DE3246662C2

DE3246662C2 -

Info

Publication number: DE3246662C2
Application number: DE3246662A
Authority: DE
Inventors: Ljubomir Antonov Sofia/Sofija Bg Bojadjiev
Original assignee: EDINEN CENTAR PO CHIMIJA SOFIA/SOFIJA BG
Current assignee: EDINEN CENTAR PO CHIMIJA SOFIA/SOFIJA BG
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1989-05-24
Also published as: FR2518420A1; JPH0240361B2; BG35207A1; GB2111849B; FR2518420B1; GB2111849A; CS248037B2; JPS58128106A; DE3246662A1; CH652049A5; HU197994B; US4551252A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Aus dem AJChE-Journal, Vol. 17, Nr. 6 (Nov. 1971), S. 1300- 1303 ist ein Verfahren zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen bekannt, bei dem die mischbaren Flüssigkei ten ständig gerührt werden und durch eine Übermittlungsphase, die aus einer einen Carrier enthaltenden flüssigen Membran be steht, getrennt sind. Die Flüssigkeiten sind dabei nicht in Bewegung, so daß das Ausmaß der Massenübertragung zwischen den drei Phasen gering ist. Zudem ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens aufgrund der benötigten Rühr einrichtung konstruktiv aufwendig.

Aus der Chem.-Ing.-Technik 52 (1980), Nr. 5, S. 399-410, ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei der die Übermittlungs phase von einer porösen Membran gestützt wird. Da zur Befül lung der Poren wenig Übermittlungsphasenflüssigkeit benötigt wird, ist dadurch der Einsatz teurer Chemikalien erlaubt. Dabei ist jedoch die aktive Zwischenphasenoberfläche gering, so daß die Massenübertragungsgeschwindigkeit aufgrund des kleinen Massenübertragungkoeffizienten niedrig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit denen eine hohe Intensität der Massenübertragung und ein hoher Grad der Stoffgewinnung aus den Lösungen ohne jegliche mechanische Vermischung der beiden mischbaren Phasen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1, die in dem Anspruch 2 weiter gebildet sind, bzw. durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst, die in dem Anspruch 4 weitergebil det sind.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der er findungsgemäßen Vorrichtung sind folgende:

Nichtvorhandensein etwaiger Berührung und entsprechend einer mechanischen Vermischung beider wässeriger Pha sen;
große Intensität der Massenübertragung zwischen drei sich in Bewegung befindlichen flüssigen Phasen mit einer großen Kontaktfläche;
hoher Grad der Stoffextraktion aus den Lösungen, der durch die Stehzeit der kriechenden Filme und die Ge schwindigkeit der Bewegung der Übermittlungsphase kontrolliert werden kann;
Möglichkeiten zur Verwendung als Vermittlungsphase von nichttypischen Extraktionsmitteln oder neutra len Flüssigkeiten mit unbedeutenden Zusätzen von flüssigen oder festen hochselektiven Übertragungs mitteln;
die Konstruktion der Vorrichtung wird erleichtert, weil die Erhöhung ihrer Leistung proportional der Abmes sung und der Menge der verwendeten Filmträger ist.

In Fig. 1 wird als Beispiel eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrich tung in Form eines allgemeinen Schemas dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, einem Paket von wechselweise angeordneten Filmträgern 2 und 3, z. B. hydrophilen Leinenbahnen, trennenden Netzen 15, Verteiler behälter 4 für die zu behandeln de wässerige Phase, Verteilerbehälter 5 für die aufneh mende Phase, Abführsammler 6 für die behandelte Phase, Abführsammler 7 für die konzentrierte ausgehende Lösung, Zirkulationspumpe 8, Ausgangsstutzen 9 und 10 für die wäs serigen Phasen, Eingangsstutzen 11 und 12, Verteiler 13 für die organische Phase und Ausgangsstutzen 14 für die organi sche Phase.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Die zu behandelnde Phase F tritt in den Verteilerbehälter 4 ein und strömt von dort auf dem Kapillar-Gravitationsweg entlang der senkrecht angeordneten hydrophilen Textillei nenbahnen und sammelt sich in dem Abführsammler 6 für diese Phase und wird durch den Stutzen 9 abgeführt.

