DE1767596A1 - Einrichtung fuer den Kontakt von mindestens zwei fluessigen Phasen - Google Patents

Description

\De·

PATENTANWALT Π 67596

27. 5. 1968 Aktenz. \ P 17 67 596.6-41 Anw'.-Akte: 75/96

P A Ϊ E Ϊ 1 A I M IS I C U Ν (}

Anmelder: Cezkoslovenska. akademie ved, Praha 1

Titel: Einrichtung für den Kontakt von mindestens zwei flüssigen Phasen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den Kontakt von mindestens; zwei flüssigen Phasen, "bestehend aus einem senkrechten Gefäß, z.B. in der Form eines Zylinders, mit Stutzen für die Zu- und Abführung von Flüssigkeiten, in dem mindestens zwei übereinander angeordnete horizontale Böden vorgesehen sind, welche die gleiche umkehrbare Schiebbewegung in Richtung der Längsachse dea Gefäßes ausführen, wobei in den Böden zwei Arten von Öffnungen mit unterschiedlicher Größe ausgeführt sind.

Die örfindungsgemäße Einrichtung eigent sich besonders für die Extrahierung einer Flüssigkeit durch eine zweite Flüsigkeit, aowie für die Absorption von Gasen in

109839/1306 "² "

!Flüssigkeiten, und für die Durchführung von Reaktionen zwischen zwei oder mehr flüssigen Phasen.

Bei der Durchführung von chemischen Reaktionen und physikalischen Prozessen in einem industriellen Maßstab ist es oft nötig, zwei oder mehr flüssige Phasen in enge Berührung zu bringen, oder in Berührung zu halten. Zur Durchführung oder Steuerung solcher Prozesse werden deshalb Einrichtungen verwendet, in die geeignete innere Vorrichtungen, wie z.B. verschiedene, durch individuelle Elektromotoren angetriebene Mischer eingebaut sind, oder es werden in solchen Einrichtungen verschiedene zusammengestellte und angepaßte Zwischenwände und Böden angeordnet oder eingebaut.

Es ist z.B. bereits eine Einrichtung für den Segenstromkontakt von zwei unvollkommen mischbaren Flüasigkeiten P mit verschiedener Dichte bekannt, in die eine Flüssigkeit kontinuierlich und die zweite unterbrochen fließt und in der eine größere Anzahl von senkrechten Zwischenwänden angeordnet ist, die räumlich in einer waagrechten Ebene angeordnet sind, wie sie in der amerikanischen Patentschrift Nr* 2.791.537 beschrieben wird.

Weiter ist eine mehrstufige Extraktionseinrichtung bekannt. Diese besteht aus einer größeren Anzahl von benachbarten Zellen, durch die die Flüssigkeiten schnell

109839/1306 - 3 -

und im G-egenstrom fließen, wie in der französichen Patentschrift Hr. 1.-328.710 beschrieben wird.

Es ist auch eine Kolonne mit siebförmigen Böden bekannt, die übereinander angeordnet sind. Die einzelnen Böden sind abwechselnd gegeneinander angeordnet, wobei zwischen der oberen Kante jedes siebförmigen Bodens und der inneren Wand der Kolonne ein freier Raum gelassen wird, wie es in der deutschen Putentachrift ITr, 1.103.299 beschrieben wird. ^j

Es ist auch bereits eine Liisch- und Trenneinrichtung bekannt, in der Aufprallplatten drehbar und einstellbar an die innere Wand eines prismatischen Hohlkörpers angelegt sind, wie es in der deutschen Patentschrieft ITr. 1.159.386 beschrieben wird.

Yiele der bisher bekannten Einrichtungen sind mit Nachteilen behaftet, die z.B. darin bestehen, daß infolge des un- μ gleichmäßigen Flusses der beiden Phasen im gegebenen Querschnitt der Einrichtung der Durchfluß verschlechtert wird. Ein weiterer ITachteil besteht darin, daß Unregelmäßigkeiten, z.B. im gegenseitigen G-egenstrom der zu bearbeiten— den Phasen hervorgerufen werden, wodurch der Wirkungsgrad der Einrichtung infolge der Entstehung einer Rückvermischung, die eine Verminderung des mittleren Konzentrationsgefälles hervorruft, herabgesetzt wird.

109839/1306

BADORtGlNAL

Im Hinblick auf die Größe der Partikel äußern sich die Mangel darin, daß die in der Einrichtung entstehenden Dispersionen sehr ungleichmäßig sind, siehe z»B. Treybal R.E. "Liquid extraction", Mc Graw-Hill, New York 1963.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Nachteile des bekannten Standes der Technik. Die Erfindung verwendet hierzu eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art, in der die kleinsten Löcher der größeren Art eine mindestens dreimal größere Fläche besitzen als die größten Lächer der kleineren Art und die Anzahl der Löcher der kleineren Art mindestens 65$ der Anzahl der Löcher im Boden beträgt, wobei die Lage der Öffnungen in jedem Boden¹ sich von der Lage der Öffnungen in den benachbarten Böden unterscheidet. Dabei sind ggfls. in jedem Boden zwei Arten von Löchern von unterschiedlicher Form angeordnet.

