DE2725721A1

DE2725721A1 - Verfahren zum stoffaustausch zwischen einem teilchenfoermigen feststoff und einem fluessigen oder gasfoermigen loesungsmittel im gegenstrom und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2725721A1
Application number: DE19772725721
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Schrein
Original assignee: Hag AG
Current assignee: Schrein Juergen Dipl-Ing 2863 Ritterhude De
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2725721C2; IT7824104A0

Description

Verfahren zum Stoffaustausch zwischen einem teilchen-
förmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel im Gegenstrom und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.
Es ist bekannt zum Stoffaustausch zwischen einem teilchenförmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel das Lösungsmittel im Gegenstrom zu bewegen.
Der teilchenförmige Feststoff befindet sich dabei in einem Feststoffbett und wird von dem Lösungsmittel in einem Behälter durchströmt. Der Stoffaustausch läuft insbesondere bei feinkörnigem Feststoff jedoch ungleichmässig ab, da die Kanalbildung im Bett nicht verhindert werden kann.
Bei kompressiblen und feinkörnigen Feststoffen wird der Druckabfall im strömenden Lösungsmittel ausserdem so gross, dass das Verfahren nicht mehr anwendbar ist. Durch die Führung der Ströme im Gegenstrom ergeben sich schwierige Förderprobleme im Feststoffbett und ein grosser Aufwand an Steuereinrichtungen für die Hintereinanderschaltung mehrerer Behälter.
Es ist ferner bekannt, den teilchenförmigen Feststoff mit dem Lösungsmittel durch Rühren oder spezielle Strömungsvorgänge zu mischen und anschliessend durch geeignete Massnahmen wieder von diesem abzutrennen (Mixer-Settler-Prinzip).
Durch Mischen und Trennen in mehreren Stufen kann auch ein Verfahrensablauf im Gegenstrom erreicht werden. Es ergibt sich dabei jedoch eine relativ kleine Differenzgeschwindigkeit zwischen den Feststoffteilchen und dem Lösungsmittel, da die Teilchen zusammen mit dem Lösungsmittel beschleunigt werden. Der grösste Teil der Rührenergie kommt daher nicht der Beschleunigung des Stoffaustausches zugute.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stoffaustausch zu beschleunigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgerrass durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 angegebenen Massnahmen gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Relativgeschwindigkeit der beiden Medien unabhängig von ihren Eigenschaften eingestellt und dadurch sehr hoch gewählt werden können, dass die Grenzfläche, durch die der Stofftransport erfolgt, häufig erneuert wird, dass die Dichtedifferenz beider Medien sehr gering sein kann und dass die Aufenthalts zeit der beteiligten Stoffe innerhalb der Apparatur verkürzt wird und dadurch die Abmessungen der Apparatur verringert und deren Wirtschaftlichkeit verbessert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer verschiebbaren, halbdurchlässigen Wand und Figur 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der die halbdurchlässige Wand fest ist und das Volumen der Strömungskanäle durch Verdränger periodisch verändert wird.
Je nach der Richtung des Stoffaustausches ergibt sich eine Extraktion oder Absorption. Das Verfahren kann jedoch auch für Waschvorgänge eingesetzt werden.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus zwei parallelen Kanälen 5, die eine gemeinsame halbdurchlässige Wand 6 besitzen, welche für das Lösungsmittel durchlässig ist, für den Feststoff jedoch undurchlässig ist. Bei 1 wird in die Vorrichtung mittels einer Pumpe eine Mischung aus teilchenförmigem Feststoff und einem geeigneten Lösungsmittel eingebracht. Bei 2 wird eine Mischung aus ausgelaugtem Feststoff und Lösungsmittel mittels einer Pumpe aus der Vorrichtung entfernt. In den zweiten Kanal wird bei 3 reines Lösungsmittel eingepumpt, während bei 4 das mit den löslichen Bestandteilen aus dem Feststoff beladene Lösungsmittel durch eine weitere Pumpe entfernt wird.
Die halbdurchlässige Wand kann zum Beispiel aus einem stabilen Gitter bestehen, das mit einem Siebgewebe'bespannt ist, dessen lichte Maschenweite geringer ist als der Durchmesser der zu behandelnden Partikel oder Teilchen. Die Trennwand ist zwischen den Kanälen beweglich angeordnet und mit einem Antrieb 7 versehen, der die Wand vorzugsweise derart verschiebt, dass die Kanäle 10 bis 190 % des Volumens annehmen können, das sie bei Mittellage der halbdurchlässigen Wand besitzen. Die Frequenz der Hin- und Herbewegungen liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 Hüben pro cm Wegstrecke, den die Suspension, das heisst der Strom aus Lösungsmittel und darin dispergiertem Feststoff, durchschnittlich zurücklegt.
Die Förderung der Suspension von 1 nach 2 und des Lösungsmittels von 3 nach 4 erfolgt vorzugsweise durch ihre unterschiedliche Dichte, während die Pumpen nur die ein- und austretenden Mengen regulieren. Der Antrieb 7 wird nur dazu benutzt, die Relativgeschwindigkeit zwischen dem teilchenförmigen Feststoff und dem Lösungsmittel herzustellen und die Lösung zu durchmischen. Der Antrieb kann auch benutzt werden, um die Partikel zwischen beweglicher und fester Kanalwand auszupressen, falls dies für den Extraktionsprozess von Vorteil ist.
