DE2752759A1 - Extraktionskolonne - Google Patents

Description

A 2529

Luwa AG Zürich

(Schweiz)

Extraktionskolonne

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extraktionskolonne für den Stoffaustausch zwischen zwei im wesentlichen unlöslichen Flüssigkeiten, mit einer Rührscheiben tragenden Rotorwelle und Extraktionskammern, die durch bis an die Rotorwelle reichende Zwischenböden voneinander getrennt sind.

Bei einer bekannten und heute gebräuchlichen Extraktionskolonne dieser Art enthält jede Extraktionskammer eine Rührscheibe, die etwa mittig zwischen den beiden, die Kammer begrenzenden Zwischenböden angeordnet ist. Die Zwischenböden lassen gegenüber der diese durchsetzenden Rotorwelle nur einen schmalen Spalt frei. Benachbarte Extraktionskammern sind untereinander durch asymmetrisch angeordnete Absetzkammern verbunden, welche

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ihrerseits gegenüber den Extraktionskammern durch eine parallel zur Rotorwelle verlaufende Trennwand bzw. Schikane abgeschirmt sind.

Gegenüber den als RDC-Kolonnen (Rotating Disc Column) bezeichneten Extraktionskolonnen, bei welchen die Zwischenboden als Kreisringe mit einem gegenüber dem Rührscheibendurchmesser grösseren Innendurchmesser ausgebildet sind, haben die Extraktionskolonnen der erstgenannten Art, welche auch als ARD-Kolonnen (Asymmetrie Rotating Disc) bezeichnet werden, den Vorteil einer geringeren Rückvermischung. Durch die Erstreckung der Zwischenboden bis nahe an die Rührwelle sind benachbarte Rührzonen bzw. Kammern erheblich besser voneinander getrennt. Diesem Vorteil steht allerdings der konstruktive Aufwand entgegen, welcher für die Aufbaubarkeit des Rotors getrieben werden muss, sowie auch der erheblich vergrösserte Arbeitsaufwand, der beim Aus- und Einbau anfällt.

Den bekannten ARD-Extraktionskolonnen haftet aber auch der Nachteil an, dass in bestimmten Fällen der Trenneffekt unzureichend ist. Bei Flüssigkeiten mit hohem Dichteunterschied und/oder hoher Grenzflächenspannung stellt sich über die Höhe der einzelnen Extraktionskammern eine unterschiedlich intensive Phasenvermischung ein, wobei nur in der unmittelbaren Umgebung des jeweiligen Rührelementes eine ausreichende Verteilung bzw. Vermischung zustandekommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Extraktionskolonne, bei welcher eine intensive Phasenvermischung über die ganze Höhe der Extraktionskammern unter Vermeidung von Rück- und Kurzschlussströmungen zwischen benachbarten Kammern erreicht wird.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Zwischenboden einen als Kreisscheibe ausgebildeten inneren Teil aufweist, welcher mit der Rotorwelle starr verbunden ist und eine Rührscheibe bildet. Dementsprechend wirkt auf die in einer Extraktionskammer befindliche Flüssigkeit von oben und von unten eine Rührscheibe ein, die durch Beschleunigung zu einer intensiven Vermischung der Phasen führen. Nachdem sich die stationären Teile der Zwischenboden nicht in die Nachbarschaft der Rotorwelle erstrecken, fehlen in diesem Rotorbereich Reibungsflächen, die sich der Beschleunigung der Flüssigkeit nachteilig in den Weg stellen würden. Für die gleichmässig intensive Vermischung der Phasen über die Höhe einer Extraktionskammer dürfte sich vorteilhaft auswirken, dass die den stationären Zwischenböden benachbarten Flüssigkeitsschichten durch unmittelbare Berührung mit den Rührscheiben beschleunigt wurden.

