DE2511508C2

DE2511508C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Flüssig-Flüssig-Extraktion

Info

Publication number: DE2511508C2
Application number: DE2511508A
Authority: DE
Inventors: Arie van Eindhoven Tooren
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-15
Publication date: 1984-03-01
Also published as: CA1048738A; JPS5622564B2; SE389030B; ATA210575A; FR2264576A1; NL7403883A; BE826942A; FR2264576B1; JPS50128682A; SE7503099L; DE2511508A1; IT1032359B; GB1506492A; AU7942075A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Extraktion von Stoffen aus einer ersten Flüssigkeit, bei dem diese Flüssigkeit mit einer zweiten Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, die mit der ersten Flüssigkeit nicht mischbar ist, wonach die beiden Flüssigkeiten wieder voneinander getrennt werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Für Reinigungs- oder Analysezwecke ist es bekannt, in einer Flüssigkeit gelöste Stoffe aus dieser Flüssigkeit mit Hilfe einer zweiten Flüssigkeit zu entfernen, die mit der zuerst genannten Flüssigkeit nahezu nicht mischbar ist, um eine Verunreinigung der ersten Flüssigkeit oder einen Verlust an zweiter Flüssigkeit zu vermeiden. Auch ist durch die schlechte Löslichkeit oder die Nichtmischbarkeit die gegenseitige Trenung der Flüssigkeiten nach der Extraktionsbearbeitun, einfach durchführbar.

Die zweite Flüssigkeit, d. h. das Lösungsmittel, weist derartige, gegebenenfalls durch Zusatz anderer Stoffe, wie Komplexbildner, herbeigeführte Eigenschaften auf, daß bestimmte gelöste Stoffe, wie Metalle oder organische Stoffe, selektiv aus der zu reinigenden ersten Flüssigkeit in das Lösungsmittel übergehen; das heißt mit anderen Worten, daß die Löslichkeit dieser gewünschten Stoffe im Lösungsmittel größer als in der ursprünglichen ersten Flüssigkeit ist, wobei das Extraktionssystem meist chemisch optimal gewählt

ίο werden kann. Die Verteilung oder das Konzentrationsverhältnis der gelösten Stoffe stellt sich bei genügend langem Kontakt zwischen den Flüssigkeiten, in Abhängigkeit von den verschiedenen Eigenschaften, in günstigen Fällen z. B. auf 1 :10³ ein. Für vollständige Extraktionen können Kaskadenverfahren, gegebenenfalls unter Anwendung von Gegenstromprinzipien, angewandt werden.
Parameter, die die Extraktion beeinflussen, sind

— die Kontaktoberfläche zwischen den Flüssigkeiten;

— die Diffusionskonstante;

— die Extraktionszeit, in der die Flüssigkeiten miteinander in Berührung sind; und

— das Ausmaß der Oberflächenerneuerung oder der Rührfaktor.

Bei der Wahl der Kontaktoberfläche und des Rührfaktors, die beide möglichst groß gewählt werden, um z. B. die Extraktionszeit zu beschränken, tritt das Problem der Emulsionsbildung auf. Eine gegenseitige Trennung der beiden Flüssigkeiten ist dann innerhalb einer angemessenen Zeit kaum mehr erzielbar. Es gibt also eine Grenze in bezug auf den Rührfaktor und die Größe der meist durch Tropfenbildung erhaltenen Kontaktoberfläche.

