischenden Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte in einer senkrecht gestellten Kolonne. Dabei weist diese mindestens zwei Gruppen von waagerechten, mit Löchern versehenen, übereinander angeordneten Böden auf, wobei die Böden einer jeden Gruppe untereinander fest verbunden sind und die verschiedenen Gruppen sich in der senkrechten Richtung abwechseln. Ferner sind die Böden mit einem Schwing

antrieb versehen.

Es ist bekannt, daß die Masse- oder Wärmeübertragung bzw. die Masse- und Wärmeübertragung zwischen verschiedenen, in Kolonnen bearbeiteten Phasen durch eine umkehrbare verschiebende Bewegung günstig beeinflußt werden kann.

Es ist eine Extraktionskolonne bekannt, bei der jeweilige Gruppen von Lochscheiben von gesonderten Motoren angetrieben werden, wobei es jedoch nicht möglich ist einzelnen Gruppen unterschiedliche Schwingungen zu erteilen (FR-PS 1 127 088).

Es ist auch eine Einrichtung bekannt, bei der Ionen. Atomen. Molekülen in Flüssigkeiten. Gasen und festen Körpern Bewegungen erteilt werden, die in Beschleunigung. Geschwindigkeit, Frequenz und Bahnkurven differieren, so daß jedes Stoffteilchen eine andere Bewegung ausführt als das ihm benachbarte. Die Schwingungen variieren somit w ihren Beschleunigungen. Dabei kann der die Schwingungen erzeugende Kraftvektor die Resultierende von zwei oder mehreren Einzelvektoren darstellen, die für sich gesehen mit konstanter Größe und Geschwindigkeit umlaufen, untereinander aber in Größe. Geschwindigkeit und Drehsinn verschieden sind (deutsche Patentanmeldung D16 570IVa/12g).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher bei guter Vermischung der zu kontaktierenden Phasen die mechanische Belastung der Kolonne während de., Betriebes möglichst gering gehalten wird.

Die weitere Aufgabe besteht darin, möglichst gleichmäßige Verhältnisse zu erzielen, um ein geordnetes Fließen der Medien zu erreichen. Fernerhin soll eine Rückvermischung weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung für die Kontaktierung von Flüssigkeiten der eingangs angegebenen A rt dadurch gelöst, daß sich die Böden verschiedener Gruppen in senkrechter Richtung abwechseln und daß der Schwingantrieb derart ausgelegt ist, daß die jeweils benachbarten Böden in senkrechter Richtung mit gleicher Amplitude und Frequenz, aber im Fall von zwei Gruppen um 180°. im Falle von drei Gruppen mit um 120° verschobener Phase schwingen.

Bei dieser Art der Anordnung der Böden und der Auslegung des Antriebs verstärken Sich eincTSciis die Nachbarböden in ihrer Wirkung auf die zwischen ihnen liegende Flüssigkeit, andererseits gleichen sich die Druckschwingungen, die durch benachbarte Böden verursacht werden, insgesamt aus.

Erfindungsgemäß führt di. erstgenannte Ligenschaft zu einer erheblichen Beschleunigung des Stoffaustausches, während die letztere für die mechanische Stabilität der Einrichtung sorgt

Wenn Amplitude und Frequenz gleich, di. Phase dagegen verschoben ist nähern sich von drei aufeinanderfolgenden Böden der erste und der zweite Boden einander. Der zweite und dritte Boden entfernt sich dagegen voneinander, und es kommt im Raum zwischen dem ersten und zweiten Boden zu einer Drucksteigerung und zwischen dem zweiten und dritten Boden zu einer Druckverminderung. Im Vergleich zu den bisher ^ " bekannten Einrichtungen, bei denen sich alle Böden in '-der gleichen Weise bewegten, führt der erfindüngsgemäße Vorgang bei gleicher Amplitude und Frequenz der Schwingungen der beiden Bodensätze zu einer Vergrößerung der Triebkräfte, weiche das Pumpen und die Dispersion der Phasen hervorrufen. Dabei kommt

die zugeführte Energie beim eigentlichen Arbeitsvorgang wirksamer zur Geltung. Eine solche Anordnung ist auch vom mechanischen Standpunkt aus vorteilhaft da

1. die konstruktiven Antriebselemente gleichmäßiger belastet sind,

2. die periodische Druckschwankung in der Kolonne dadurch herabgesetzt wird, daß sich die Druckwirkungen der einzelnen Böden nicht addieren, und

3. die Vibrationsbewegung kein Zittern der Kolonne verursacht, da die durch Zugstangen auf die Kolonne übertragene resultierende Kraft im Verlauf der gesamten Schwingung Null ist.