Die aufnehmende Lösung (Phase R) strömt auf ähnliche Weise aus dem Verteilerbehälter 5 auf dem Kapillar-Gravitationsweg entlang der senkrechten hydrophilen Leinenbahnen und wird mittels des Abführsammlers 6 für diese Phase und des Abführstutzens 10 mit dem Überlauf aus der Vorrichtung herausgeführt. Die organische Zwischenphase S besetzt den Raum zwischen den hydrophilen senkrechten Leinenbahnen, die durch profilierte Tren nungsnetze abgegrenzt sind. Die Phase S zirkuliert konti nuierlich mit Hilfe der Fliehkraftpumpe 8.

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläu tert:

Beispiel 1

Entlang von zwei senkrechten hydrophilen bandförmigen Filmträgern strö men kapillar 100 cm³/h einer wässerigen Lösung von Zink sulfat mit einer Ausgangskonzentration von 0,24 g/l (Phase F). Entlang von drei anderen Filmträgern, die wechselweise an geordnet sind, strömt eine 10%ige Lösung von Schwefelsäure (Phase R) in einer Zuflußmenge von 6 cm³/h. Der Raum zwischen den Filmträgern ist durch Netze abgetrennt und mit einer 2%igen Lösung von Diethylexylphosphorsäure in flüssigen Praffinen (C₉-C₁₃) als Phase S ausgefüllt. Am Ausgang strömt eine 0,023 g/l Zink enthaltende Lösung aus und eine zweite Lö sung mit einem Zinkgehalt von 3,5 g/l bei Nichtvorhanden sein einer Zirkulation der organischen Phase. Im Fall einer Zirkulation dieser Phase strömen Lösungen mit einem Zink gehalt von entsprechend 0,002 g/l bzw. 3,9 g/l aus. Es wird ein Extraktionsgrad von 89% bzw. 99,2% erzielt.

Beispiel 2

Es wird dieselbe Arbeitsweise wie im Beispiel 1 angewendet. Die wässerigen Eingangslösungen enthalten 100 mg/l Phenol und eine 4%ige Lösung von Natriumhydroxid dient als zwei te wässerige Lösung. Als organische Phase werden normale Paraffine (C₉-C₁₃) ohne Zusätze verwendet. Am Ausgang er hält man eine entphenolte Lösung (bis 90%) und eine Lösung, die 2 g/l Natriumphenolat enthält.

Beispiel 3

In der Vorrichtung mit drei hydrophilen Leinentüchern für die Phase F und vier senkrechten Leinenstreifen aus Baum wolle wird eine Lösung, enthaltend 0,200 g/l Kupfer, 0,130 g/l Kobalt, 0,130 g/l Magnesium, bei einer Zuflußmenge von 350 cm³/h behandelt. Als Aufnahmephase R wird eine Lösung von Schwefelsäure mit einer Konzentration von 140 g/l und Zuflußmenge von 5,5 cm³/h eingeführt. Die verwendete orga nische Phase S mit einem Volumen von 750 cm³ enthält 1% eines Komplexbildners (o-Nonylsalicylaldoxim) und zirku liert der Höhe der Vorrichtung entlang mit einer minimalen Geschwindigkeit von 0,4 cm/sec. Die aus der Vorrichtung herausströmende behandelte wässerige Phase F enthält dem entsprechend 0,004 g/l Kupfer und 0,130 g/l Magnesium und 0,129 g/l Kobalt. Die aufnehmende Phase R enthält 12 g/l Kupfer, 0,001 g/l Kobalt und Spuren von Magnesium. Auf diese Weise wird eine 98%ige schwefelsaure Lösung des selben Metalls ohne jegliche Beimengungen erhalten.

Beispiel 4

In die Vorrichtung werden gleichzeitig und kontinuierlich schwachsaure Wässer (pH = 3,5) mit 0,120 g/l Blei (Phase F) und eine 2 n wässerige Lösung der Salpetersäure (Phase R) im Zuflußverhältnis 40 : 1 eingeführt. Als Übermittlungspha se S wird eine 5%ige Lösung eines Gemisches (1 : 1) aus Olein- und Linolsäure in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) verwen det. Die Phasen F und R verlassen die Vorrichtung auch im Verhältnis 40 : 1 mit einem Bleigehalt entsprechend 0,00024 g/l und 4,8 g/l. Der Extrahierungsgrad beträgt 99,8%.