Die Blöden der erfindungs gemäß en Einrichtung sind an der Stelle bzw. an der Seite nach der die dispergierte Phase fließt, mit einer senkrechten Wand versehen, die z.B. einstellbar ist und höchstens bis zu 9/10 der Entfernung zwischen benachbarten Böden reicht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer Einrichtung der angegebenen Art die umkehrbare Schubbewegung der Bödemi die Turbulenz in dex kontinuierlichen Phase und die Zirkulation in Tropfen steigern kann und daß

109839/130 6 " ⁵ ~

weiter auch die Zwiachenphasenotierflache vergrößelri^erä-" dem kann, was den Wirkungsgrad steigert.

Im der erf imlungsgemäßen Einrichtung kann eine größere Zwiachehphasenciberflache erzielt werden, ohne daß ein "bedeutsamer Anteil eimer zu feinen DispearadorL· entsteht, die leicht durdh die zusammenhängende Phase mitgenommen wird. Die gesteigerte Zwischenphasenoberf lache ents,telrtfc durch eine geeignete Kombination der umkehrbaren· Schubbewegung und der Größe der Öffnungem im Boden* wodurch genügend große Tropfen eittatehen, die durch die kontinuierliche Phase nicht mehr mitgenommen werden, die aber gleichzeitig genügend klein sind, um genügend große Zwischenphase&flachen zu bilden.

Im der erfindungs.gemäßen EiMcichtung kann man deshalb mit größeren relativen Geschwindigkeiten arbeiten, z,B» mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 4 cm/Sekunde, wodurch hohe Xeistungen erzielt werden l/cönnen. Die am unteren oder oberen Hand der großen Öffnungen angeordnete senkrechte Zwi- f sohenwand ruft bei der umkehrbaren Schubbewegung des Bodena derartige Druckverhältnisse in. dessen Umgebung hervor, daß während eines Teils der Schwingung, in, der sich der Bodem enrfcgegengesetzt zur dichtung, in der sich die diapergierte Phase fortpflanzt, bewegt, der Durchfluß der dispergieren Phase durch kleine Löcher verstärkt wird, während der Durchfluß durch die großen Öffnungen weiter abgeschwächt wird, Dia Einstellbarkeit der Zwischenwand ermöglicht dann auf Grund dieses Mechanismus eine unabhängige Regulierung des.

109839/1306 ~⁶ "

Behältern der dispergieren Phase zwischen den einzelnen Böden. Ea ist selbstverständlich, daß das gleiche Resultat auch durch geeignete Wahl der Höhe und der Richtung der festen Zwischenwände erzielt werden kann» Bine zur Achse des Gefäßes unterschiedliche Lage der großen Löcher in benachbarten Böden ist wünschenswert, um einen direkten Durohfluß der kontinuierlichen Phase auf kürzesten Wege zu verhindern.

Der einzige bisher bekannte Boden für die Extraktion durch eine flüssigkeit im Gegenstrom war eine perforierte Platte oder ein Sieb, bzw. ein Rost ohne Überfall, in denen benachbarte, sich an der Gesamtfläche des unbeweglichen Bodens regelmäßig abwechselnde Löcher verschiedene Größen besitzen, wie in der tscheehoslovakisciien Patentschrift Nr, 92.282 beschrieben wird. Der Unterschied zwischencfem erwähnten Patent und der vorliegenden Erfindung besteht in. einer neuea W und höheren Wirkung, die dadurch hervorgerufen wird, daß im lodern, einerseits ungleich große Löcher in einem gewissen, gegenseitigen Größenverhältnis und mit Vorteil ungleiehmäasig angeordnet sind, während andererseits der Boden in eine umkehrbare Schubbewegung, bzw. eine schwingende Bewegung versetzt wird. Dadurch entstehen Trägheitakräfte, die die flüssige Phase beim Durchgang durch die Öffnungen im Boden in abwechselnder Richtung beschleunigen. Infolgedessen treten im Teil der Schubbewegung oder der Schwingung, in dem diese Kraft in der gleichen Richtung wie die Auftriebskraft

109839/1306 -7-

. ■- 7 - ■ .

"rf

17 R 7 R Q R

wirkt, aus der Öffnung des, Bodens: Tropfen der dispefgxerten Phase heraus, deren Geschwindigkeit eventuell die Fallgeschwindigkeit der Tropfen übersteigen kann.

Die Erfindung soll nun mit Hilfe der beiliegenden sieben Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erklärt werden, Diese Ausführungsbeispiele erschöpfen jedoch nicht den ganzen Bereich der Erfindung.

