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Gegenstromkolonne Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur
Ausführung von Extraktionen und ähnlichen technischen Prozessen.
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Es ist bekannt, daß die Gewinnung von beispielsweise in Wasser o.
dgl. gelösten Stoffcn mittels organischer Lösungsmittel mit erheblichen Schwierigkeiten
verknüpft ist, die vornehmlich dadurch bedingt sind, daß die zur Verfügung stehenden
Apparaturen das Gegenstromprinzip nur unvollkommen wahren.
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Es werden demnach sehr große Mengen des Extraktionsmittels benötigt,
deren weitere Verarbeitung z. B. durch Destillation des Lösungsmittels zwecks Isolierung
des Extraktes so große Kosten verursacht, daß hierdurch die Wirtschaftlichkeit des
Verfahrens beeinträchtigt werden kann. Ganz besonders treten diese Schwierigkeiten
dann auf, wenn es sich darum handelt, aus großen Wassermengen verhältnismäßig kleine
Quantitäten gelöster Stoffe zu extrahieren, z.B. bei der Entphenolung des in Nebenproduktenhetrieben
anfallenden Ammoniakwassers, das meist nur einen Gehalt von 2 bis 3 g Phenole im
Liter aufweist.
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Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden,
daß die zur Ausführung der Extraktionen u. dgl. benutzte teilweise mit Füllkörpern
ausgesetzte Gegenstromkolonne derart unterteilt ist, daß mit Füllkörpern ausgesetzte
Gehälterteile mit leeren Behälterteilen abwechseln. in denen Rührvorrichtungen umlaufen.
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Rührvorrichtungen an sich sind bei Gegenstromkolonnen gleichfalls
bekannt. Die Erfindung liegt in der abwechselnden Anordnung von mit Rührvorrichtungen
und von mit Füllkörpern versehenen Kammern, durch die die weiter unten erläuterten,
besonders VOïteilhaften Wirkungen erzielt werden.
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Weitere Verbesserungen beziehen sich auf die besondere Ausbildung
der neuen Kolonne, die in der Zeichnung in einer beispielsweisen Ausftihrungsform
in mehr schematischer Darstellungsweise veranschaulicht ist, und zwar zeigt Abb.
I die I Kolonne in senkrechtem Mitte schnitt, während die Abb. 2 und 3 waagerechte
Querschnitte einerseits durch eine der Rührkammern, andererseits durch einen der
mit Füllkörpern ausgesetzten Behälterteile darstellen.
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In der Mitte einer zylindrischen, aus mehreren Schüssen zusammengesetzten
Kolonne C ist mittels der Lager L eine senkrechte Weller gelagert. Die Kolonne ist
an den Stellen, wo gerührt werden soll, mit Erweiterungen M versehen. Die auf der
Welle D sitzenden Rührarme E können beliebig gestaltet sein; zweckmäßig verwendet
man aber stabartige Arme, und zwar solcher Länge, daß sie über die Kolonnenwand
in die kammerartigen ErweiterungenM der Kobirne hineinragen. Über und unter den
Rührkammern befinden sich, an der Kolonne wand befstigt, Traggerüste, die durch
die
Welle D umgebende Hülsen II verbunden sind. Dadurch erhält die
lange Welle eine gute Führung, und außerdem wird vermieden, daß die im Traggerüst
auf Siebplatten oder Drahtgeweben lagernden Füllkörper die Weile. berühren.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Soll beispielsweise eine wäßrige
Lösung vom angenäherten spezifischen Gewicht 1,0 oder mehr mittels eines spezifisch
leichteren organischen Lösungsmitteis, wie Benzol, extrahiert werden, so wird das
Benzol unten bei Z eingeleitet, die wäßrige Lösung oben bei Z. An einer der gegenüberliegenden
Stellen, etwa unten oder oben bei A, wird das extrahierte Wasser bzw. das angereicherte
Benzol abgezogen.
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In den Rührkammern M werden die in entgegengesetzter Richtung strömenden
Flüssigkeiten zerschlagen und durch Zentrifugalkraft in die Ausbuchtungen der Rührkammern
hinemgeschleudert und bekommen dort durch den Anprall eine Richtungsänderung, vornehmlich
nach der Mitte der Kolonne zu, und zwar sowohl nach oben wie nach unten.
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Die in die Schicht der Füllringe R eindringende Mischung beider Flüssigkeiten
erfährt dort eine neue Richtungsänderung, und zwar senkrecht nach oben und unten;
teilweise wirkt aber die von den Rührern erzeugte Drehung auch in der Füllkörperschicht
noch nach. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Flüssigkeiten sich immer dieselben
Wege bahnen, die ihnen den geringsten Widerstand entgegensetzen, wie dies sonst
bei Kolonnen, welche ganz mit Fiillkörpem ausgesetzt sind, der Fall zu sein pilegt.