Nach der US-PS 3199 956 werden die beiden Flüssigkeiten mittel einer Pumpvorrichtung und eines Mischstückes in einem langen Rohr zusammengebracht, das mit kleinen Kontaktkörpern gefüllt ist, so daß während des Durchflusses durch das Rohr durch Zusammenstoß mit den Körpern und durch vielfach auftretende Strömungsrichtungsänderungen eine intensive Tropfenbildung und Mischung erhalten wird. Die Kontaktoberfläche der Flüssigkeiten und der Rührfaktor werden also stark vergrößert.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine Emulsionsbildung bei der Wahl bestimmter Flüssigkeiten nicht völlig vermieden weiden kann und daß bei Einstellung der Durchströmungsgeschwindigkeit und der Länge des Rohres und somit der Extraktionszeit ein niedriger Extraktionsgrad infolge des beliebigen Rührfaktors nicht reproduzierbar sein kann. Auch ist die Gefahr einer Verschmutzung infolge der vielen engen Strömungswege sehr groß, so daß, wie in der genannten Patentschrift angegeben ist, eine gesonderte Reinigung der Rohre und der Flüssigkeit erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei nicht mischbaren Flüssigkeiten die eine Flüssigkeit in Tropfen regelbarer und nichi. zu geringer Größe in der anderen Flüssigkeit vorhanden sein muß und jeder Tropfen von innen nach außen gerührt werden muß.

Demgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkeiten demselben Ende eines Extraktionsrohres mit einem Innendurchmesser von weniger als 4 mm zugeführt werden, wobei eine der beiden Flüssigkeiten die Rohrwand benetzt.
Zur Steigerung des Extraktionsgrades und zur

Herabsetzung der Länge des Reaktionsrohres werden nach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die beiden Flüssigkeiten nach Entmischung wieder dem Extraktionsrohr zugeführt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit einer Pumpeinrichtung, mit Vorratsgefäßen für die Flüssigkeiten und mit einem Mischstück, an das ein Extraktionsrohr angeschlossen ist, dessen Ende mit einem Entmischungsgefäß verbunden ist, das eine Ableitung für die erste und eine Ableitung für die zweite Flüssigkeit besitzt, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsroh/ einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm hat und aus einem Material besteht, das für eine der beiden Flüssigkeiten eine starke Adhäsion und für die andere Flüssigkeit eine geringe Adhäsion aufweist. Ein Beispiel für ein derartiges Material ist Polytetrafluorethylen.

Bei der Erfindung werden einerseits die Eigenschaften der Flüssigkeiten in bezug aufeinander, andererseits aber die abstoßenden und anziehenden Kräfte ausgenützt, die auf die Flüssigkeiten an der Oberflache eines bestimmten Materials einwirken, aus dem das Extraktionsrohr besteht. Außerdem ist das Rohr derart eng gewählt, daß bei dem vorgegebenen Volumen der Tropfen diese nicht die Kugelform annehmen können, sondern länglich werden, so daß die Kontaktoberfläche viel größer ist und die Tropfen infolge der Oberflächenspannungen gleichsam im Rohr festgeklemmt sind, aber dennoch von der anderen Flüssigkeit umgeben sind. Wegen der Strömung im Rohr wird sich nun durch die Reibung die zylindrische Außenoberfläche kaum bewegen, so daß innerhalb des Tropfens in der Längsachse eine Strömung zu den kugeligen Endteilen des Tropfens mit einer Geschwindigkeit auftreten wird, die durchschnittlich nahezu gleich dem Zweifachen der mittleren Flüssigkeitsgeschwindigkeit ist. Der Tropfen schiebt sich also nicht mit der Strömungsgeschwindigkeit durch das Rohr, sondern rollt durch das Rohr, wodurch die Kontaktoberfläche immer wieder erneuert wird. Der Rührfaktor ist damit also sehr groß geworden. Wegen der Notv/endigkeit der Bildung derartiger Tropfen ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens u. a. dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohres kleiner als 4 mm sein muß.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es vorteilhaft, daß eine Emulsionsbildung im Extraktionsrohr vermieden wird und diese Emulsionsbi'dung auch beim Herausströmen aus dem Rohr nicht auftreten kann, weil die größeren Tropfen leicht zusammenfließen und die Flüssigkeitstrennung daher einfach ist, während weiter die Kontaktoberfläche und der Rührfaktor derart groß sind, daß mit verhältnismäßig kurzen Rohren, kurzen Extraktionszeiten und großen Durchströmungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich nicht nur für Laboranwendungen, sondern können auch vorteilhaft in ortsfes'en Meßanlagen Anwendung finden. Dabei sind die kurzen Extraktionszeiten, das geringe Volumen und die zuverlässigen unci reproduzierbaren Meßergebnisse von großer Bedeutung.

