DE2725721C2

DE2725721C2 - Verfahren zum Stoffaustausch zwischen einem teilchenförmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2725721C2
Application number: DE2725721A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 2800 Bremen Schrein
Original assignee: HAG AG 2800 BREMEN DE; HAG AG 2800 BREMEN
Current assignee: Schrein Juergen Dipl-Ing 2863 Ritterhude De
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1982-07-15
Also published as: DE2725721A1; IT7824104A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoffaustausch zwischen einem teilchenförmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4 zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4 ist aus der DE-OS 17 92 156 bekannt. Dem bekannten Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zwischen zwei Medienströmen, die durch eine halbdurchlässige Wand getrennt sind, ein sehr rascher Stoffübergang stattfindet, auch wenn die Medien durch die halbdurchlässige Wand hindurch nicht miteinander vermischt werden. Zur Beschleunigung des Mischvorgangs wird dabei ein sogenannter dynamischer Schaum durch Einleiten von Gas gebildet und können auch Rührmittel vorgesehen sein. Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung verläuft der Stoffaustausch langsam und nimmt die Vorrichtung einen großen Raum ein.

Ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung sind aus der DE-OS 24 57 329 bekannt. Nach dieser Entgegenhaltung wird die halbdurchlässige Wand durch Kratzmesser freigehalten, wobei jedoch durch die Bewegung der Kratzmesser keine übermäßige Bewegung der Aufschlämmung verursacht werden soll. Der Stoffaustausch verläuft hierbei ebenfalls langsam und die Vorrichtung nimmt viel Raum ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch das ein schneller Stoffaustausch erzielt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 4 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein großer Teil der Lösung durch die halbdurchlässige Wand hin- und hergefördert. Während des Durchtritts des Lösungsmittels durch die Wand werden die

ίο Feststoffteilchen festgehalten, so daß die Lösuirg mit großer Geschwindigkeit an den Oberflächen der Feststoffteilchen vorbeiströmt und ein schneller Stoffübergang vom Feststoff in die Lösung bewirkt wird. Beim Hindurchtritt des Lösungsmittels durch die Wand

werden die Öffnungen der Wand gleichzeitig gereinigt ui.d wird die Suspension vermischt. Da entlang der gesamten durchlässigen Wand eine gleichmäßige Kraft auf das Lösungsmittel einwirkt, ist die Längsvermischung, d. h. die Vermischung von längs der durdilässigen Wand an unterschiedlicher Stelle befindlichen Bereichen sehr klein und werden pro Flächeneinheit der durchlässigen Wand gleiche Flüssigkeitsmengen hin- und herbewegt. Die Erfindung eignet sich insbesondere auch für feinkörnigen Feststoff sowie für kompressible Feststoffe.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Relativgeschwindigkeit der beteiligte»!- Medien unabhängig von ihren Eigenschaften eingestellt und dadurch sehr hoch

jo gewählt werden können, daß die Grenzfläche, durch die der Stoffaustausch erfolgt, häufig erneuert wird, daß die Dichtedifferenz beider Medien sehr klein sein kann und daß die Aufenthaltszeit des Feststoffes innerhalb der Vorrichtung verkürzt wird und dadurch die Abmessun-

J5 gen der Vorrichtung verkleinert und deren Wirtschaftlichkeit verbessert wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

•to Zeichnung dargestellt und werden irv. folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer verschiebbaren, halbdurchlässigen Wand und

Fig. 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 Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus zwei parallelen Strömungskanälen 5, die eine gemeinsame halbdurchlässige Wand 6 besitzen, welche für das Lösungsmittel durchlässig ist, für den Feststoff jedoch undurchlässig ist. Bei t 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.

μ Die halbdurchlässige Wand 6 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

vorzugsweise eine mittlere Geschwindigkeit, die über der mittleren Geschwindigkeit der von I nach 2 strömenden Suspension liegt.

Der Strom aus Lösungsmittel una darin dispergiertein Feststoff wird vorzugsweise im Gegenstrom zu dem s Lösungsmittelstrom bewegt.

Die Lösungsmittel sind vorzugsweise identisch, da sie ansonsten durch Mischung identisch werden. Sie können grundsätzlich jedoch auch Lösungsmittelgemische sein.

η · · 1 H)

Beispiel

Mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 von 1 m Länge, 80 mm χ 10 mm Kanalcjuerschnitten, 600 cm² Membranfläche, 0,03 mm Maschenweite und 80 Hüben der halbdurchlässigen Wand pro Minute wurde Röstkaffee extrahiert, der auf eine Kornfeinheit gemahlen ist, wie sie beim Filtern im Hausht.lt eingesetzt wird. Durch Zusetzen von 3 Teilen Wasser von 90° C 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 Geschwindigkf 't von ca. 0,55 cm/s. Auf der Extraktseite wurde Wasser von 90° C mit 36 l/h 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% des maximal löslichen Anteils des Röstkaffees bei jo einer Aufenthaltszeit des Kaffees von 180 s extrahiert. Partikel oder Teilchen. Die Trennwand ist zwischen den Strömungskanälen beweglich angeordnet und mit einem Antrieb 7 versehen, der die Wand 6 vorzugsweise derart verschiebt, daß die Strömungskanüle IO bis 190% des Volumens annehmen können, das sie bei Mittellage der halbdurchlässigen Wand 6 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.

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 Wand 6 und fester Kanalwand auszupressen, falls dies für den Extraktionsprozeß von Vorteil ist.

Die Kapazität der Vorrichtung kann auf einfache Weise gesteigert werden, indem mehrere Vorrichtungen nach Kig. 1 in der gleichen Art parallelgeschaltet werden, wie dies zum Beispiel bei Plattenwärmetauschern üblich ist.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsfurm, bei der der Verfahrensablauf wie bei der Ausführungsform nach Fig. I erfolgt, jedoch die Hin- und Herbewegung eier Lösung durch kolbenartige Verdränger 8 bewirkt wird, welche abwechselnd bei 9 bzw. 10 mit Druckluft oder einem anderen Hilfsniedium beaufschlagt werden. Die halbdurchlässige Wand 6 ist bei dieser Ausführungsform fest in die Vorrichtung eingebaut.

Das von 3 nach 4 strömende Lösungsmittel besitzt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stoffaustausch zwischen einem teilchenförmigen Feststoff und einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel, bei dem ein Strom aus Lösungsmitte! 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, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel periodisch durch die halbdurchlässiga Wand hin- und herbewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Strömungskanäle abwechselnd vermindert und vergrößert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 2 mit zwei parallelen Strömungskanälen, welche eine gemeinsame, für das Lösungsmittel durchlässige, für den Feststoff jedoch undurchlässige Wand besitzen, gekennzeichnet durch einen Antrieb (7), der die halbdurchlässige Wand (6) hin- und herbewegt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 2 mit zwei parallelen Strömungskanälen, welche eine gemeinsame, für das Lösungsmittel durchlässige, für den Feststoff jedoch undurchlässige Wand besitzen., gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Verminderung bzw. zur Vergrößerung des Volumens der Strömungskanäle in Form von Verdrängern (8), die abwechselnd mit einem Hilfsmedium (bei 9 bzw. 10) beaufschlagt werden.