DE3509215A1 - Vorrichtung zur kombinierten mechanisch-thermischen trennung von fest - fluessig - gemischen mittels elektromagnetischer hochfrequenz - Google Patents

Description

Vorrichtung zur kombinierten mechanisch-thermischen Trennung von Fest-Flüssig - Gemischen mittels elektromagnetischer Hochfrequenz

Die Erfindung betrifft einen Apparat für die Fest-Flüssig-Trenntechnik in der chemischen Industrie, welcher die Verfahrensschritte und Aufgabengebiete mechanischer Entfeuchtung rrit, eine thermischen Trocknung in sich vereinigt und zwar für die Abtrennung von Lösemitteln wie z.B. Wasser, Alkohole und viele andere organische Flüssigkeiten, deren Moleküle ein Dipolmoment aufweisen und durch Interaktion mit hochfrequenten elektrischen Wechselfedern in Schwingung versetzt werden können, d.h. aus elektromagnetischer Energie ohne Umwege direkt thermische Energie erzeugen.

Die gegenwärtig bekannten und für die Fest - Flüssigkeit - Trennung eingesetzten Verfahren bestehen aus einer mechanischen Trennstufe, in welcher die Flüssigkeit z.B. durch Erhöhung,der Schwerkraft in einer Zentrifuge oder durch Absaugen mittels Vakuum durch ein Filter soweit wie möglich mechanisch separiert wird, während der Feststoff sowie die kappi11 arund oberflächen - gebundenen Feuchtigkeit von dem jeweiligen Filter zurückgehalten wird. Dieser Feststoff wird von Hand oder durch geeignete Förderorgane zu einem nachgeschalteten thermischen Trennapparat gebracht, in welchem die Restfeuchtigkeit durch Wärmezufuhr aus dem Werkstoff ausgedampft wird.

Diese heute üblichen Verfahren bergen eine ganze Reihe von schwerwiegenden Nachteilen, insbesondere für sehr hochwertige Produkte, welche oft nur in kleinen Chargen hergestellt werden.

- hoher apparativer Aufwand da mindestens drei Apparategruppen nötig sind (Filter, Zentrifuge usw. + Transportsystem + Trockner)

- Hoher Kostenaufwand für die Reinigung eines Systems aus mehreren Apparategruppen.

- Gefahr der Verunreinigung des Wertstoffes während des Transportes insbesondere bei manueller Verfrachtung vom Filter zum Trockner

- Gefahr der Kontamination der Umgebung durch Austreten von Giften, Hormonen oder radioaktiven Substanzen, falls die zu trennenden Produkte solche enthalten, auf Grund eines umfangreichen Apparatesystems mit mehr oder weniger vielen öffnungen für Wartung und Inspektion

- Produktverlust bei der Handhabung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die totale Fest - Flüssig Trennung in einem einzigen Trennapparat zu bewirken und zwar in einem Nutschenfilter, einem geschlossenen Vakuumtrommelfilter oder einer Zentrifuge, da diese Apparate durch ihr geringes Volumen und ihre Wartungsund reinigungsfreundliche Bauart sowie die einfache Möglichkeit, sie vakuumdicht zu machen, sämtliche Forderungen an Wirtschaftlichkeit, leichte Handhabung und Dichtigkeit in sich vereinen lassen. Hierbei ist eine Lösung zu finden, welche es erlaubt,in den durch die Filtration sehr komprimiert gepackten Produktkuchen in relativ kurzer Zeit genügend thermische Energie einzuspeisen, um die nach der Filtration verbliebene Restfeuchte zu verdampfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß elektrische Energie in Form von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in das Produkt gestrahlt wird, wobei die Frequenz so gewählt wird, daß die Moleküle des Lösemittels zum Schwingen gebracht werden und somit die elektromagnetische Energie ohne weitere Wärmeübertragungsjflachen oder-Hilfsmedien in thermische Energie, d.h. Verdampfungsenergie für das"Lösemittel umgewandelt wird. Elektromagnetische Wellen dieser Frequenz sind Bekannt unter dem Namen.Mikro-WeIlen und werden bereits seit üahren technisch genutzt, z.B. auch irr, Haushalt und Gaigewerbe für die Erhitzung wässriger und fetthaltiger Speisen.

Die Mikrowellen werden in vorliegender Erfindung in einem Generatorteil, wie bekannt durch Magnetrons oder Klystrons erzeugt und über sog. Hohlleiter bzw. über Koaxialkabel zu dem Trennapparat geleitet. Da die Energieleitung beinahe verlustlos erfolgt, kann der Generator auch relativ weit entfernt von dem Trennapparat aufgestellt werden, z.B. im Falle der Trocknung von entflammbaren oder explosiven Produkten an einem Ort, der nicht mehr explosionsgefährdet ist.

Die Mikrowellen werden über ein Antennenorgan direkt in das Innere des Trennapparates eingestrahlt, wo sie durch MuI ti reflexion an den metallischen Flächen der Behälterwandungen solange das Produkt durchstrahlen, bis die gesamte elektromagnetische Energie von den Lösemittelmolekülen in entsprechende Bewegungsenergie - sprich Wärme= umgesetzt ist.