Um eine weitere Miniaturisierung zu erzielen, ist es möglich, die Länge des Rohres, das in Form einer Wendel oder einer Spule gewickelt sein kann, noch weiter zu beschränken.. Dies kann auf Kosten des Extraktionsgrades gehen, aber dieser Extraktionsgrad kann durch die Reproduzierbarkeit des Verfahrens genau bekannt sein. Wnnn dennoch eine vollständige Extraktion verlangt wird, können nach der bereits erwähnten weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die beiden Flüssigkeiten nach Entmi-

¹J schung in das Extraktionsrohr zurückgeführt werden.

Zur Erhöhung der Konzentration der zu extrahierenden Stoffe m der zweiten Flüssigkeit ist es zweckmäßig, daß diese Flüssigkeit nach Entmischung im Entmischungsgefäß wieder dem genannten Rohr zugeführt

κι wird, während die erste Flüssigkeit aus dem Entmischungsgefäß abgeführt wird.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist es auch möglich, daß nur das Lösungsmittel zurückgeführt wird und die zu messende erste

π Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter durch das Extraktionsgefäß fließt und das Entmischungsgefäß

, verläßt. Dies ist in denjenigen Fällen günstig, in denen es z. B. für Analysezwecke erwünscht ist, daß die Konzentration des zu bestimmenden Stoffes oder der zu

ία bestimmenden Stoffe im Lösungsmittel einen größeren, besser meßbaren Wert aufweist. Ein weiterer Vorteil, 'der vor allem bei automatischen unüberwachten Meßanlagen von großem Interesse ist, ist die Ersparnis an Lösungsmittel, die mit diesem Verfahren erzieh wird.

Wenn angenommen wird, daß die Extraktion nahezu vollständig ist, kann mit diesem Verfahren ein Liter verunreinigtes Wasser mit z. B. 20 ml Extraktionsflüssigkeit analysiert werden, in der die Konzentration dann fünfzigmal höher ist.

jo Eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der das Entmischungsgefäß mit einer am oberen Teil des Gefäßes angebrachten ersten Ableitung mit Überlaufanschluß für die leichtere entmischte Flüssigkeit und weiter mit einer in der Nähe des Bodens des Gefäßes in dieses mündenden zweiten Ableitung für die schwerere Flüssigkeit versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ableitung an ein senkrecht angeordnetes Rohr mit Überlaufanschluß angeschlossen ist, der auf einem waagerechten Niveau

liegt, das sich zwischen dem Überlaufanschluß der ersten Ableitung und dem sich bildenden Flüssigkeitsspiegel zwischen den beiden Flüssigkeiten befindet, und daß die Pumpeinrichtung an ein Vorratsgefäß mit der ersten Flüssigkeit und an einen der genannten

Überlaufanschlüsse angeschlossen ist. Dadurch wird bewirkt, daß der andere Überlaufanschluß automatisch die entmischte erste Flüssigkeit ableitet, um den gesamten Flüssigkeitsinhalt des Entmischungsgefäßes konstant zu halten, während weiter das Gesamtvolumen der in der Vorrichtung vorhandenen zweiten Flüssigkeit einige Prozent des Gesamtvolumens der ersten Flüssigkeit beträgt.

Es wird eine Flüssigkeitstrennung angewendet, bei der die Wirkung der Schwerkraft ausgenutzt wird.