Beispiel 5

In die Vorrichtung treten gleichzeitig und kontinuierlich eine schwach alkalische wässerige Ammoniaklösung (Phase F) mit 0,45 g/l Ammoniak und eine 1%ige wässerige Schwefel säurelösung (Phase R) im Verhältnis 15 : 1 ein. Als Übermitt lungsphase S werden Normalparaffine (C₁₃-C₁₅) verwendet. Der Ammoniakgehalt in der Phase F nach Verlassen der Vor richtung beträgt nur 0,04 g/l.

Beispiel 6

In die Vorrichtung wird eine schwachsaure (pH = 5,2) wässe rige Lösung von Kupfersulfat (Phase F) mit 200 mg/l einge führt, die mit der Vermittlungsphase S in Berührung steht. Letztere stellt ein Gemisch (1 : 1) aus Linol- und Olein säure in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) dar. Die aufnehmene Phase R ist eine 2 n wässerige Salpetersäurelösung, die auch durch die Vorrichtung strömt. Das Phasenverhältnis beträgt F : R = 40 : 1. Es wird eine Kupferextraktion von 99,5% erzielt.

Beispiel 7

Industrieabwässer mit 0,250 g/l Kobalt (Phase F) werden durch die Vorrichtung gleichzeitig mit einer 8%igen Schwe felsäurelösung (Phase R) in einer Zuflußmenge von 30mal kleiner als die der Abwässer eingeführt. Als Vermittlungs phase S wird eine 2%ige Diäthylhexylphosphorsäurelösung in Kerosin verwendet. Die aus der Vorrichtung herausströ menden Lösungen bestehen aus behandelten Wässern mit einem Kobalt-Gehalt von weniger als 0,005 g/l und einer konzen trierten schwefelsauren Lösung von Kobalt mit über 7 g/l Kobalt.

Beispiel 8

Abwässer mit einem Cadmium-Gehalt von 50 mg/l und pH = 6 (Phase F) werden durch die Vorrichtung gleichzeitig und kontinuierlich mit der aufnehmenden Phase R, die eine 10% ige Schwefelsäurelösung in Wasser darstellt, durchgelassen. Als Vermittlungsphase S wird eine 5%ige Lösung eines Ge misches aus Olein- und Linolsäure (1 :1) in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) verwendet. Bei einem Verhältnis der Phasen F : R von 18 : 1 enthalten die die Vorrichtung verlassenden behan delten Wässer weniger als 0,1 mg/l Cadmium.

Beispiel 9

Eine Lösung von Benzoesäure in Wasser (Phase F) mit einer Konzentration von 0,1 g/l wird kontinuierlich und gleich zeitig mit einer wässerigen Lösung von Natriumhydroxid (Phase R) mit einer Konzentration von 20 g/l und einer Zu flußmenge von 40mal kleiner als die der Phase F durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird Kerosin verwendet.

Beispiel 10

Naturwässer mit 40 mg/l Elementarjod (Phase F) wird gleich zeitig und kontinuierlich mit einer 30mal kleineren Zu flußmenge der Phase R, die eine 4%ige Natriumhydroxidlö sung darstellt, durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Als Übermittlungsphase S wird Hexan verwendet. Die aus der Vor richtung herausströmenden Wässer enthalten weniger als 1 mg/l Jod.

Beispiel 11

Saure Naturwässer mit 60 mg/l Bor werden als Phase F durch die Vorrichtung parallel und gleichzeitig mit einer wässe rigen Lösung von Natriumhydoxid (Phase R) im Verhältnis der Zuflußmengen von 40 : 1 hindurchgelassen. Bei Verwendung einer gesättigten Lösung von Dodecylalkohol in Octan als Übermittlungsphase S wird die Konzentration von Bor in die Wässer bis 12 mg/l Bor vermindert. Gleichzeitig erhält man eine alkalische Lösung reich an Natriumtetraborat.