Durch die erfindungsgemasse Ausgestaltung ergibt sich über die angestrebte bessere Verteilung und Phasenvermischung ein wesentlicher konstruktiver Vorteil. Da die Rührscheiben einen Durchmesser haben, der um das Laufspiel kleiner ist als der Innendurchmesser der stationären Zwischenbodenringe, lässt sich der Rotor durch eine axiale Bewegung aus der Kolonne ausbauen, ohne dass stationäre Teile der Zwischenböden demontiert werden müssen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Zahl der kreisförmigen Oeffnungen in jedem Zwischenboden 1 bis 4 beträgt. Gemäss einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Rührscheiben je nach der erforderlichen Rührwirkung mit Oeffnungen und/oder mit Verbindungsleisten versehen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung sind an der Rotorwelle zwischen den Teile der Zwischenböden bildenden Rührscheiben noch weitere Rührelemente angebracht. _A _

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der prinzipiellen Teile einer Extraktionskolonne in einem Axialschnitt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Kolonne mit einer anderen Ausführungsform der Rührelemente, während

Fig. 4 und Fig. 5 zwei weitere Ausführungsformen der Kolonneneinbauten, insbesondere des aus Welle und Rührelementen bestehenden Rotors, enthalten.

Die Extraktionskolonne nach Fig. 1 und 2 weist einen teilweise dargestellten zylindrischen Mantel 1 auf, in dem ein Stator angeordnet ist. Der Stator weist eine vertikale, gewölbte Trennwand 2 und horizontale, je im Abstand voneinander und versetzt zueinander angeordnete Gruppen von Trennschikanen 3 und 4 auf, die je auf einer Seite der Trennwand 2 angeordnet sind. Die vertikale Trennwand 2 unterteilt die Kolonne in zwei im Querschnitt nebeneinanderliegende, asymmetrische Teile, den Extraktionsraum 7 und den Absetzraum 8, wobei der letztere durch horizontale Schikanen 4 in Absetzkammern 10 unterteilt ist.

Der Extraktionsraum 7 ist durch die als ringförmige stationäre Zwischenbodenteile ausgebildeten Schikanen 3 und durch in deren Oeffnungen 11 angeordnete kreisförmige Rührscheiben 6 in übereinanderliegende Extraktionskammern 9 unterteilt. Die je auf gleicher Höhe wie die Zwischenböden 3 angeordneten Rührscheiben 6 sind starr mit einer Rotorwelle 5 verbunden. Die Rührscheiben

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6 sind mit technischem Spiel in die Oeffnungen 11 in den Trennschikanen 3 eingesetzt und füllen die Oeffnungen in der Ebene der Zwischenbodenteile 3 im Spaltabstand aus. Dabei beträgt die Spaltbreite 13 zwischen der Kante 12 einer Rührscheibe 6 und dem Umfang einer Oeffnung 11 0,005 bis 0,05 des Rührscheibendurchmessers .

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 betrifft eine Extraktionskolonne mit einer einzigen Oeffnung 11 in jedem horizontalen Zwischenbodenteil 3 und mit nur einem Rotor. Bei Extraktionskolonnen von grossem Durchmesser können mit Vorteil bis zu 4 solcher Oeffnungen 11 und eine entsprechende Zahl von Rotoren verwendet werden, wobei der Durchmesser der Oeffnungen 11 0,2 bis 0,6 des Kolonnendurchmessers ausmacht. Eine solche Anordnung führt zur gleichmässigen Vermischung der Flüssigkeit mit dem Extraktionsmittel im ganzen Querschnitt einer grossen Extraktionskammer 7.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Rührscheibe, die besonders für Flüssigkeiten mit sehr hohem Dichteunterschied und/oder Grenzflächenspannung geeignet ist. Die als kreisförmige Blattrührscheiben 6 ausgebildeten Rührelemente sind mit Oeffnungen 14 versehen, deren Gesamtfläche, je nach Eigenschaften des Flüssigkeitsgemisches, 0,1 bis 0,5 der Fläche des Rührelementes beträgt. Das bei der Rotation des Rührelementes 6 an den Kanten der Oeffnungen 14 entstehende Schergefälle trägt zur wirkungsvollen Tropfenverteilung der dispergierten Flüssigkeit bei.