Außerdem kann ein einfaches Entmischungsgefäß sowohl für schwerere Lösungsmittel, wie Tetrachlorkohlenstoff, als auch für leichtere Lösungsmittel, wie Hexan, verwendet werden. Die eine Ableitung führt über ein Überlaufelement, gegebenenfalls mit Heberwirkung, das gemessene Wasser ab, während die andere Ableitung an die Pumpe für die Rückführung der Extraktionsflüssigkeit angeschlossen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Extraktionsrohr, F i g. 2 eine schematische Vorrichtung mit dem Extraktionsrohr,
F i g. 3,4 und 5 verschiedene Gestaltungsmöglichkei-

ten für das Extraktionsrohr,

Fig.6 und 7 Mischstücke zur Bildung länglicher Tropfen,

Fig.8 eine Extraktionsvorrichtung mit dem Entmischungsgefäß nach F i g. 2 und

F ί g. 9 Extraktionsvorrichtungen ohne Pumpe unter Anwendung der Schv/erkraft.

In F i g. 1 ist vergrößert ein Längsschnitt durch ein Extraktionsrohr 1 dargestellt Dessen Wand 2 besteht aus einem Material, das auf die Moleküle einer Flüssigkeit 3 stark anziehende Kräfte ausübt, so daß diese Flüssigkeit die Innenwand des Rohres 1 völlig benetzt. In dem Rohr befindet sich zusammen mit der Flüssigkeit 3 eine Flüssigkeit 4, die nur in geringem Maße mit der Flüssigkeit 3 mischbar ist, so daß sich am Eintritt des Rohres Segmente oder Tropfen der Flüssigkeit 4 bilden. Außerdem sind die anziehenden Kräfte der Wand 2 auf die Moleküle der Flüssigkeit 4 derart gering, daß sich eine dünne Schicht 5 der Flüssigkeit 3 zwischen dem Tropfen und der Wand befindet. Das Volumen des Tropfens in Verbindung mit dem Innendurchmesser des Rohres ist derart definiert, daß der Tropfen nicht die Kugelform annehmen kann, sondern infolge des engen Rohres 1 zu einem länglichen Tropfen ausgedehnt wird, der wegen der verschiedenen Oberflächenspannung im Rohr festgeklemmt ist. Während der Strömung der Flüssigkeit durch das Rohr muß die äußere Form des Tropfens beibehalten werden, so daß der Durchmesser des Rohres im Zusammenhang mit den Oberflächenspannungen nur einige Millimeter betragen kann. Es hat sich herausgestellt, daß für gewisse Flüssigkeitskombinationen der Durchmesser weniger als 4 mm gewählt werden muß. Wenn angenommen wird, daß die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeiten V Meter pro Sekunde ist, treten Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 2 V in der Nähe der Mitte des Tropfens in Richtung der Längsachse auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die zylindrische Wand des Tropfens infolge der großen auftretenden Reibung eine Geschwindigkeit von nahezu Null in bezug auf die Rohrwand 2 aufweist, in Fig. 1 ist in einem Tropfen durch Pfeile angedeutet, wie das Strömungsprofil innerhalb des Tropfens verläuft. Es findet eine kontinuierliche Oberfiächenänderung während der Strömung statt, was zu einer schnellen Extraktion der gewünschten Stoffe aus der einen in die andere Flüssigkeit führt.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, mit der die Extraktion mit Hilfe des Extraktionsrohres nach Fig. 1 stattfinden kann. In einem Vorratsgefäß 6 befindet sich die Flüssigkeit 3, die über eine Pumpe 7 einem Mischstück 8 zugeführt wird. In einem Vorratsgefäß 9 befindet sich die Flüssigkeit 4. die über eine Pumpe 10 ebenfalls dem Mischstück 8 zugeführt wird. Die Pumpen 7 und 10 und das Mischstück 8 arbeiten derart zusammen, daß das Rohr 1, das an den Austritt des Mischstückes 8 angeschlossen ist, in der in Fig. 1 dargestellten Verteilung mit Flüssigkeiten gefüllt wird. Das Rohr 1 mündet in ein als Flüssigkeitstrennanlage dienendes Entmischungsgefäß 11, in dem sich infolge des Unterschiedes zwischen den spezifischen Gewichten der Flüssigkeiten unten im Gefäß die schwerere Flüssigkeit und oben im Gefäß die leichtere Flüssigkeit abscheiden. Über Ableitungen 12 und 13 können die Flüssigkeiten zur weiteren Analyse oder zum weiteren Gebrauch abgezogen werden. *~>ie beiden Flüssigkeiten können auch über Leitungen . und 15 rückgeführt werden, um einen Extraktionsgrad, der sonst bei einem viel längeren Rohr 1 erhalten werden würde, zu erzielen. Eine Rückführung des Lösungsmittels allein kann auch erfolgen, was die Vorteile ergibt, daß viel weniger Flüssigkeit benötigt wird und die Konzentration der zu analysierenden Stoffe bzw. des zu analysierenden Stoffes gesteigert wird.

