DE2110454C3

DE2110454C3 - Vorrichtung zum Hervorrufen von Pulsationen bei einer Flüssigkeit in einer Extraktionskolonne und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

Info

Publication number: DE2110454C3
Application number: DE2110454A
Authority: DE
Inventors: Christianus Wilhelmus Jozef Van Sittard Koppen (Niederlande)
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1970-03-05
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1980-11-13
Also published as: NL7003119A; DE2110454B2; FR2081732A1; BE763783A; GB1321942A; JPS5146749B1; FR2081732B1; DE2110454A1; US3723069A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Hervorrufen von Pulsationen bei einer Flüssigkeit in einer Extraktionskolonne, wobei eine Pulsationskammer unten an die Kolonne angeschlossen ist und Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Gaskissen über der Flüssigkeitsoberfläche in der Kammer mit einem pulsierenden pneumatischen Druck beaufschlagt wird, mit einem Zylinder und einem motorisch angetriebenen Kolben. Eine solche Pulsationsvorrichtung ist in der US-PS 28 18 324 vorgeschlagen worden und zeigt als Vorteile, daß korrodierende Flüssigkeiten in der Kolonne nicht mit der Pulsationsanlage in Kontakt treten und daß das Problem einer Gasblasenbildung (dieses Problem stellt sich ein bei einer zu schnellen Pulsation, insbesondere bei flüchtigen organischen Flüssigkeiten) vermieden wird. Wegen der Zusammenpreßbarkeit des Gases ist aber zur Erreichung desselben Resultats eine höhere Pulsationsleistung erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Beseitigung dieses Nachteils und die Konstruktion einer Pulsationsvorrichtung mit Kolbenantrieb und federndem Gaskissen gemäß dem Thornton-Typ mit verringerter Pulsationsleistung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Raum im Zylinder 14 hinter dem Kolben 15 mit einem Pufferraum 18 verbunden, dessen Volumen zumindest ebenso groß ist wie das des Gaskissens 12, und die Räume im Zylinder 14 vor (A) und hinter (B) dem Kolben 15 sind über einen engen Durchgang 19 miteinander verbunden. In den meisten Fällen kann der Luftspalt zwischen Kolbenfedern und Zylinderwand als eine solche Verbindung dienen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Pulsationsvorrichtung vom genannten Typ, wobei die Regelung der Pulsationsamplitude auf einfache Weise erfolgt

Die maximale Verdrängung der Flüssigkeit stellt sich gemäß Fig. 2 der US-PS 28 18 324 automatisch auf die Zwangsfrequenz ein. Die zwei Veränderlichen, Verdrängung der Flüssigkeit und Frequenz, können aber

ίο gemäß Thornton voneinander unabhängig werden, wenn die Puisationsanlage so groß bemessen wird, daß die gewünschte Amplitude bei der maximalen verlangten Betriebsfrequenz auftritt und die Amplitude durch Verkleinerung des Kolbenhubs bei niedrigeren Frequenzwerten geregelt wird. Dazu ist bei Thornton der Motor als linearer Luftmotor ausgebildet und sind sowohl die Geschwindigkeit wie der Hub dieses Motors einstellbar.

Beim Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung wird dagegen die Regelung der gewünschten Pulsationsamplitude dadurch erreicht, daß unter Aufrechterhaltung sowohl von Frequenz als auch Länge des Kolbenhubs, die Gasmenge im Gaskissen variiert wird. Mit dieser Methode ist der Vorteil verbunden, daß der Antriebsmechanismus nicht variabel ausgeführt werden muß und deshalb einen optimalen Wirkungsgrad haben kann. Zugleich kann der Mechanismus : obuster und billiger konstruiert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen senkrechten Schnitt einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Pulsationskolonne;

Fig. 2 in einem Diagramm die Beziehung zwischen Pulsationsamplitude (a)und mittlerem Volumen (V_g) des Gaskissens.

In Fig. 1 stellt 1 eine Pulsationskolonne dar, welche über einen Teil ihrer Länge mit einer Füllmasse 2

versehen ist. Über und unter dem mit Füllmasse beschickten Teil der Kolonne sind Sammelräume 3 und 4 vorgesehen, welche mit Flüssigkeitanschlüssen 5 und 6 bzw. 7 und 8 ausgestattet sind. Nahe am unteren Ende der Kolonne befindet sich ein Anschluß 9, der die Pulsationskolonne 1 mit einer Pulsationskammer 10 verbindet. Die Kammer 10 ist nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt und über der Flüssigkeitsoberfläche befindet sich ein Gaskissen 12. Dieses Gaskissen ist über ein Rohr 13 mit einem Zylinder 14 verbunden. In diesem Zylinder 14 kann ein Kolben 15 mit Hilfe eines Kurbel-Antriebswellenmechanismus 16 od. dgl. und eines Motors 17 hinauf und hinunter bewegt werden. Als mittleres Volumen (V_g) des Gaskissens ist also die Summe der Volumina von 12, 13 und Zylinder 14 mit dem Kolben 15 in der mittleren Lage zu betrachten.

Der Raum B im Zylinder 14 hinter dem Kolben 15 steht mit einem Pufferraum 18 in Verbindung, dessen Inhalt zumindest ebenso groß ist wie der des Gaskissens 12. Dieser Pufferraum 18 kann ggf. ein Ganzes mit dem Raum B im Zylinder 14 oder aber eine Fortsetzung dieses Raumes bilden. Raum A im Zylinder 14 vor dem Kolben 15 ist über einen engen Durchgang 19 an den Raum B hinter dem Kolben angeschlossen. In vielen Fällen kann der Luftspalt zwischen Kolben und Zylinderwand als ein solcher Verbindungskanal dienen. An den Pufferraum 18 ist vorzugsweise eine Gaszuflußleitung 22 (Gasquelle ist nicht näher angegeben) angeschlossen, welche durch ein Ventil 20 abgeschlos-

sen werden kann. Vorzugsweise befindet sich an der oberen Seite der Kammer 10 eine Abflußleitung 23, welche mit Hilfe eines Ventils 21 geschlossen werden kann.

