DE3245556A1

DE3245556A1 - Kolonneneinrichtung zur durchfuehrung von stoffaustauschprozessen oder dgl.

Info

Publication number: DE3245556A1
Application number: DE19823245556
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Ing Moegli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-04-26

Description

Kolonneneinrichtung zur Durchführung von
Stoffaustauschprozessen o.dergl." Die Erfindung betrifft eine Kolonneneinrichtung zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen, chemischen oder biotechnischen Reaktionen, bestehend aus einem vertikal stehenden zylindrischen Gehäuse, das mittels horizontaler Trennwände in mehrere Kolonnenstufen unterteilt ist, durch die eine angetriebene, zentrisch angeordnete Welle geführt ist, an der drehfest Einbauten befestigt sind, die in den einzelnen Kolonnenstufen in Horizontal ebenen umlaufen.
Eine derartige Ausführungsform läßt sich beispielsweise der DE-PS 17 69 005 entnehmen. Hier ist eine Kolonneneinrichtung zur Gegenstromextraktion von Flüssigkeiten offenbart, deren Extraktionsstufen durch perforierte Trennwände voneinander getrennt sind. Dabei weist jede Extraktionsstufe eine Mischvorrichtung auf. Die Trennwände sind stationär angeordnet; durch Anzahl und Durchmesser der genannten Perforationen in den Trennwänden kann das Verhältnis des Wirkungsgrades einer Stufe und der Durchsatz solcher Kolonneneinrichtungen in weiten Grenzen beeinflußt werden Durch Austausch von Trennwänden mit verschiedenen freien Querschnitten läßt sich die Extraktionskolonne den gewünschten Betriebsbedingungen anpassen. Es können aber auch die Größen der freien Querschnitte der einzelnen Extraktionsstufen der Kolonne verschieden gewählt werden und zwar entsprechend den physikalischen Eigenschaften der zu behandelnden Flüssigkeiten.
Bei dieser vorbekannten Konstruktion läßt sich die Welle mit den an ihr drehfest befestigten Einbauten nicht einteilig ein- bzw.
ausbauen; vielmehr müssen die z.B. als Rührer ausgebildeten Einbauten einzeln und nacheinander an der Welle festgelegt werden, während die Trennwände ebenfalls einzeln und nacheinander mit dem Gehäusemantel verbunden werden müssen.
Die physikalischen, chemischen oder biologischen Prozeßabläufe in der Kolonne werden von der konstruktiven Seite her bestimmt durch die Anzahl und die Geometrie der Kammern, die Bauart und die Drehzahl der Rührer und in beträchtlichem Maße auch durch die Gestaltung der Trennwände zwischen den einzelnen Kammern der Kolonne. Vor allem spielen die Form, die Anzahl und die Größe der Öffnungen eine Rolle, durch die die Flüssigkeits- und Gasströme die Kolonne in axialer Richtung durchströmen.
Aus Versuchen und Berechnungen ist bekannt, daß Extraktionskolonnen, deren Trennwände große freie Querschnitte aufweisen, mit spezifisch großen Flüssigkeitsströmen belastet werden können.
Diesem hohen Durchsatz steht aber ein niedriger Wirkungsgrad der einzelnen Kammern gegenüber. Dieses Verhalten kann so erklärt werden, daß die Vermischung der Flüssigkeiten durch den Rührer einer Kammer nicht auf diese eine Kammer beschränkt bleibt, sondern sich infolge des großen Querschnitts der Trennwände auf die benachbarten Kammern überträgt. Durch diesen als Rück- der Längsvermischung bekannten Effekt wird das Konzentrationsgefälle längs der Kolonnenachse abgebaut; dadurch wird der Wirkungsgrad der Kammern oder Stufen vermindert.
Kolonnen mit kleinen freien Querschnitten haben demgegenüber einen vergleichsweise geringeren spezifischen Durchsatz jedoch einen höheren Stufenwirkungsgrad. Aus vorstehenden Ausführungen ist erkennbar, daß der freie Querschnitt der Trennwände das Verhältnis des Kolonnendurchsatzes zum Stufenwirkungsgrad erheblich beeinflußt; dies ist für die optimale konstruktive Auslegung der Apparatur entsprechend den gegebenen Prozeß- und Stoffdaten von Bedeutung.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuterte Kolonneneinrichtung hinsichtlich des Ein- bzw. Ausbaues der Welle sowie der an dieser drehfest befestigten Einbauten zu verbessern und die Anpassungsmöglichkeiten zu vergrößern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede horizontale Trennwand aus einer drehfest an der Welle sitzenden kreisförmigen Scheibe sowie aus einer diese mit lichtem Abstand umgreifenden stationären kreisringförmigen Scheibe besteht.
Dabei können die kreisringförmigen Scheiben an dem Gehäusemantel, oder aber an stationären Einbauten der Kolonnenstufen befestigt sein.
Die kreisförmigen Scheiben und/oder die kreisringförmigen Scheiben können mit Durchflußöffnungen versehen sein.
Bei der erfindungsgemäßen Kolonneneinrichtung kann der freie Durchlaßquerschnitt zwischen den einzelnen Kolonnenstufen in weiten Grenzen variiert und unabhängig vom Durchmesser der mit der Welle drehfest verbundenen Einbauten gewählt werden. Die Welle läßt sich zusammen mit den an ihr festgelegten Einbauten in einfacher Weise in das zylindrische Gehäuse einbauen bzw.
aus diesem Gehäuse herausziehen. Hierfür ist natürlich Voraussetzung, daß der Durchmesser der mit der Welle verbundenen Einbauten, also z.B. der Durchmesser der Rührer, etwas kleiner ist als der lichte Innendurchmesser der kreisringförmigen Scheiben.
Dabei sollte aber der lichte Innendurchmesser der kreisringförmigen Scheiben nur um soviel größer als der Durchmesser der genannten Rührer gewählt werden, als es zum ungehinderten Einbau der mit den Rührern bestückten Welle erforderlich ist. Kreisringförmige Scheiben mit größerem Durchlaß begünstigen die schädliche Axialvermischung.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann der freie Querschnitt unabhängig vom Rührerdurchmesser in weiten Grenzen variiert werden.
In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Axialschnitt durch zwei Kammern einer Kolonneneinrichtung und Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch eine gegenüber Figur 1 geringfügig abgewandelte Ausführungsform.
Auf einer rotierenden Welle 1 sind innere kreisförmige Scheiben3 und Rührer 5 befestigt. Das Gehäuse der Kolonne besteht aus einem zylindrischen Mantel 2, kreisringförmigen Scheiben 4 und vertikalen Schikanen 6, die auch Stromstörer genannt werden. Die Trennwände zwischen den Kammern bestehen je aus dem rotierenden Teil 3 und dem festen, nicht rotierenden Teil 4.
Bei dem in der Zeichnung beispielshaft dargestellten Rührer 5 handelt es sich um einen sogenannten Blatt- oder Flügelrührer; an seiner Stelle kann auch eine andere Rührerart, eine Mischpumpe oder eine andersartige Einrichtung treten, die geeignet ist, die fluiden Medien gut miteinander zu vermischen oder ineinander zu verteilen. Es können in einer Kammer auch zwei oder mehrere Rühr- oder Pumpeinrichtungen übereinander auf der Welle angeordnet sein.
Der freie Querschnitt der Trennwand ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bestimmt durch den Ringspalt zwischen den beiden Teilen 3 und 4 der Trennwand. Es kann vergrößert werden durch zusätzliche Durchlaßöffnungen in dem einen und/oder anderen Teil der Trennwand. Als Beispiel sind in der Zeichnung eine Anzahl Löcher in der rotierenden Scheibe 3 eingezeichnet. Zweckmäßigerweise wird man den Durchmesser der Rührer 5 kleiner wählen als den inneren Durchmesser der Kreisringscheibe 4 und der Stromstörer 6. Auf diese Weise kann die Welle 1 mit den eingesetzten Rührern 5 und den Scheiben 3 in den mit den festen Einbauten 4 und 6 versehenen Kolonnenmantel 2 hineingeschoben oder aus diesem herausgezogen werden. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, das die wirtschaftliche Herstellung, die Montage und Demontage und den Unterhalt der Apparatur fördert.