Die metallischen Wände des Apparates und im Ideal fall der Festanteil des Produktes treten hierbei auf grund fehlender Mole.-Rjil dipole nicht in Interaktion mit dem Hochfrequenzfeld und bleiben somit kühl, d.h. es muß nur die Energie für die Erwärmung und Verdampfung des Lösemittels aufgebracht werden und nicht wie bei anderen thermischen Trocknern auch jene für die Erwärmung der Apparatewerkstoffe.

Aus diesem Grunde ist auch keine Isolierung des Apparates nötig und das System ist ohne Verzögerung betriebsbereit.

Durch die kompakte Konstruktion eines solchen Trennapparates, kann dieser sehr leicht vakuumfest ausgeführt werden, was bei temperaturempfindlichen Produkten eine thermische Trocknung im Unterdruckbereich erlaubt, d.h. in einem Druckbereich, wo die Verdampfung bereits bei sehr niedrigen Temperaturen einsetzen und die Temperatur aufgrund des hohen Energiebedarfs für die Verdampfung auch nicht über die diesem Druck entsprechende Verdampfungstemperatur ansteigen kann, solange flüssiges Lösemittel vorhanden ist.

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Wenn alles Lösemittel verdampft ist wird keine Energie mehr aus den Mikrowellen absorbiert, sodaß dann auch, keine Temperaturerhöhung mehr auftritt. Das System ist auf diese Weise völlig selbstregulierend.

Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende Vorteile erzielen:

- nur eine statt drei Apparategruppen für gleiche Aufgabenstellung

- keine Produktbewegung zwischen den Trennstufen mechanisch und thermisch

- keine Produktverunreinigung, keine Kontamination der Umwelt

- keine Produktüberhitzung bei richtigem Druckniveau

- keine Isolierung der Apparate

- keine nutzlose Aufheizung von Apparatewerkstoffe

- Selbstregulierung des thermischen Prozesses

- geringer Platzbedarf

- sofortige Betriebsbereitschaft bzw. Außerbetriebnahme

Claims (8)

Patentansprüche

1. Vorrichtung für eine kombinierte mechanisch-thermische Fest-Flüssig-Irennung von Suspensionen, deren Lösemittelanteil aufgrund eines Dipolmomentes durch elektromagnetische Wechselfeider erwärmt werden kann, in einem Trennapparat, dadurch gekennzeichnet, daß die o.g. Wechselfelder in Form von sog. Mikrowellen im Frequenzbereich 915 MHz bzw. 2450 MHz direkt in das Innere des von einem metallischen Gehäuse allseitig hermetisch abgeschlossenen Produktraumes eingestrahlt wird und dort von dem Lösemittel absorbiert und durch molekulare Ineraktion verlustlos in thermische Energie umgewandelt wird, welche das Lösemittel aufheizt und verdampft.

2. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit in einem ersten Schritt durch mechanische Filtration soweit wie möglich abgesondert wird, und in einem zweiten Zeitabschnitt der Rest durch Einleitung von Hochfrequenzstrahlung verdampft wird.

3. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trennapparat die mechanische Abfiltration der Flüssigkeit durch Erhöhung der Schwerkraft mittels einer Zentrifuge beschleunigt wird.

4. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trennapparat die mechanische Abfiltration der Flüssigkeit beschleunigt wird, indem in dem Raunuder relativ zur Filterebene feststoffsei tig liegt,ein höherer Gasdruckherrsdrt,als in dem filtratsei ti gen Raum, wobei das Filtermedium (z.B.Tuch, Sieb, Sintermaterial) feststehend für batchweise Trennung oder umlaufend für kontinuierliche Trennung ausgebildet sein kann.

5. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest "während des thermischen Trennabschnittes der Gasdruck in dem Trennapparat in den Vakuumbereich abgesenkt wird, um eine niedrige Verdampfungstemperatur zu erreichen.

6. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß der Trennapparat eine Zentrifuge ist,die Drehzahl der Zentrifuge während des thermischen Trennabschnittes gegenüber der des mechanischen Trennabschnittes abgesenkt wird, um dieProdukfverfestigung durch die hohai Zentrifugalkräfte zu mindern und eine Auflockerung des Produktes für optimale LSM-Dampfdiffusion zu gewährleisten.

7. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzwellen in einem separaten Generatorteil mittels eines Magnetrons oder eines Klystrons erzeugt werden und über Hohlleiter oder Koaxialleiter zum Trennapparat geleitet werden, wobei im Exschutzfalle der Generator in einen Sxfreien Raum aufgestellt wird und sämtliche mit dem eplosionsgefährdeten Produkt in Verbindung stehenden Hohlräume mit Inertgas wie z.B. Stickstoff gefüllt sind.

8. Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung in einem Trennapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die produktberührten Flächen mit einem gegen elektrische Hochfrequenz inerten, nicht leitenden, porösem Material belegt werden, welches das Filtergewebe und damit das Produkt auf Abstand zu den perforierten, metallischen Filterstützflächen hält und dessen Dicke so festgelegt ist, daß auch die wandungsnächste Produktschicht voll in Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Wellen treten kann, und nicht eine Verminderung der Energieabsorption durch Wandeffekte auftritt.