Diese Vorteile sind insbesondere bei Einrichtungen von sehr großen Dimensione:. von besonderer Bedeutung.

Zum Unterschied vom Fall, in ■__... alle Böden die gleiche Vibrationsbewegung <r«:fü...i:n. wird durch die erfindungsgemäße Einn.-htu.ig ■ h die Tendenz zur Rückvermischung der Pb-"- n, was die Wirksamkeit der Einrichtung herabsehe" Uo"".nie, verringert.

Die beschriebe"., V^:u)rationsbewegung kann für die Dispergierung unvollkommen mischbarer Flüssigkeiten bei verschiedenen technologischen Prozessen verwendet werden. Dabei können die Flüssigkeiten, die in Berühn·- τ gebracht werden sollen, entweder im Gegenor¹· ichstrom durch die Einrichtung geführt wer-

Das Gefäß, in dem die erwähnten Böden angeordnet sind, muß selbstverständlich mit Zuleitungs- und Ableitungsstutzen am oberen und unteren Ende derart versehen werden, daß der erforderliche Gegen- oder Gleichstrom der dispergierten Flüssigkeiten verwirklicht werden kann. Außerdem kann das Gefäß an verschiedenen Stellen aucl. nit weiteren Zuleitungs- und Ableitungsstutzen für weitere Gegen- oder Gleichströme von Flüssigkeiten oder Gasen versehen werden.

Die Konstruktion der perforierten Böden kann natürlich verschieden sein. Wie bekannt, sind Böden mit besonderen Löchern zur Zerstreuung der dispergierten Phase und mit besonderen Durchgängen für die kontinuierliche Phase, die mit einem senkrechten Rohr an der Seite des Bodens, zu der die dispergierte Phase strömt, versehen sind, von besonderem Vorteil. Die Durchgänge für die kontinuierliche Phase besitzen eine wesentlich größere Querschnittfläche als die einzelnen Löcher für die dispergierte Phase. Dabei können die Durchgänge für die kontinuierliche Phase entweder als Löcher im Boden oder als Zwischenräume zwischen dem Umfang des Bodens oder eines Teiles des Bodens und der Wand des Gefäßes ausgeführt werden. Solche einfache Durchgänge für die kontinuierliche Phase sind aber mit dem Nachteil behaftet, daß sie eine erneute Rüc'.vermischung insbesondere in der kontinuierlichen Phase beeinträchtigen.

Die erfindur! -'sgemäße Maßnahme, um diesen Nachici! iu beseitigen, besieht darin, daß am unteren Ende des Rohres für den Durchgang der kontinuierlichen Phase eine ausrichtende Zwischenwand in einer solchen Entferniin angebracht wird, daß die Durchflußfläche zwischen der Zwischenwand und dem Ende des Rohres mindestens die Hälfte und höchstens das Doppelte der Fläche des Durchgangs für die kontinuierliche Phase beträgt. Das gleiche Resultat kann erzielt werden, wenn das Rohr für den Durchgang der kontinuierlichen Phase durch einen Boden abgesperrt wird und der Mantel des Rohres in der Nähe des Bodens mit mindestens einem Loch versehen wird. Die ausrichtende Zwischenwand kann an einem eine schwingende Bewegung ausführenden Teil befestigt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Böden mit Ansatzrohren versehene Öffnungen für die kontinuierliche Phase aufweisen und daß vor der Mündung des Ansatzrohres ein Richtungskörper derart befestigt ist, daß die Durchflußfläche zwischen der Mündung des Rohres und dem Richtungskörper mindestens die Hälfte und höchstens das Dop-

pelte der Querschnitte der Durchflußfläche für die kontinuierliche Phase bildet.