Die Kapazität der Vorrichtung kann auf einfache Weise gesteigert werden, indem mehrere Elemente nach Fig. 1 in der gleichen Art parallelgeschaltet werden, wie dies zum Beispiel bei Plattenwärmetauschern üblich ist.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausfithrungsform, bei der der Verfahrensablauf wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt, jedoch die Hin- und Herbewegung der Lösung durch kolbenartige Verdränger 8 bewirkt wird, welche abwechselnd bei 9 bzw. 10 mit Druckluft oder einem anderen Hilfsmedium beaufschlagt werden. Die durchlässige Wand ist bei dieser Ausführungsform fest in die Vorrichtung eingebaut.
Das von 3 nach 4 strömende Lösungsmittel besitzt vorzugsweise eine mittlere Geschwindigkeit, die über der mittleren Geschwindigkeit der von 1 nach 2 strömenden Suspension liegt.
Der Strom aus Lösungsmittel und darin dispergiertem Feststoff wird vorzugsweise im Gegenstrom zu dem Lösungsmittelstrom bewegt.
Die Lösungsmittel sind vorzugsweise identisch, da sie ansonsten durch Mischung identisch werden. Sie können grund sätzlich jedoch auch Lösungsmittelgemische sein.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass periodisch ein grosser Teil der Lösung durch die durchlässige Wand hin- und hergefördert wird. Wird die Wand nach rechts bewegt, werden die Feststoffteilchen festgehalten, während die Lösung mit grosser Geschwindigkeit an den Oberflächen der Feststoffteilchen vorbeiströmt, wodurch ein schneller Stoffübergang vom Feststoff an die Lösung bewirkt wird.
Bei der Bewegung der Wand nach links werden die öffnungen der Wand durch die durchtretende Lösung gereinigt und wird die Suspension gemischt. Hierbei wird vorzugsweise die Längsvermischung möglichst klein gehalten und werden pro Flächeneinheit der durchlässigen Wand gleiche Flüssigkeitsmengen hin- und herbewegt. Dies wird dadurch erreicht, dass über die gesamte wirksame Länge der Vorrichtung eine gleichmässige Kraft auf die Flüssigkein einwirkt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung geschieht dies durch seitliches Verschieben der durchlässigen Wand bzw. bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung durch die kolbenartigen Verdränger 8.
Beispiel Mit einer Vorrichtung gemäss Figur 1 von 1 m Länge, 2 80 mm x 10 mm Kanalquerschnitten, 600 cm2 Membranfläche, 0,03mm Maschenweite und 80 Hüben der halbdurchl#ssigen Wand pro Minute wurde Röstkaffee extrahiert, der auf eine Kornfeinheit gemahlen ist, wie sie beim Filtern im Haushalt eingesetzt wird. Durch Zusetzen von 3 Teilen Wasser von 90 0C zu einem Teil gemahlenem Kaffee wird eine Suspension gebildet, die kontinuierlich mit 16 kg/h bei 1 in die Vorrichtung eingespeist wird. Derselbe Mengenstrom wird am unteren Ende der Vorrichtung bei 2 abgenommen.
Die Suspension hatte eine mittlere Geschwindigkeit von ca. 0,55 cm/s. Auf der Extraktseite wurde Wasser von 90 0C mit 36 llh bei 3 in die Vorrichtung eingespeist und dieselbe Menge oben bei 4 abgezogen. Der Extrakt hat eine mittlere Geschwindigkeit von ca. 1,1 cm/s. Der abgezogene Extrakt besitzt eine Konzentration von 2>4 % und einen angenehmen Geschmack. Es werden ca. 80 ß des maximal löslichen Anteils des Röstkaffees bei einer Aufenthaltszeit des Kaffees von 180 s extrahiert.
Ende der Beschreibung.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Stoffaustausch zwischen einem teilchenförmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom aus Lösungsmittel und darin dispergiertem Feststoff und ein Strom aus Lösungsmittel durch eine halbdurchlässige Wand getrennt werden, die für das Lösungsmittel durchlässig, für den Feststoff jedoch undurchlässig ist, und dass das Lösungsmittel periodisch durch die halbdurchlässige Wand hin- und herbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Strömungskanäle abwechselnd vermindert und vergrössert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ströme im Gegenstrom zueinander bewegt werden.
#. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ströme durch ihre unterschiedliche Dichte im Gegenstrom zueinander bewegt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit zwei parallelen Strömungskanälen, gekennzeichnet durch eine gemeinsame, für das Lösungsmittel durchlässige, für den Feststoff jedoch undurchlässige Wand (6).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7, 9, 10), die das Volumen der Strömungskanäle (5) periodisch vermindert bzw. vergrössert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Verminderung bzw. Vergrösserung des Volumens der Strömungskanäle (5) eine halbdurchlässige Wand (6) ist, die hin- und herbewegt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Verminderung bzw. Vergrösserung des Volumens der Strömungskanäle Verdränger (8) sind, die abwechseln mit einem Hilfsmedium (bei 9 bzw. 10) beaufschlagt werden.