Die Fig.3, 4 und 5 zeigen Möglichkeiten für die räumliche Gestaltung eines langen Extraktionsrohres, das auf diese Weise zu einem kleinen Volu.nen

ίο komprimiert wird Es sei bemerkt, daß bei dem Extraktionsverfahren nach der Erfindung die Lage des Extraktionsrohres 1 in bezug auf die Schwerkraft nicht wesentlich ist

F i g. 6 zeigt, wie die Bildung von Flüssigkeitstropfen innerhalb einer anderen Flüssigkeit stattfinden kann. Die Pumpen 7 und 10 in F i g. 2 können abwechselnd über die Zuleitungen 16 und 17 nach Fig.6 an das Mischstück 8 ein Flüssigkeitssegment weiterleiten, oder die Pumpen können kontinuierlich arbeiten und in diesen Zuleitungen eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten. In beiden Fällen wird die Flüssigkeitsströmung aus der Zuleitung 16 eine bestimmte Menge 19 der Flüssigkeit 4 aus der Zuleitung 17 abtrennen, so daß sich in der Leitung 18 ein Tropfen 20 bilden kann.

F i g. 7 zeigt eine andere Bauart des Mischstückes 8, bei der die Flüssigkeitsströmung der Flüssigkeit 3 ebenfalls eine Menge 19 der Flüssigkeit 4 zur Bildung von Tropfen 20 abtrennt.

In Fig.8 ist eine Extraktionsvorrichtung im Blockschaltbild dargestellt, das z. B. dazu benutzt werden kann, verunreinigtes Wasser auf Schwermetalle, wie Blei, Zink, Cadmium oder Arsen, oder auf giftige organische Stoffe, wie Pestizide, zu analysieren. Das Schaltbild entspricht im wesentlichen dem nach F i g. 2. Ein Vorratsgefäß 21 enthält das zu analysierende Wasser 4. Dieses Wasser wird über einen Schlauch 22, der an einer Schlauchpumpe 23 befestigt ist, zu einem Mischstück 8 geführt. Die Schlauchpumpe 23, die eine Proportionalpumpe sein kann, enthält noch einen zweiten Schlauch 24 für den Transport eines Lösungsmittels bzw. einer Extraktionsflüssigkeit zum Mischstück 8. Die Pumpe wird von einem Motor 25 angetrieben. Wie aus der Literatur bekannt ist (siehe

