DE2154201A1 - Verfahren zur stofftrennung durch mikrowellen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Stofftrennung durch Mikrowellen Die Erfindung betrifft ein Stofftrennungsverfahren für die chemische Industrie und andere Betriebe, bei denen azeotrope Stoffgemische durch Destillation getrennt werden sollen, und Stoffvemische, deren Komponenten eng beisammen lieCende Siedeounkte haben.
• Die destiliative Trennung derartiger Gemische ist bekanntlich sehr schlfierio TJnter dem Sammelberiff "Azeotron-Destillation" sind Verfahren bekannt, die aber alle mit Zusatzkomponeten arbeiten. (Lit. : Ullmann, Encyclonädie der techn. hemie, Verfahrenstechnik) Beim heutigen Stand der Technik ist es ebenfalls sehr schwierig, Stoffe durch Destillation zu trennen, deren Siederpunkte eng beisammen liegen. Nur durch Verwendung aufwendiger Destillationsanlagen hoher Güte kann bei geringen Wirkungsgrad ein solches Premisch unter umständen getrennt werden. Anlaen, die beide Arten von mischen trennen können, sind nicht bekannt.
• Was die Technologie der Mikrowellen betrifft, so ist das Verfahren der Nikrowellenerwärmung bereits bekannt. Rhenfalls ist bekannt, da Mikrowellen bei Molekülen mit tirol eigenschaften Rotationsefekte auslösen können, wobei diesen Molekülen natürlich Energie zugeführt wird. Resonanz durch Mikrowelleneinwirkung ist bei einer großen Zahl von Molekülen beobachtet worden. (Lit.: Klages,G. Einführung in die Mikrowellenphysik, 2. Aufl. 1967) Es wurde durch Versuche ermittelt, daß durch Mikrowellen der Frequenzen zwischen 1 und 20 GHZ die einzelnen Knmnonenten dampfförmiger Stoff-Gemische einem selektiven Einfluß unterliegen, es macht sich nämlich Energieaufnahme durch Temperaturerhöhung bemerkbar.
• Die Selektivität wird dsdnrch bewiesen, d der Effekt der Temperaturerhöhung nur bei einer Komponente auftritt, wenn die Komponenten eintzeln mit Mikrowellen bestrahlt werden.
• Voraussetzung ist die Wshl einer geeigneten Frequenz und Leistung. Die Frequenz hangt im hoben MABe vom Bau der Molekiile, die benötigte Kikrowellenleistung von der Dielektrizitätskonstante der abzutrennenden Fomnnnente ab. (Tit.: B. Seubert, Stofftrennung mit hochfrequenten Wechselstömen, ELEKTRONIK 1/1968) Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Stoftrennungsverfahren zu entwickeln, welches geeignet ist, azeotrope Stnffgemische und Gemische solcher Stoffe, deren Siedepunkte eng beisammen liegen, durch den Einfluß von Mikrowellen zu trennen. Es war also eine rein apparative Lösung angestrebt, die keinerlei Zusatzkomponenten mehr benötigt.