Jig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen senkrecht gestell- ™ ten Reaktor mit zwei Böden, Pig. 2 und 3 eine andere Ausführungsart des Bodens, Fig, A zeigt einen Boden mit eiaer senkrechten Zwischenwand in der Form eines Zylinders, Pig. zeigt einen Boden, welcher am unteren Rand mit einer von einem Befestigungsring gehaltenen Dichtung versehen ist und Pig. und 7 zeigen einen Boden mit einer senkrechten Zwischenwand, die in Richtung der senkrechten Achse einstellbar ist.

Im Auaführungsbeispiel gemäß Pig. l_r die einen Reaktor im ,ä Axialschnitt zeigt, bezeichnet 2 die Zuführungsöffnung der spezifisch schweren Phase« Diese Zuführungsöffnung befindet sich üfeer der Abfuhrungsöffnung 4 der schweren Phase, während die lufuhrungsöffnung der spezifisch leichteren Phase unterhalb der AbführungsÖffnung 5 dieaer Phase angeordnet ist. An der senkrechten Welle 6_t die durch das Spurlager 7 geführt ist, sind horizontale Böden 8 befestigt, in denen groa*- se öffnungen 9 und kleinere Öffnungen 10 vorhanden sind»

109039/1306

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsart des Bodens. Die . in einem Teil des Bodens angeordnete große Öffnung 9 "besitzt die Form eines Kreisausschnittes, während im übrigen Teil des Bodens 8 kleine kreisförmige Öffnungen 10 vorgesehen sind.

Fig. 3 zeigt einen Boden 8, in dem sowohl die große Öffnung als auch die kleinen öffnungen 10 kreisförmig gestaltet sind. P Die große Öffnung 9 ist am unteren Teil mit einer senkrechten Zwischenwand 11 von zylindrischer Form ausgerüstet.

Fig. 4 zeigt einen Boden 8, in dem sowohl die großen Öffnungen 9 als auch kleine Öffnungen 10 kreisförmig gestaltet sind. Der Boden 8 ist an seinem Umfang, der an der inneren Y/and des Mantels des Reaktors 1 anliegt, mit einer senkrechten Zwischenwand 12 versehen, die sich unterhalt der unteren Fläche dea Bodens, erstreckt und an der inneren λ Wand de_us Mantels des Reaktors 1 anliegt. Die große Öffnung ist an ihrer unteren Seite m±± einer senkrechten Zwischenwand 11 versehen, die die Form eines Zylindermantels "besitzt. S¹Xg. 5 zeigt einen Boden mit großen und kleinen Öffnungen, der an der unteren Seite mit einer elastischen Dichtung 13 versehen ist, die durch einen Befestigungering 14 gehalten wird.

Big. 6 zeigt einen Boden 8 mit einer senkrechten Zwischenwand 11, in der zwei längliche Öffnungen 15 in einer zur

109839/1306 "⁹*

— Q _

Längsachse des Gefäßes, parallelen dichtung angeordnet sind. Duroh. diese länglichen Öffnungen 15 führt je eine Schraube 16, durch die die Lage· der Zwischenwand am Boden.eingestellt werden kann» In der in-^ig. 6 gezeigten Lage befinden sich die Schraubem in der unteren Lage und in der in 3?ig· 7 gezeigten Lage befinden sie sich in der mittleren Lage der
länglichen Öffnung 15.

- 10 -

1 09 83 9/13 06

Claims (3)

Patentansprüche

1. Einrichtung für den Konvtakt von mindestens zwei flüssigen Phasen, "bestehend aus einem senkrechten Gefäß, z„B. in der Form eines Zylinders mit Stutzen für die Zu- und Abführung von flüssigkeiten, in dem mindestens zwei übereinander angeordnete horizontale Böden vorgesehen sind, welche die gleiche umkehrbare Schiebbewegung in Richtung der üängsaehse des Gefäßes ausführen, wobei in den Böden, zwei Arten von Öffnungen mit unterschiedlicher Größe angebracht sind, dadurah gekennzeichnet , daß die Fläche der kleinsten öffnungen (9) der größeren Art mindestens dreimal größer ist als die Fläche der größten Öffnung (lO) der kleineren Art, und daß die Anzahl der Öffnungen (lO) der kleinerem Art mindestens 65$ der Geamtzahl der Öffnungen im Boden beträgt, wobei die Lage der Öffnungen in jedem Boden von der Lage der Öffnungen in benachbarten Böden·, sich unterscheidet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet , daß in jedem Boden zwei Arten von Öffnungen; mit unterschiedlicher form vorgesehen sind.

3." Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, daß die Böden (9) apa der

109839/1306 "* ^1X "

SAD ORKSttlAL

Seite, zu der die diapergierte Phase strömt, mit einer senkrechten z.B, einstellbaren Zwischenwand (ll) versehen ist, die sich höchstens bis zu 9/10 der Entfernung zwischen benachbarten Böden erstreckt.

109839/1306