z. B. die genannte USA-Patentschrift), werden bestimmte Flüssigkeitsmengen in den Schläuchen 22 und 24 von einem sich über den betreffenden Schlauch bewegenden Roller, der zugleich an der betreffenden Stelle den Schlauch flüssigkeitsundurchlässig zudrückt, verschoben. An das Mischstück 8 ist ein Extraktionsrohr 1 angeschlossen, das in das Entmischungsgefäß 11 mündet. Die Konstruktion dieses Entmischungsgefäßes mit den benötigten Anschlüssen ist in Fj g. 8 in einem Teil h für Extraktionsflüssigkeiten schwerer als Wasser, wie z. B. Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff, und in einem Teil c für Flüssigkeiten leichter als Wasser, z. B. Hexan, dargestellt. Die spezifischen Gewichte sind etwa 14 bzw. 0,6, so daß in bezug auf Wasser ein deutlicher Unterschied auftritt und die Entmischung im Gefäß 11 sehr schnell erfolgt, wobei als genau definierte Trennschicht ein Flüssigkeitsspiegel 26 gebildet wird. Das Entmischungsgefäß 11 besitzt eine Zuleitung 27, die an das Ende des Rohres 1 angeschlossen ist. Diese Zuleitung kann an verschiedenen Stellen in das Entmischungsgefäß 11 münden, weil die schwerere Flüssigkeit durch die leichtere Flüssigkeit hindurchsinkt oder die leichtere durch die schwerere Flüssigkeit hindurch emporsteigt. Ein Auslaufhahn 28 ist zur

Entfernung der Flüssigkeiten vorgesehen. Am oberen Teil des Gefäßes ti ist eine Ableitung 29 mit Überlaufanschluß 30 angebracht, der als Überlauf im Schaltbild b nach F i g. 8 dient, wobei das Wasser 4 bei einem zu hohen Pegelstand über die Leitung 29 in ein Auffanggefäß 31 überläuft. Die Flüssigkeit 32, ζ. Β, Tetrachlorkohlenstoff, bestimmt die Höhe des Flüssigkeitsspiegels 26. Diese Flüssigkeit läuft kontinuierlich durch eine in der Nähe des Bodens des Gefäßes 11 mündende Ableitung 33, ein senkrecht angeordnetes Rohr 34, einen Überlaufanschluß 35, der hier nicht als Überlauf dient, eine Rückleitung 36, einen Schlauch 24, das Rohr 1 und zurück über die Zuleitung 27, um.

Im Schaltbild c nach Fig.8 wird Hexan als Lösungsmittel verwendet. Diese Flüssigkeit schwimmt auf dem Wasser, so daß die Ableitung 29 mit Überlaufanschluß 30, der nun nicht als Überlauf dient, mit der Rückleitung 36 verbunden ist, so daß eine Rückführung des Hexans erfolgen kann. Beim Betrieb wird also die Hexanmenge zwischen den Flüssigkeitsspiegeln 26 und 37 konstant bleiben. Würde das zugeführte Wasser über die Zuleitung 27 nicht entfernt, so würden die Spiegel 26 und 37 stets steigen. Mittels der Ableitung 33, des senkrechten Rohres 34 und des Überlaufanschlusses 35 stellt sich ein konstanter Pegelstand ein, bei dem das Wasser, das über den Anschluß 35 überläuft, im Auffanggefäß 31 gesammelt wird. Dabei ist stets die Länge der Flüssigkeitssäule zwischen den Spiegeln 26 und 37 multipliziert mit dem spezifischen Gewicht von Hexan gleich der Länge der Wassersäule im Rohr 34, vom Pegelstand des Spiegels 26 bis zum Überlauf am Anschluß 35 gerechnet. Dies hat den Vorteil, daß für leichtere und schwerere Extraktionsflüssigkeiten in dieser Extraktionsvorrichtung dasselbe Entmischungsgefäß verwendet werden kann.