• Das Verfahren sollte so gestaltet sein, daE mit seiner Hilfe beide Gemischarten ohne TJnterschied getrennt werden können.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine diskontinuierliche Destillationsapparatur herkömmlicher Bauart zwischen Destillationskolonne und Kolonnenkopf ein allseiting abgeschirmter Mikrowellenstrehler in Form eines offenen Hohlleiters oder einer Schlitzrohrantenne eingefügt wird, der so angeordnet ist, daß er nur von dampfförmigen Anteilen das Destillationsgutes durchströmt werden kann. Der Mikrowellenstrahler ist über geei.gnete Leitungen, wie Hohl l eiter oder Koaxialkabel, mit einen Mikrowellengenerator verbunden. Von diesem Generator wird gefordert, dstU : er hinsichtlich Freoienzstabilität, Frequenzumfang und Leistung den Anforderungen der betreffenden Trennungsaufgabe genügt. Sei Aufbau ist für das Verfahren nicht ausschlaggebend.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dP mit einer nach dem Verfahren eingerichteten Destillationsapparatur ohne Unterschied sowohl Trennungen einfacher Gemische aus herkömmliche Weise, als auch nach Inbetriebnahme und geeigneter Abstimmung des Kikrowellenstrahlers azeotroner Gemische, möglich sind. Gleichfalls können Gemische solcher Stoffe getrennt werden, deren Siedepunkte eng beisammen liegen. Zusatzkomponenten irgendwelcher Art werden nicht benötigt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und soll im folgenden naher beschrieben werden. Rs zeigen: Ziffer 1 : Destillationsblase " 2 : Destillationskolonne " 3 : Mikrowellenstrahler 4 : Riicklaufweiche " 5 : Kolonnenkopf " 6 : Destillatentnahme mit Vorlagen " 7 : Mikrowellen-Verbindungsleitung " 8 : Mikrowellengenerator Das zu trennende Stoffgemisch wird in einer Destillationsblase (1) erhitzt. Die entstehenden Dämpfe steinen in die Destillationskolonne (2), die in Füllkörner- oder Rodentechnik aaasgefiihrt sein Icann und werden dort nach den Gesetzmäßigkeiten der Destillationstechnik vorgetrennt. Liegen azeotrone aTemlxqchP vot, so hat die Kolonne alleine keine Trennwirkung. Die aus dem oberen Teil der Kolonne austrewenden, dampfförmingem Anteile gelangen in den Mikrowellenstrahl er (3), wo sie einem selektiven Energiezufluß ausgesetzt sind. Ist die Frequenz und Leistung des Strahlers auf die Komponente mit dem niedrigsten Siedepunkt im Gemisch eingestellt so steigt diese Komponente schneller nach oben, sind ds.s Gemisch verarmt daran. Dementsprechend sinken die Anteile mit höherem Siedenunkt wieder nach untn in die Kolonne, wo sie sich anreichern. Die Komponente, welche den Mikrowellenstrahler verläßt, passiert danach die Rücklaufweiche (4), eine Vorrichtung, die bewirkt, daß nur damnfförmige Anteile des testillationsgutes in den Mikrowellenstrahler gelangen können. In der Flissig-Phase eines Stoffgemisches würde der Mikrowellenstrahler mit viel zu geringem Wirkungsgrad arbeiten. Oberhalb der Ricklsufweiche ist der Kolonnenkopf angeordnet. Der Kolonnenkonf (5) hat die Aufgabe, das Destillat zu kondensieren und teilweise wieder als Riicklauf in die Kolonne zurückzuleiten. Jede Destillationsanlage nach dem Kolonnenprinzip benötigt zur einwandfreien Funktion eine Durchmischung flüssiger und dampfförmiger Phasen. Die nicht zurücklaufenden Anteile des Destiilationsgutes werden bei der Destillatentnahme (6) gesammelt und in die verschiedenen Vorlagen geleitet.
• timer die Mikrowellen-Verbindungsleitung (7), die aus einem Koaxialkabel oder einem Hohlleitersystem besteht, wird der Mikrowellenstrahler mit Hochfrequenzenergie versorgt. Es werden hierfür möglichst verlustarme eitunstynen verwendet. Die zur Trennung notwendige Energie wird vom Mikrowellengenerator (8) geliefert. Je nach der gewünschten Frequenz und Leistung kommen Geräte mit Scheibentrioden, Wanderfeldröhren, Magnetrons und Beistungs-Klystrons in Betracht. Im Gegensatz zu den Generatoren für einfache Mikrowellenerwärmung muß bei dem Generator für Stofftrennungszwecke gewährleistet sein, daß seine Betriebsbedingungen konstant sind, da sonst keine einwandfreie Stofftrennung möglich ist. Die nötigen Einstellungen am Mikrowellengenerator werden durch Experimente ermittelt.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Stofftrennung durch Mikrowellen variabler Frequenz und Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß durch RinfiiFen eines Mikrowellenstrahlers in eine herkömmliche fiestillationsaoparatur die Trennung azeotroper Gemische ohne Verwendung von Zusatzkomponenten ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß analog Gemische getrennt werden können, deren Komnonenten eng beisammen liegende Siedepunkte haben.

L e e r s e i t e