Beispiel 12

Saure Wässer, enthaltend etwa 5 g/l Salpetersäure (Phase F), werden parallel und gleichzeitig mit der Phase R, die eine 10%ige Lösung von Natriumhydroxid in Wasser darstellt, durch die Vorrichtung hindurchgelassen. Das Verhältnis bei der Phasenzuflußmengen beträgt F : R = 50 : 1. Als Übermitt lungsphase S wird eine 2%ige Lösung von Tributylphosphat in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) verwendet. Die behandelten Wässer am Ausgang der Vorrichtung enthalten 0,045 g/l Säure.

Beispiel 13

Saure Abwässer (Phase F), die Chrom(VI) in Form von Anionen in einer Konzentration von 220 mg/l enthalten, werden durch die Vorrichtung parallel und gleichzeitig mit einer 20%igen Lösung von Natriumhydroxid (Phase R) hindurchgelassen. Das Verhältnis beider durch die Vorrichtung hindurchströmenden Lösungen beträgt 120 : 1. Als Vermittlungsphase S wird eine 1%ige Lösung von Trioctylamin in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) verwendet. Beide wässerigen Lösungen, die aus der Vorrichtung herausströmen, enthalten entsprechend 0,0008 mg/l und 26,3 g/l Chrom.

Beispiel 14

Eine schwefelsaure Lösung (Phase F) mit 0,015 g/l Rhenium- (VII) wird durch die Vorrichtung parallel und gleichzeitig mit einer 2 n wässerigen Lösung von Natriumhydroxid (Phase R) in einem Verhältnis der Zuflußmenge 50 : 1 hindurchgelassen. Als Vermittlungsphase wird eine 2%ige Lösung von Tributyl phosphat in Normalparaffinen (C₁₃-C₁₅) verwendet. Das Rhe nium wird aus der Lösung F zu 98% extrahiert, wobei die Lösung am Ausgang der Vorrichtung nur 0,0003 g/l Rhenium enthält.

Beispiel 15

Industrieabwässer, die 0,7 g/l Molybdän (Phase F) enthal ten, werden in der Vorrichtung mit einer 20%igen wässeri gen Lösung von Natriumhydroxid (Phase R) behandelt. Als Vermittlungsphase wird eine 1%ige Lösung von Trioctyl amin in Kerosin verwendet. Das Verhältnis zwischen den Zu flußmengen der Phasen F und R beträgt 50 : 1. Das Molybdän wird in der Phase R konzentriert, welche am Ausgang der Vorrichtung 32 g/l Molybdän enthält.

Beispiel 16

Ein wässeriger Extrakt aus Santonin (Phase F) mit einer Konzentration von etwa 0,5 g/l wird durch die Vorrichtung parallel und gleichzeitig mit einem Strom einer 10%igen Natriumhydroxidlösung (Phase R) hindurchgelassen. Als Über mittlungsphase S wird ein Gemisch aus Chloroform und Dekan (1 : 5) verwendet. Bei einem Verhältnis der Phasen F und R von 40 : 1 werden 92% des Santonins extrahiert und in der Phase R als Natriumsalz konzentriert.

Claims

1. Verfahren zur Massenübertragung zwischen drei flüssigen Phasen, wobei eine der Phasen mit den anderen zwei Phasen nicht mischbar ist und als Übermittlungsphase dient, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mischbaren Flüssigkeiten entlang den durch sie benetzten Flächen strö men, wobei diese Flächen durch den mit der dritten Phase, d. h. der Übermittlungsphase, gefüllten Raum getrennt sind und diese dritte Phase in Bewegung gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die durch beide Flüssigkeiten benetz ten Flächen beide flüssigen Phasen auf dem Kapillar-Gravi tationsweg aufnehmen, transportieren und abgeben.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäu se (1) aufweist, in dem ein Paket aus wechselweise angeord neten Filmträgern (2, 3) eingesetzt ist, sowie Verteilerbe hälter für die zu behandelnde Phase (4) und die aufnehmende Phase (5) und die entsprechende Abführungssammler für die behan delte Phase (6) und die beladene Phase (7), wobei die Vertei lerbehälter sich im Oberteil und die Abführungssammler im Unterteil der Vorrichtung befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Filmträger durch trennende Netze (15) abgegrenzt sind.