DE3823703A1 - Extraktionsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Extraktionsverfahren, insbe­ sondere zur Extraktion flüchtiger Inhaltsstoffe aus einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Extraktionsmittel, bei dem das Extraktionsgut in einem kontinuierlichen Förder­ strom auf einer Extraktionsstrecke mit einem Extraktions­ mittel in Berührung gebracht und das mit dem Extrakt bela­ dene Extraktionsmittel von dem Extraktionsgutrückstand abgetrennt wird.

Extraktionsverfahren der angegebenen Art werden beispiels­ weise zur Extraktion von Kohlendioxyd bei der Trinkwasser­ aufbereitung angewendet. Die Extraktionsleistung ist bei den bekannten Verfahren jedoch in starkem Maße von der gleichmäßigen Beschickung der Extraktionsstrecke mit Extraktionsgut abhängig, so daß Schwankungen in der För­ dermenge und im Kohlendioxydgehalt nur mit vergleichsweise hohem anlagetechnischen Bau und Regelaufwand ausgeglichen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches mit einfachen Mitteln eine stufenlose Anpassung des Extraktionsprozesses an Schwankungen des Extraktionsgutdurchsatzes und/oder der Extraktkonzentration im Extraktionsgut ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Teilmenge des Extraktionsgutrückstandes im Kreislauf zurückgeführt und mit dem Extraktionsgut vermischt erneut der Extraktionsstrecke zugeführt wird.

Durch die Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich ein Betrieb der Extraktionsstrecke unter optimalen Bedingungen erreichen, wobei durch Variation der Rückfüh­ rungsrate des Extraktionsgutrückstandes eine Anpassung an eine Änderung des Extraktionsgutdurchsatzes oder der Extraktkonzentration im Extraktionsgut erfolgt. Dies be­ deutet, daß bei dem erfindungemäßen Verfahren allein durch Veränderung der Rückführungsrate und ohne konstruktions­ technische Veränderungen der Extraktionsvorrichtung die Extraktionsleistung der Vorrichtung verändert werden kann. Die Extraktionsvorrichtung wird dabei zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die erforderlichen Leistungshöchstwerte bei minimaler Rückführrate erreicht werden können. Nimmt die Rückführrate zu, so führt dies zu einer Steigerung der Extraktionsleistung, die unschädlich ist. Während bei bekannten Verfahren zum Ausgleich von Schwankungen des Durchsatzes von Extraktionsgut mehrere Extraktionsstufen erforderlich sind, die zu- und abgeschaltet werden müssen, bietet das erfindungemäße Verfahren die Möglichkeit, in einer Extraktionsstufe die Extraktionsleistung stufenlos den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Dabei war bei den bekannten Verfahren die erzielbare Extraktionsleistung unter im übrigen gegebenen Bedingungen von der Flächenbe­ lastung der Extraktionsvorrichtung und der Verweilzeit des Extraktionsgutes in dieser abhängig. Beim erfindungs­ gemäßen Verfahren kann die Verweilzeit erheblich redu­ ziert werden, da durch die Rückführung von Extraktions­ gutrückstand bereits eine Herabsetzung der Extraktkonzen­ tration beim Eintritt in die Extraktionsstrecke erfolgt.

Von besonderem Interesse ist die Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Entfernung von flüchtigen Inhalts­ stoffen, insbesondere von Schadstoffen aus Wässern. Vor allem für diese Anwendung des Verfahrens ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, bei der das flüssige Extraktionsgut und ein Trägergas als Extraktionsmittel kontinuierlich durch die Extraktionsstrecke gefördert werden, und am Ende der Extraktionsstrecke ein Auffangbehälter für den flüssigen Extraktionsgutrückstand angeordnet ist, wobei der Auf­ fangbehälter Mittel zur Einhaltung eines Füllstandes auf­ weist und durch eine unterhalb des Füllstandes geführte Leitung mit einem auf gleichem Niveau angeordneten Misch­ behälter verbunden ist, in den das Extraktionsgut einge­ leitet wird und aus dem die Extraktionsstrecke über eine Fördereinrichtung gespeist wird. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat den Vorteil, daß eine Änderung der Zuführmenge des Extraktionsgutes zu einer entsprechenden Änderung der abgeführten Menge des Extrak­ tionsgutrückstandes führt, ohne daß es hierzu besonderer Regeleinrichtungen bedarf.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Extraktions­ vorrichtung kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß zur Bildung der Extraktionsstrecke über dem Auffang­ behälter ein von Trägergas durchströmter Extraktionsturm angeordnet ist, der in seinem oberen Abschnitt eine Sprüh­ strecke mit einer oder mehreren Verteilerdüsen zum Ein­ führen des flüssigen Extraktionsgutes und in seinem unte­ ren Abschnitt eine durch Füllkörpereinbauten gebildete Rieselstrecke aufweist. Hierbei läßt sich eine besonders hohe Extraktionsleistung dadurch erzielen, daß der Sprüh­ kegel der einen oder mehreren Verteilerdüsen einen Strahl­ winkel von etwa 30° hat. Das Extraktionsgut wird dabei der Verteilerdüse bzw. den Verteilerdüsen mit einem Über­ druck von wenigstens 1 bar zugeführt. Besonders vorteil­ haft hat sich auch eine Ausgestaltung der Extraktions­ vorrichtung erwiesen, bei der die Sprühstrecke und die Rieselstrecke etwa die gleiche Länge haben. Die Füllkör­ pereinbauten können nach einem Vorschlag der Erfindung aus Profilblockpaketen gebildet sein, die aus Kunst­ stoff, vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen, bestehen.