In Fig. 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsformen des aus Welle und Rührelementen bestehenden Rotors dargestellt, die eine erhöhte Rührwirkung aufweisen. Nach Fig. 4 sind die an der Welle 5 angebrachten Rührelernente 6 an deren Umfang mit vertikalen Verbindungsleisten 15 versehen, welche benachbarte Rührelemente 6 miteinander verbinden. Die Zahl der Leisten

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kann zwischen eins und acht liegen. Nach Fig. 5 sind an der Rotorwelle 5 zwischen den sich in den Oeffnungen 11 befindenden Rührelementen 6 im axialen Abstand weitere Rührelemente 16 angebracht, deren Zahl, je nach der Höhe der Extraktionskammern, eins bis drei betragen kann.

Der Betrieb der Extraktionskolonne erfolgt in der nachstehenden Weise.

Die den zu extrahierenden Stoff enthaltende Lösung wird, je nach deren Dichte, entweder am oberen oder am unteren Ende des Extraktionsraumes 7 in die Extraktionskolonne eingespeist. Ein in dieser Lösung im wesentlichen unlösliches Extraktionsmittel mit gegenüber der Lösung abweichender Dichte wird am entgegengesetzten Ende des Extraktionsraumes 7 eingeführt. Die beiden Flüssigkeiten, die eine dispergiert in Tröpfchen und die andere kontinuierlich, bewegen sich nun auf Grund des Dichteunterschiedes und der Einwirkung der Rührelemente im Gegenstrom je in spiralförmiger Bahn abwechselnd von einer Extraktionskammer 9 in die benachbarte Absetzkammer 10 und anschliessend in die nächste Extraktionskammer. Durch die Einwirkung der in den Schikanenöffnungen rotierenden Rührelemente 6 werden die zwei flüssigen Phasen in jeder Extraktionskammer 9, insbesondere in den an den oberen und unteren Zwischenbodenteil 3 und die entsprechende Rührelementoberfläche grenzenden Flüssigkeitsschichten, intensiv durchmischt, wodurch der Uebergang des zu extrahierenden Stoffes aus der Lösung in das Extraktionsmittel gefördert wird. Dabei wirken die in den Oeffnungen 11 angeordneten Rührelemente zugleich als Trennwände zwischen zwei übereinanderliegenden Extraktionskammern 9, so dass die beiden Phasen in die nebenliegenden Absetzkammern 10 und nicht in die benachbarten Extraktionskammern strömen. Da die Absetzkammern 10 durch die Trennwand 2 vor der Einwirkung der Rührelemente 6 weitgehend geschützt sind, findet hier wegen

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der unterschiedlichen Dichte eine Entmischung der Phasen statt, die sich dann, je nach deren Dichte, in die nächste höher- bzw. tieferliegende Extraktionskammer fortbewegen. Auf die beschriebene Weise gelangen die beiden Phasen unter ständigem Stoffaustausch zu entgegengesetzten Enden des Extraktionsraumes 7, wobei der zu extrahierende Stoff aus der Lösung in das Extraktionsmittel übergegangen ist. Beide Phasen werden dann nach Absetzen aus der Extraktionskolonne weggeführt .

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Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Extraktionskolonne für den Stoffaustausch zwischen zwei im wesentlichen unlöslichen Flüssigkeiten, mit einer Rührscheiben tragenden Rotorwelle und Extraktionskammern, die durch bis an die Rotorwelle reichende Zwischenboden voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zwischenboden (3) einen als Kreisscheibe ausgebildeten inneren Teil (6) aufweist , welcher mit der Rotorwelle (5) starr verbunden ist und eine Rührscheibe bildet.

   2. Extraktionskolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zwischenboden mehrere kreisförmige Oeffnungen enthält und dass deren Durchmesser 0,2 bis 0,6 des Kolonnendurchmessers ausmacht.

   3. Extraktionskolonne nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührscheibe mit der zugehörigen Oeffnung einen Spalt von 0,005 bis 0,05 des Scheibendurchmessers bildet.

   4. Extraktionskolonne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührscheiben (6) selbst mit Oeffnungen (14) versehen sind, deren Gesamtfläche 0,1 bis 0,5 der Scheibenfläche beträgt.

   5. Extraktionskolonne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührscheiben an deren Umfang mit mindestens einer Verbindungsleiste (15) verbunden sind.

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   6. Extraktionskolcnne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotorwelle (5) zwischen den als Trennelementen wirkenden Rührscheiben (6) ein bis drei weitere Rührelemente angebracht sind.

   8.11.1977
   WFS:rj

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