Die Ableitung 33 kann auch als U-förmiges Rohr ausgebildet sein, das von oben her in das Gefäß eingeführt wird und in der Nähe des Bodens mündet und auf der Außenseite an das senkrechte Rohr 34 angeschlossen ist, so daß infolge Heberwirkung der Überlauf am Anschluß 35 ebenfalls wirksam ist. Andere Bauarten für dieses Entmischungsgefäß 11 sind ebenfalls anwendbar. Zum Beispiel kann die Ableitung 29 im Gefäß verlängert werden und kann die Rückleitung 36 dauernd daran angeschlossen sein, so daß im Schaltbild b die Ableitung 29 unterhalb des Spiegels 26 in der Flüssigkeit 32 mündet, während derselbe Überlaufanschluß 35 im Schaltbild c auch im Schaltbild b verwendet werden kann, indem über einen Dreiweghahn das Rohr 34 verschlossen und eine andere waagerechte Ableitung an den Überlaufanschluß 35 angeschlossen wird, die in das das Wasser 4 enthaltende Gefäß mündet, auf gleiche Weise wie die Ableitung 29 mit Übtrlaufanschluß 30 im Schaltbild b.

Als Beispiel sei die Analyse von verunreinigtem Wasser mit Tetrachlorkohlenstoff als Lösungsmittel beschrieben. Das Rohr 1 besteht aus Polytetrafluoräthylen.

Die Länge ist 1 m und der Innendurchmesser 1,5 mm. Die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ist etwa 10 cm/s, die Extraktionszeit beträgt daher 10 Sekunden und der Extraktionsgrad ist 98%. Im großen und ganzen kann also 0,5 Liter Wasser mit 10 cm³ Tetrachlorkohlenstoff in gut einer Stunde auf z. B. 5 ppb Blei oder 5 ppb Cadmium oder 5 ppb Arsen oder 100 ppb Zink analysiert werden, wobei die Konzentrationen im Tetrachlorkohlenstoff schließlich fünfzigmal größer sind. Wenn das Rohr 10 m lang ist, kann ebenfalls in 10 Sekunden zehnmal mehr Flüssigkeit extrahiert werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit auf 1 m/s gesteigert wird, oder dieselbe Flüssigkeitsmenge kann in einer zehnmal kürzeren Zeit verarbeitet werden.

Fig.9 zeigt schematisch drei Vorrichtungen, bei denen eine Pumpe überflüssig ist. Durch Ausnutzung des Unterschiedes der spezifischen Gewichte der beiden Flüssigkeiten kann ein regelrechtes Durchströmen durch eine vertikale Anordnung der Teile der

ίο Vorrichtung erreicht werden, wobei also die Schwerkraft die Pumpwirkung hervorruft.

In Fig.9a werden die gleichen Teile wie in Fig.2 verwendet, aber die in F i g. 2 dargestellten Pumpen 7 und 10 werden bei der Vorrichtung nach F i g. 9a darch eine vertikale Säule mit einer Länge l\ für die Flüssigkeit 4 und eine vertikale Säule mit einer Länge I₂ für die Flüssigkeit 3 ersetzt. Es soll sichergestellt werden, daß A · Da = I₂ · D₃ ist, wobei Di, das spezifische Gewicht der leichteren Flüssigkeit 4 und D₃ das spezifische Gewicht der schwereren Flüssigkeit 3 darstellt. Der Druck der beiden Flüssigkeiten im Mischstück 8 ist dann gleich groß und eine regelmäßige Bildung von Tropfen nach F i g. 1 ist gewährleistet

F i g. 9b zeigt eine Vorrichtung nach F i g. 8, a und b,

jedoch ohne Pumpe 23 und ohne Motor 25. Die Strömung durch das Rohr 1 wird dadurch erhalten, daß im Mischstück 8 der Druck der Flüssigkeitssäule 3 der Rückleitung 36 größer als der Druck des Flüssigkeitsgemisches im Rohr 1 ist, denn I₂ ■ D₃ ist größer als I₂ ■ If₂(Ih+D*) bei einer Flüssigkeitsverteilung im Rohr 1 von 1 :1. Weiter muß

Q_x-U) ■ D₄ = (I₂ + Iz)-D₃

erfüllt werden, um die Drücke in den beiden Schenkeln des Mischstückes 8 einander gleich zu machen.