F i g. 2 ist ein Diagramm, das bei einer bestimmten Reibungswiderstandzahl (E= 15) der Kolonnenbeschickung den Hub (a) der Flüssigkeitsbewegung in der Kolonne als Funktion des mittleren Volumens (V_g) des Gaskissens darstellt Dabei sind das Hubvolumen sowie die Hubzahl des Kolbens 15 je Zeiteinheit als Konstante gedacht Der Extraktionswirkungsgrad des Systems kann bei bestimmter Hubfrequenz von dem Hub (a) der Flüssigkeitspulsationen abhängen. Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird der Hub (a) auf die in F i g. 2 angegebene Weise durch das Gasvolumen V. bedingt Vorzugsweise wird man innerhalb des abfallenden Abschnitts der Kurve arbeiten. Dies ergibt nicht nur einen größeren Regelbereich, auch konstruktiv wird wegen des zugehörigen größeren Ga^volumens eine größere Einfachheit erreicht. Eine Vergrößerung bzw. Verringerung der Hublänge ist durch Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Gasvolumens V_g mit Hilfe der beiden Ventile 20 und 21 möglich. Es hat sich herausgestellt, daß die Druckamplitude in Kammer 10 nahezu proportional zur Pulsationsamplitude a ist; diese Druckschwankungen können deshalb als Maß für die Pulsationsamplitude a dienen.

Durch Anbringen des Pufferraums 18 werden die Druckschwankungen hinter dem Kolben z. B. unter 0,1 at gehalten und wird der Kolben 15 bei seiner Hin- und Herbewegung entlastet, was nicht nur in energetischer Hinsicht günstig ist, sondern auch die Reibungsverluste im Antriebsmechanismus 16 beschränkt. Auch das Anlaufen geht leichter vor sich und außerdem treten im Antriebsmechanismus 16 weniger große Spannungen auf.

Mit Hilfe von nicht eingezeichneten, jedoch an sich bekannten automatischen Mitteln kann die Gasmenge im Gaskissen 12 über die Zuflußleitung 22 konstant gehalten werden. Durch unwillkürlich auftretende Gasverluste könnte nämlich die Amplitude der PuJsationen in der Kolonne zunehmen. Der einzige Punkt, wo sich Gasverluste nicht vermeiden lassen, ist die Stopfbüchse 24, wo die Kolbenstange durch den Zylinderdeckel führt Diese Stopfbüchse soll, besonders wenn mit Stickstoff gearbeitet wir-j, bei brennbaren Flüssigkeiten in der Kolonne wie u. a. Benzol, von guter Qualität sein. Wenn man außerdem dafür sorgt, daß fortwährend über Leitung 2Z Raum 18, Raum B, Leitung 19, Raum A, Leitung 13 und Raum 12 Gas in die Abflußleitung 23 gespült wird, läßt sich zugleich erreichen, daß etwaige Tropfen oder Dämpfe der Kolonnenflüssigkeit, welche sich in der Kammer 10 anhäufen, abgeführt werden.

Der Durchmesser der Pulsationskammer 10 ist so groß, daß während der Pulsationen die Beschleunigungen stets unter der Beschleunigung der Schwerkraft bleiben. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß sich an der Flüssigkeitsoberfläche keine Tropfen bilden (ebensowenig wie in der US-PS 28 18 324 wird sich eine Dampfblasenbildung in der Flüssigkeit der Kolonne einstellen können).

In der Puisationskammer 10 kann ein senkrecht angeordneter Wellendämpfer 11, z. B. eine Lochplatte, angebracht sein, damit an der Oberfläche allzu große Wellenbewegungen und ein Emporschlagen von Flüssigkeit vermieden werden.

In den Fällen, wo Dampf im Zylinder 14 kondensieren könnte, empfiehlt es sich, den Zylinder 14 höher als die Anschlußleitung 13 und die Flüssigkeitsoberfläche in der Pulsationskammer 10 anzuordnen.

In der Pulsationskammer 10 kann (auf die in Fig. 4 der GB-PS 7 80 406 angegebene Weise) ein Schwimmerventil (nicht eingezeichnet) eingebaut sein, um das Einströmen von Kolonnenflüssigkeit in die Leitung 13 zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Hervorrufen von Pulsationen bei einer Flüssigkeit in einer Extraküonskolonne, wobei eine Pulsationskammer unten an die Kolonne angeschlossen ist, und Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Gaskissen über der Flüssigkeitsoberfläche in der Kammer mit einem pulsierenden pneumatischen Druck beaufschlagt wird, mit einem Zylinder und einem motorisch angetriebenen Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum im Zylinder (14) hinter dem Kolben (15) mit einem Pufferraum (18) verbunden ist, dessen Volumen zumindest ebenso groß ist wie das des Gaskissens (12) und daß die Räume im Zylinder (14) vor (A) und hinter (B) dem Kolben (15) über einen engen Durchgang (19) miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pulsationskammer (10) ein zur Flüssigkeitsoberfläche senkrecht angeordneter Wellendämpfer (11) angebracht ist.

3. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem eine Regelung der gewünschten Pulsationsamplitude erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der gewünschten Pulsationsamplitude dadurch erreicht wird, daß unter Konstanthaltung sowohl von Frequenz als auch von Länge des Kolbenhubs die Gasmenge im Gaskissen variiert wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsationsamplitude (a) gemessen und anhand der Druckschwankungen im Gaskissen geregelt wird.