Der Wirkungsgrad der Einrichtung kann dadurch gesteigert werden, daß der Durchfluß von Flüssigkeiten durch die Undichtigkeit zwischen dem Gefäß und dem

Rand des Bodens verhindert wird. Wie es bereits bekannt ist, kann dies entweder dadurch erzielt werden, daß die Böden an ihrem Umfang mit einem senkrechten Bord versehen werden, oder es wird der Zwischenraum zwischen dem Boden und der Wand des Gefäßes

ao durch eine elastische Dichtung abgedichtet.

Einige Äusführungsbeispieie der ^r. ι findung sind m der Zeichnung dargestellt, und sie werden im folgenden näher beschrieben. Es zeift

F i g. 1 ein Ausführungs.^ispiel mit einer senkrechten zylindrischen Kolonne unu zwei Tragstangen, an denen Böden so befestigt sind, daß stets ein an einer Tragstange befestigter Boden mit einem an der zweiten Tragstange befestigten Boden abwechselt,

Fig.2 ein anderes Ausführungsbeispiel π einer

senkrechten zylindrischen Kolonne und zwei gegabelten Tragstangen in Form eines umgekehrten U. Die Böden sind an den gegabelten Stangen so befestigt, daß stets ein an einer Stange befestigter Boden mit einem an der zweiten Stange befestigten Boden abwechselt:

Fig.3a, 3b und 3c zeigen an den Böden befestigte Zwischenwände, welche die Richtung beeinflussen, im weiteren Richtungszwischenwände;

F i g.4a, 4b, 4c und 4d zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Abdichtung der Böden am Mantel des Gefäßes.

Wie es aus F i g. 1 ersichtlich ist, wird das senkrechte zylindrische Gefäß 1 mit einer Zuleitung 2 für die Phase A. einer Zuleitung 3 für die Phase B, einer Zuleitung 4 für die Phase Cund weiter mit einer Ableitung 5 für die Phase A, einer Ableitung 6 für die Phase B und einer Ableitung 7 für die Phase C versehen. In diesen Gefäß sind umkehrbar beweglich zwei parallel angeordnete Stangen 8 und 9 untergebracht, an denen Böden 10 und 11 befestigt sind. Die Stange 8, an der die Böden 10

befestigt sind, wird durch öffnungen von an der Stange 9 befestigten Böden U geführt. Die Stange 9, an v/elcher die Boden !! befestigt sind, geht frei durch Öff nungen in den an der Stange 8 befestigten Böden Π hindurch. Die Böden an der einen Stange wechseln mit

f 5 den Böden an der /weiten Stange ab.

F i g. 2 zeigt den Körper 1 eines zylindrischen Gefä-Bes mit de·" Z-ieitung 2 de. Fhaic A, uci Zuleitung 3 der Phase B, der Ableitung 5 der Phase A und der Ableitung 6 der Phase B. Im Gefäß befinden sich zwei umkeh.oar verschiebba-e Stangen 8 und 9, deren beide Arme sich in der Form eines umgekehrten U gabeln. Die Böden 10 sind an zwei Stellen an die beiden Arme der Stange 8 und die Böden 11 sind en zwei Stellen an die beiden Arme der Stange 9 üefestigt. In den Böden 10 sind <in zwei Stellen des Randes Ausschnitte angeordnet, durch welche die Arme der Tragstange 9 hindurchgehen. In den Böden !1 sind ebenfalls an zwei Stellen des Randes Ausschnitte angeordnet, durch wel-

ehe die Arme der Tragstange 8 hindurchgehen- In der senkrechten Richtung wechseln die Böden 10 mit den Böden 11 ab.