Die erfindungsgemäße Extraktionsvorrichtung ermöglicht mit einfachen Mitteln eine Modulbauweise, die eine Grö­ ßenanpassung an den jeweiligen Anwendungsfall gestattet. In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Extraktionsleistung an die unterschiedlichen Erfor­ dernisse, beispielsweise den zu reinigenden Wassertyp, in idealer Weise angepaßt werden, wobei Änderungen der Zuführmengen oder der Schadstoffkonzentrationen im jewei­ ligen Anwendungsfall durch Variation der Rückführungsrate ausgeglichen werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Extrak­ tionsvorrichtung zur Entfernung von Kohlendioxyd aus Was­ ser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die dargestellte Extraktionsvorrichtung weist einen Misch­ behälter 1, einen rohrförmigen Extraktionsturm 2 und einen am Fuß des Extraktionsturmes 2 angeordneten Auffangbehäl­ ter 3 auf. Der Mischbehälter 1 und der Auffangbehälter 3 sind über eine jeweils an dem Behälterboden angeschlos­ sene Leitung 4 miteinander verbunden. In den Mischbehäl­ ter 1 mündet eine Zuführleitung 5 für die Zufuhr des Roh­ wassers, aus dem Kohlendioxyd extrahiert werden soll. Mit einer Pumpe 6 wird Wasser aus dem Mischbehälter 1 über eine Leitung 7 mit einem Druck von wenigstens 1 bar einer Verteilerdüse 8 am oberen Ende des Extraktionsturmes 2 zugeführt. Die Extraktionsstrecke im Inneren des Extrak­ tionsturmes 2 gliedert sich in eine obere Sprühstrecke 9 und eine darunterliegende Rieselstrecke 10, die durch Füllkörpereinbauten in Form von zwei übereinanderlie­ genden Profilblockpaketen 11 gebildet wird. Als Träger­ gas für die Extraktion des Kohlendioxyds wird unterhalb der Rieselstrecke einem Anschluß 12 Luft zugeführt, die die Extraktionsstrecke im Gegenstrom durchströmt und am oberen Ende des Extraktionsturmes 2 über eine Öffnung 13 abgeleitet wird. Das Rohwasser tritt an der Verteilerdüse 8 in Form eines kegeligen Sprühstrahles aus, der einen Win­ kel von etwa 30° hat, so daß das Wasser in gleichmäßiger Verteilung die gesamte Oberfläche des oberen Profilblock­ paketes benetzt. Hierbei kommt es zu einer innigen Berüh­ rung zwischen den einzelnen Wassertröpfchen und der durch die Sprühstrecke hindurchgeleiteten Luft, wodurch ein schneller Übergang des Kohlendioxyds vom Wasser in die Luft erreicht wird. In Verbindung mit der sich anschlie­ ßenden Rieselstrecke 10 ergibt sich somit bei dem erfin­ dungsgemäßen Extraktionsturm eine hohe Extraktionsleistung.

In dem Auffangbehälter 3 wird das aus der Rieselstrecke 10 austretende Wasser, dessen Kohlendioxydgehalt erheblich vermindert ist, aufgefangen und, sobald ein vorgegebener Füllstand erreicht ist, über eine Überlaufschwelle 14 und eine Leitung 15 abgeleitet. Da der Auffangbehälter 3 über die Leitung 4 mit dem Mischbehälter 1 verbunden ist, so daß sich in beiden Behältern ein gleiches Niveau ein­ stellt, fließt über die Überlaufschwelle 14 jeweils nur soviel Wasser zur Leitung 15 ab, wie über die Leitung 5 dem Mischbehälter 1 zugeführt wird. Der Wasserdurchsatz wird somit bei der beschriebenen Vorrichtung allein durch die zugeführte Rohwassermenge bestimmt, ohne daß es zusätz­ licher Regeleinrichtungen bedarf.