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In der FüUringschicht findet demnach eine allmähliche Senkrechtrichtung
des Flüssigkeitsgemisches statt, wobei die beiden Lösungen Zeit haben, sich zum
Teil kugelig zusammenzuballen. Dieser Vorgang wird durch Oberflächenspannung4 hervorgerufen
und durch die Füllringe begünstigt. Beim Austritt aus der Füllkörperzone werden
die zum Teil kugelig zusammengeballten Flüssigkeiten von den Rührarmen der nächsten
Rührkammern erfaßt und von neuem zerschlagen usw.
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Durch die Erweiterung M der Rührkammern wird erreicht, daß eine Entmischung
beider Flüssigkeiten, wozu die schnelle Umdrehung der Riihrer Veranlassung geben
könnte, nicht stattfinden kann. So wird, falls die spezifische schwere Lösung etwa
an der Kolonnenwand entlang laufen sollte, in den Rührkammern ein Wirbelstrom erzeugt,
der die Unterbrechung der Flüssigkeitseimichtungen gewährleistet.
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Die neue Apparatur vermeidet also die Nachteile einer nur mit Füllkörpern
ausgesetzten Kolonne und auch die der sogenannten Rührwerkskolonne. In ihr wird
das Gegenstromprinzip unter allen Umständen weit besser gewahrt als bei den vorgenannten
Apparaten, da sowohl durch die Rührkammern als auch durch die Füllkörperschichten
eine unerwünschte Vermischung der oberen und unteren Flüssi, gieitsschichten sicher
verhindert wird; die Gewähr hierfür ist demnach eine doppelte.
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Man kann, ohne daß das Wesen der Erfindung dadurch berührt würde,
verschiedene Änderungen gegenüber der beschriebenen Ausführung vornehmen, z. B.
die gemäß Zeichnung nur von oben durch das Zahnradgetriebe B angetriebene Welle
von oben und unten antreiben, wobei die Lager etwa in der Mitte gemeinschaftlich
sein können. Man hat ferner die Wahl, entweder nur wenige Rührarme vorzusehen. und
die Welle schnell laufen zu lassen oder zahlreiche,9rme anzubringen und die Drehzahl
entsprechend zu verringern.
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Auch kann man die Kolonne in ihrer ganzen Länge oder nur in einzelnen
Schüssen heizbar oder kühlbar einrichten, indem man einen Heiz- oder Kühlmantel
anbringt.
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Zweckmäßig ist es ferner, oben und unten größere Schichten von Füllkörpern
anzuwenden, um damit etwaige Emulsionen vor dem Austritt der Flüssigkeiten zu trennen.
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Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, alle Teile der Kolonne,
wo gerührt werden soll, über die Kolonne hinaus zu erweitern; es genügt auch, nur
an einzelnen Stellen, die natürlich zweckmäßigerweise nicht zusammenliegen, sondern
über die ganze Kolonne verteilt sind, erweiterte Rüllrwerkskammern vorzusehen.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Siebplatten u. dgl., auf
denen die Füllkörper liegen, nicht mit Löchern gleichen Durchmessers auszustatten,
sondern den Querschnitt der Löcher von der Behälterwand nach der Welle zu sich allmählich
erweitern zu lassen oder umgekehrt. Welche Maßnahme man trifft, hängt von den Eigenschaften
der verarbeiteten Lösungen ab, die von Fall zu Fall zu prüfen sind. Neigen z. 3.
die Flüssigkeiten bei weit auseinanderliegenden spezifischen Gewichten zur Entmischung,
so wird durch obige MaJ3, nahme das Flüssigkeitsgemisch gezwungen, von der Rührkanuner
aus in der Hauptsache in der mittleren Füllkörperscllicht sich weiter zu bewegen.
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Die beschriebene Einrichtung kann mit besonders guter Wirkung auch
fiir das Auswaschen von Gasen verwendet werden, beispielsweise für die Absorption
von Benzolkohlenwasserstoffen aus Leuchtgas mit Hilfe von Waschölen. Die Arbeitsweise
und die Wirkung sind dann folgende: Die Absorptionsflüssigkeit wird in bekannter
Weise auf die oberste Füllkörperschicht
aufgegeben. innerhalb der
Rührkammern werden die Gaswege geändert und auch die nachteiligen Flüssigkeitskanäle
abgelenkt, so daß immer neue Teilt miteinander in Berührung kommen. Es bedarf in
diesem Falle nur eines langsamen Rührens. Will man hierbei vermeiden, daß durch
die Zentrifugalwirkung der Rührer das Waschöl allmählich in die Richtung zur Behälterwand
gedrückt wird, so genügt es, die Rührarme etwas schräg aufwärts zu richten. Durch
entsprechende Wahl der Rührgeschwindigkeit, die sicli. nach dem Durchmesser der
Kolonne richtet, wird erreicht, daß das Waschöl wohl abgelenkt wird, was vorteilhaft
ist, aber nicht zur Behälterwand abgedrängt wird.
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Die Füllkörperzonen verhindern ein unerwünschtes Durchmischen oberer
und unterer Partien, sie zerlegen die Kolonne gleichsam in ebensoviel Böden, aber
ohne hierbei den Widerstand zu vergröbern. Das Gegenstromprinzip wird gewahrt.