Gemäß Fig.3a ist das Rohr 12 mit einem Ende in den Boden 10 eingesetzt, und unter seiner unteren s Mündung befindet sich ein Richtungskörper 13 in der Form einer Platte- Jn einer anderen Ausführung, die in Fi g.3b dargestellt ist, ist das Rohr 12 mit einem Ende in den Boden 10 eingesetzt und unter seiner unteren Mündung ist ein, Richtungskö 'er in der Form eines Doppelkegels 14 befestigt- In einer weiteren Ausführung gemäß Fi g-3c ist ein Rohr 12 mh einem Ende in den Boden 10 eingesetzt und sein unteres Ende ist durch einen Boden 15 abgeschlossen. Im Mantel des Rohrs 12 sind Auslaßöffnungen 16 angebracht

Die Ränder des Bodens 10 sind gemäß Fig.4a an der Wand des Körpers 1 abgedichtet. Dazu dient ein elastischer metallischer oder nichtmetallischer Abdichtungsring 17, der in einem kontinuierlichen äußeren Ring oder in Fangglicdcrn 18 gelagert ist. Eine weitere Möglichkeit der Abdichtung zeigt Fi g.4b. Gemäß dieser Ausführung werden die Ränder de* Bodens 10 an der Wand J durch einen elastischen A J. htungsring 19 abgedichtet, der über den äußeren Rand des Bodens 10 gezogen ist. C:ne dritte Ausführung der Abdichtung zeigt F ig, 4c. Oat Rand des Bodens lOwird an der Wand des Körpers 1 durch eine Manschette 20 aus elastischen Material abgedichtet Die waagerechte Fläche der Manschette ist an den-Boden 10 befestigt und ihre senkrechte Fläche liegt an der inneren Wand.des Körpers 1 der Kolonne.

Eine weitere Ausführung zeigt Fig.4d. Der Rand des Bodens ist an der Wand des Körpers I durch einen Ring 21 aus weichem Material abgedichtet, der durch einen elastischen Ring 22 an die innere Wand des Körpers 1 der Kolonne angedrückt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Kontaktierung von mindestens zwei sich unvollkommen miteinander miichenden Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte

in einer senkrecht gestellten Kolonne mit mindestens zwei Gruppen von waagerechten, mit Löchern versehenen, übereinander angeordneten Böden, wobei die Böden einer jeden Gruppe untereinander fest verbunden sind und die verschiedenen Gruppen sich in der senkrechten Richtung abwechseln und ferner die Böden mit einem Schwingantrieb versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Böden verschiedener Gruppen in senkrechter Richtung abwechseln und daß der Schwingantrieb derart ausgelegt ist. daß die jew :üs benachbarten Böden in senkrechter Richtung mit gleicher Amplitude und Frequenz, aber im Fall von zwei Gruppen am 180°. im FaI! von drei Gruppen mit um 120° verschobener Phase schwingen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß im Körper des Gefäßes (1) mindestens zwei Tragstangen (8.9) angebracht sind, an denen je eine Gruppe von Böden (10.11) derart befestigt ist, as daß die Tragstangen (8), an denen die Böden (10) der ersten Gruppe befestigt sind, durch Ausschnitte oder öffnungen in den Böden (11) der zweiten Gruppe und die Tragstangen (9). an denen die Bö den (11) der zweiten Gruppe befestigt sind, durch Ausschnitte »der Öffnungen in den Böden (10) der ersten Gruppe geführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Böden mit Ansatzrohren (12) versehem vffnungen für die kontinuierliche Phase aufweisen und daß vor de-r Mündung des Ansatzrohres ( .) ein Richtunpskörper (U, 14) derart befestigt ist, α. 3 die Durchflußfläche zwischen der Mündung des Rohres (12) und dem Richtungskörper mindestens die Hälfte und höchstens das Doppelte der Querschnitte der Durchflußfläche für die kontinuierliche Phase bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Rohrs (12) durch einen Boden (15) abgeschlossen ist, wobei im Mantel des Rohrs (12) Auslaßöffnungen (16) angeordnet sind, deren Gesamtfläche mindestens einer Hälfte und höchstens der doppelten Räche des Durchflußquerschnittes der kontinuierlichen Phase entspricht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an der Hälfte des Teils des Umfangs der Böden, der an der Wand des Gefäßes liegt, eine elastische Dichtung angeordnet ist.