Um eine hohe Extraktionsleistung zu erzielen, beträgt die Förderleistung der Pumpe 6 ein Mehrfaches des tatsäch­ lichen Wasserdurchsatzes. Dies hat zur Folge, daß ein Großteil des in seinem Kohlendioxydgehalt bereits reduzierten Wassers aus dem Auffangbehälter 3 über die Leitung 4 in den Mischbehälter 1 zurückgeführt wird, von wo es mit Rohwasser vermischt erneut in den Extraktions­ turm gefördert wird. Die Extraktionsleistung ist daher in dem Maße höher, in dem die Förderleistung der Pumpe 6 den Wasserdurchsatz übersteigt. Beträgt die Förderleistung der Pumpe 6 das Dreifache des Wasserdurchsatzes, so ent­ spricht die erzielte Extraktionsleistung einem dreimaligen Durchgang des Wassers durch den Extraktionsturm. Hierbei ergibt sich allerdings der Vorteil, daß die Verweilzeit des Wassers in der Extraktionsvorrichtung nur der eines einmaligen Durchganges durch den Extraktionsturm ent­ spricht.

Die Anpassung der Extraktionsleistung der beschriebenen Vorrichtung an unterschiedliche Anforderungen bzw. unter­ schiedliche Rohwasserqualitäten erfolgt zweckmäßigerweise über die Regelung des Wasserdurchsatzes. Die Förderleistung der Pumpe 6 und die Größe des Extraktionsturmes 2 werden aufeinander abgestimmt und bei der Konzeption einer neuen Anlage im Sinne einer maximalen Extraktionsleistung opti­ miert. Dabei sind die Größen so festzulegen, daß bei maxi­ malem Wasserdurchsatz die geforderte Extraktionsrate er­ zielt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß sie in eine Wasseraufbereitungsanlage mit offenem Durchgang integriert werden kann, da im Falle einer Störung der freie Durchfluß des Wassers von der Leitung 5 zur Leitung 15 nicht beeinträchtigt ist.

Claims (7)

1. Extraktionsverfahren, insbesondere zur Extraktion flüchtiger Inhaltsstoffe aus einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Extraktionsmittel, bei dem das Extraktionsgut in einem kontinuierlichen Förderstrom auf einer Extraktionsstrecke mit einem Extraktions­ mittel in Berührung gebracht und das mit dem Extrakt beladene Extraktionsmittel von dem Extraktionsgutrück­ stand abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Extraktionsgutrückstandes im Kreis­ lauf zurückgeführt und mit dem Extraktionsgut ver­ mischt erneut der Extraktionsstrecke zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein flüs­ siges Extraktionsgut und ein Trägergas als Extrak­ tionsmittel kontinuierlich durch die Extraktions­ strecke gefördert werden, und am Ende der Extraktions­ strecke ein Auffangbehälter für den flüssigen Extrak­ tionsgutrückstand angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auffangbehälter (3) Mittel (14) zur Einhaltung eines Füllstandes aufweist und durch eine unterhalb des Füllstandes geführte Leitung (4) mit einem auf gleichem Niveau angeordneten Mischbehäl­ ter (1) verbunden ist, in den das Extraktionsgut eingeleitet wird und aus dem die Extraktions­ strecke (9, 10) über eine Fördereinrichtung (6) ge­ speist wird, deren Förderleistung größer ist als die Zuflußleistung der Extraktionsgutzuführung (5).

3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Extraktionsstrecke über dem Auf­ fangbehälter (3) ein von Trägergas durchströmter Extraktionsturm (2) angeordnet ist, der an seinem obe­ ren Abschnitt eine Sprühstrecke (9) mit einer oder meh­ reren Verteilerdüsen (8) zum Einführen des Extraktions­ gutes und in seinem unteren Abschnitt eine durch Füll­ körpereinbauten (11) gebildete Rieselstrecke (10) auf­ weist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerdüse (8) einen Sprühkegel mit einem Strahlwinkel von etwa 30° erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Extraktionsgut der Verteilerdüse (8) mit einem Überdruck von wenigstens 1 bar zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühstrecke (9) und die Rieselstrecke (10) etwa die gleiche Länge haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörpereinbauten (11) aus Profilblockpaketen gebildet sind, die aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polypropylen, bestehen.