Claims

Patentansprüche: 1. Kolonneneinrichtung zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen, chemischen oder biotechnischen Reaktionen, bestehend aus einem vertikal stehenden zylindrischen Gehäuse, das mittels horizontaler Trennwände (3,4) in mehrere Kolonnenstufen unterteilt ist, durch die eine angetriebene, zentrisch angeordnete Welle (1) geführt ist, an der drehfest Einbauten (5) befestigt sind, die in den einzelnen Kolonnenstufen in Horizontalebenen umlaufen, d ad u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß jede horizontale Trennwand (3,4) aus einer drehfest an der Welle (1) sitzenden kreisförmigen Scheibe (3) sowie aus einer diese mit lichtem Abstand umgreifenden stationären kreisringförmigen Scheibe (4) besteht.
2. Kolonneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmigen Scheiben (4) an dem Gehäusemantel (2) befestigt sind.
3. Kolonneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmigen Scheiben (4) an stationären Einbauten (6) der Kolonnenstufen befestigt sind.
4. Kolonneneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Scheiben (3) und/oder die kreisringförmigen Scheiben (4) mit Durchflußöffnungen versehen sind.
5. Kolonneneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Innendurchmesser der kreisringförmigen Scheiben (4) größer ist als der Durchmesser der drehfest mit der Welle (1) verbundenen Einbauten (5).