In F i g. 9c ist die abgeänderte Vorrichtung der F i g. 8, a und c, dargestellt. Durch das Vorhandensein der schwereren Flüssigkeitssegmente der Flüssigkeit 4 im Rohr 1 ist der Druck am Austritt des Rohres 1 im Gefäß 11 immer größer als der Druck der Flüssigkeitssäule über die Rückieitung 36, so daß darin die Flüssigkeit 3 nach wie vor von unten nach oben strömt. Die Bedingung für gleichen Druck im Mischstück 8 ergibt wieder (U=h) ■ Dt = (k +h) ■ Dz.

Es sei bemerkt, daß das Extraktionsrohr 1 vorzugsweise ein rundes Rohr ist, das in dieser Form auch einfach käuflich erhältlich ist und sich leicht in vielerlei Formen aufwickeln läßt (siehe F i g. 3,4 und 5). Es hat

so sich außerdem herausgestellt, daß der Durchmesser weniger als 4 mm sein soll, wenn reproduzierbare stabile Tropfenformen und ein befriedigender Rühreffekt erhalten werden sollen. Wenn sich herausstellt, daß die Bedingung nicht erfüllt wird, und wenn ein Rohr

geringeren Durchmessers nicht verfügbar ist, kann, sofern das Material des Rohres es gestattet, das Rohr in regelmäßigen Abständen etwas oval gemacht werden, wodurch zwar der Umfang des Inneren gleichbleibt, aber die Oberfläche kleiner wird. In diesem Falle ist es zu bevorzugen, abwechselnd die ovalen Teile um 90° zu verdrehen, damit ein zusätzlicher Rühreffekt erhalten wird. Ein Beispiel eines auf diese Weise bearbeiteten Schlauches ist in F i g. 3 bei A dargestellt, in der zwei zueinander senkrechte flache Schlauchteile aneinander anschließen. Das Mischstück 8 und das Extraktionsrohr 1 können zu mehreren ähnlichen Teilen parallel angeordnet werden, um die zu verarbeitende Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit zu vergrößern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vcriahren zur Extraktion von Stoffen aus einer ersten Flüssigkeit, bei dem diese Flüssigkeit mit einer zweiten Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, die mit der ersten Flüssigkeit nicht mischbar ist, wonach die beiden Flüssigkeiten wieder voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkeiten demselben Ende eines Extraktionsrohres mit einem Innendurchmesser von weniger als 4 mm zugeführt werden, wobei eine der beiden Flüssigkeiten die Rohrwand benetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkeiten nach Entmischung wieder dem Extraktionsrohr zugeführt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Pumpeinrichtung, mit Vorratsgefäßen für die Flüssigkeiten und mit einem Mischstück, an das ein Extraktionsrohr angeschlossen ist, dessen Ende mit einem Entmischungsgefäß verbunden ist, das eine Ableitung für die erste und eine Ableitung für die zweite Flüssigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Extraktionsrohr (1) einen Innendurchmesser von weniger als 4 mm hat und aus einem Material besteht, das für eine der beiden Flüssigkeiten (3) eine starke Adhäsion und für die andere Flüssigkeit (4) eine geringe Adhäsion aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Entmischungsgefäß (11) mit einer am oberen Teil des Gefäßes angebrachten ersten Ableitung (29) mit Überlaufanschluß (30) für die leichtere entmischte Flüssigkeit und weiter mit einer in der Nähe des Bodens des Gefäßes in dieses mündenden zweiten Ableitung (33) für die schv/erere Flüssigkeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ableitung (33) an ein senkrecht angeordnetes Rohr (34) mit Überlaufanschluß (35) angeschlossen ist, der auf einem waagerechten Niveau liegt, das sich zwischen dem Überlaufanschluß der ersten Ableitung und dem sich bildenden Flüssigkeitsspiegel (26) zwischen den beiden Flüssigkeiten befindet, und daß die Pumpeinrichtung an ein Vorratsgefäß (21) mit der ersten Flüssigkeit und an einen der genannten Überlaufanschlüsse angeschlossen ist.