DE69717504T2

DE69717504T2 - Verfahren und apparat zur auflösung einer mischung

Info

Publication number: DE69717504T2
Application number: DE69717504T
Authority: DE
Inventors: Claude Charzat
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: CHARZAT, CLAUDE, LYON, FR; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: ES2187770T3; CA2288936C; DE69717504D1; EP0973591B1; ATE228384T1; EP0973591A1; CA2288936A1; WO1998045015A1; JP4282094B2; JP2001518832A; AU2394397A; US6464876B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Auftrennung einer Mischung in zumindest eine erste Fraktion und in eine zweite Fraktion, die sich voneinander in ihrem Gehalt oder in der Zusammensetzung bezüglich zumindest eines Elementes oder Bestandteils unterscheiden, wobei letztere zumindest teilweise durch geeignete Trennungstechniken abgetrennt werden können, die bei der Auftrennung besagter Mischung eingesetzt werden.
Zahlreiche chemisch-technische Vorgänge, wie die Destillation, die flüssig-flüssig Extraktion, die Filtration oder das methodische Auswaschen von Feststoffen verlangen das Vorhandensein eines Gegenstromes oder eines Rückflusses. Dieser Gegenstrom, der häufig für den Vorgang unabdingbar ist, wird im Allgemeinen durch Schwerkraft erreicht, hierzu wird der Unterschied in der Dichte der verschiedenen Phasen herangezogen, insofern ein solcher Unterschied existiert und ausreichend ist.
Wenn die physikalischen Mittel, die geeignet sind, einen Rückfluss oder einen Gegenstrom zu erzeugen, nicht vorhanden sind oder ungenügend sind, wie es der Fall bei Auftrennungen in homogener Phase oder in heterogener Phase bei ungenügendem Dichteunterschied zwischen den Phasen ist, ist es notwendig, auf andere Mittel zurückzugreifen.
So muss, um gasförmige Phasen oder Fraktionen durch Gasdiffusion zu trennen, auf jeder Abtrennstufe ein Rückfluss durch Abführen eines Teils des Flusses sichergestellt werden, gefolgt von dessen Verdichtung und der Wiedereinführung in das Innere der Vorrichtung zum Auftrennen.
Desgleichen sind für Vorgänge, die zumindest eine flüssige Phase oder Fraktion und zumindest eine feste Phase oder Fraktion umfassen, eine Folge von Vorgängen, wie Filtration oder Zentrifugation, Aufbrechen des Kuchens, dessen Rücküberführung in eine Suspension, Umpumpen, und schlussendlich die Rückeinbringung in die Filtration, durchzuführen.
Die verschiedenen Mittel, die geeignet sind, um dieses durchzuführen, sind häufig kompliziert zu betreiben und sind mit kostspieligen Anlagen und Steuereinrichtungen verbunden; dies führt unter anderem zu beträchtlichen Belastungen bei den Betriebskosten und der Wartung und zu erhöhten Energiekosten. Diese Mittel haben außerdem einen negativen Einfluss auf die Machbarkeit der Vorrichtung zum Auftrennen für die zu behandelnden Mischungen.
Das Dokument US-A-2 609 277 betrifft eine Kolonne für Kontakte vom Typ flüssig/flüssig und gasförmig/flüssig, die über poröse oder perforierte Wände oder über Klappenventile, aber nicht über beides, verfügen kann. Der Übergang der Ströme von einer Stufe in eine andere ist daher über die Klappenventile steuerbar, aber es kommt zu keinem gleichzeitigen An- oder Abreicherungsvorgang.
In der im Dokument US-A-4 133 714 beschriebenen pulsierenden Vorrichtung für Austauschvorgänge vom Typ gasförmig/ fest/flüssig sind die Stufen durch eine perforierte Wand getrennt, die über eine Öffnung verfügt. Jedoch wird kein beweglicher Verschluss eingesetzt. Während der Pulse läuft die Flüssigkeit ungehindert in/aus eine(r) Stufe.
Das Dokument DE-A-25 02 371 beschreibt konventionelle Kolonnen für pulsierte Austauschvorgänge vom Typ flüssig/flüssig. Die perforierten Wände, die die Stufen voneinander trennen, enthalten Öffnungen oder Filter, aber nicht beides. Die eingesetzten Kolben verlassen niemals die zugehörigen Zylinder durch diese hindurch.
Das Dokument SU-A-628 940 beschreibt eine Vorrichtung für die fest/flüssig Extraktion. Die pulsierenden Stufen sind durch perforierte Platten getrennt, die einen Teil der Feststoffe zurückhalten, ohne dass es sich dabei um Filter handelt.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, diese verschiedenen Nachteile vollständig bzw. teilweise durch Umgruppieren der durchführenden Organe oder Mittel und der Funktionen der Auftrennung und der Funktionen von Rückführung und Rückfluss zu lösen.
Unter Rückführung ist hier jegliche Rückkehr zumindest eines Flusses auf oder in ein Behältnis zum Auftrennen einer Mischung zu verstehen, einschließlich der Einrichtung eines Rückflusses oder eines Gegenstroms.
Entsprechend 1 erlaubt es ein Auftrennungsverfahren gemäß der Erfindung, eine Mischung in zumindest eine erste und in zumindest eine zweite Fraktion, die sich bezüglich zumindest eines Elementes der jeweiligen Zusammensetzung voneinander unterscheiden, aufzutrennen. Dieses Verfahren umfasst eine Vielzahl von einzelnen Fraktionierschritten, bei denen zumindest zwei eintretende Flüsse miteinander in Kontakt gebracht werden, nämlich ein erster eintretender Fluss (10), der an der ersten Fraktion verarmt ist, und ein zweiter eintretender Fluss (11), der an der zweiten Fraktion verarmt ist, um zwei austretende Flüsse zu erhalten, nämlich einen ersten austretenden Fluss (12), der an der ersten Fraktion im Hinblick auf den ersten eintretenden Fluss (10) angereichert ist, und einen zweiten austretenden Fluss (13), der im Hinblick auf den zweiten eintretenden Fluss (11) an der zweiten Fraktion angereichert ist, wobei jeder einzelne, nicht stationäre Fraktionierschritt in einer einzelnen Fraktionierstufe (14) durchgeführt wird, in der ein Massenaustauschpuffervolumen (15) angereichert ist, und wobei jeder einzelne Fraktionierschritt, der periodisch gesteuert und wiederholt wird, zumindest folgende Schritte aufweist:

a) Abreichern (4) der ersten Fraktion durch eine Abtrenntechnik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Filtration, Gasdiffusion, Ultrafiltration und Umkehrosmose in einem ersten Fluss (16), der relativ angereichert an der ersten Fraktion ist, um den ersten eintretenden Fluss (10) zu erhalten,
b) Einführen und Mischen des ersten eintretenden Flusses (10) in das Puffervolumen (15); anschließend Einführen und Mischen des zweiten eintretenden Flusses (11) in das Puffervolumen (15),
c) Abführen des ersten austretenden Flusses (12) aus dem Puffervolumen (15); anschließend Abführung des zweiten austretenden Flusses (13) aus dem Puffervolumen, die Abreicherung (4) der ersten Fraktion im ersten Fluss wird begleitend zum Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) durchgeführt, das Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) wird begleitend zum Abführen des ersten austretenden Flusses (12) durchgeführt, das Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11) wird begleitend zum Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) durchgeführt, das Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) wird während des Einführens des ersten eintretenden Flusses (10) unterbrochen, und das Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) wird während des Abführens des zweiten austretenden Flusses (13) unterbrochen, das Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11) wird während des Abführens des ersten austretenden Flusses (12) unterbrochen, und das Abführen des ersten austretenden Flusses (12) wird während des Einführens des zweiten eintretenden Flusses (11) unterbrochen.

Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem die folgenden Ausführungsformen:

– der Aggregatzustand des Puffervolumens (15) ist für einen Masseaustausch in homogener oder heterogener Phase vom Typ flüssig/flüssig, flüssig/gasförmig, flüssig/fest, gasförmig/ fest, gasförmig/gasförmig, gasförmig/flüssig/fest ausgelegt,
– wie hinsichtlich der Ausführungsbeispiele in den 2 bis 7 beschrieben, wird zumindest einer der folgenden Vorgänge, nämlich das Einführen des ersten eintretenden Flusses (10), das Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11), das Abführen des ersten austretenden Flusses (12), das Abführen des zweiten austretenden Flusses (13), dadurch gesteuert, dass ein Druckunterschied, der beidseits der Fraktionierstufe (14) existiert, wirken gelassen wird,
– zumindest einer der im vorhergehenden Absatz beschriebenen Vorgänge wird in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Puffervolumens in der ersten und/oder in der zweiten Fraktion, gesteuert,
– das Puffervolumen wird in jeder Fraktionierstufe in Turbulenz versetzt.

Schließlich kann ein Verfahren gemäß dieser Erfindung zahlreich einzelne Fraktionierschritte, wie sie zuvor beschrieben wurden, aufweisen, die methodisch in jeweils zahlreichen einzelnen Fraktionierstufen aufeinanderfolgend durchgeführt werden, woraufhin man – ausgehend von einer oder mehreren Mischungen – zumindest einen ersten austretenden an der ersten Fraktion angereicherten Strom und einen zweiten austretenden an der zweiten Fraktion angereicherten Strom erhält. Diese einzelnen Fraktionierschritte werden, von einer Fraktionierstufe zur anderen gesehen, während desselben Zeitraums, in identischer Weise wiederholt.
In den beiliegenden 2 bis 7 wird als nicht einschränkendendes Beispiel eine Vorrichtung beschrieben, die es erlaubt, das zuvor definierte Verfahren durchzuführen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Wand (P₁ ) aufweist, die beidseits davon zwei Räume (E₁ , E₂ ) voneinander trennt, in denen im Betrieb jeweils unterschiedliche Drücke (Pr_l , Pr₂ ) herrschen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist, nämlich

a) zumindest eine Öffnung (2), die mit einem Verschluss (3) versehen ist, und
b) zumindest ein Abtrennorgan (4), das ggf. mit einem Verschluss (5) versehen ist, und wobei die Öffnung (2), deren Verschluss (3), das Abtrennorgan (4) und ggf. der Verschluss (5) derart angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass ein Materialfluss die Öffnung(en) (2) durchquert, wenn Pr_l höher ist als Pr₂ und das (die) Abtrennorgan(e) (4) durchquert, wenn Pr₂ höher ist als Pr₁ .

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind der Verschluss (3) und das Abtrennorgan (4), wobei dieses ggf. mit einem Verschluss (5) versehen ist, in ein und demselben mechanischen Element vereinigt, wie dies in der beigefügten 3 dargestellt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet das Abtrennorgan (4) einen Teil der Wand (P1), unter Weglassung des Verschlusses (5), wie dies in der beigefügten 4 dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein mit Versorgungsorganen und Evakuierungsorganen ausgestattetes Gefäß, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

a) dieses eine Vielzahl (N) der zuvor beschriebenen Vorrichtungen beinhaltet, die untereinander identisch oder unterschiedlich sind, und in dem die Wände (P₁ bis P_N ) eine Anzahl (N + 1) von Räumen (E₁ bis E_{N
+ 1} ) abgrenzen, die geometrisch identisch oder unterschiedlich sind, in denen im Betrieb unterschiedliche Drücke Pr_X und Pr_{X + 1} beidseits einer Wand (P_X ) einer Stufe X herrschen,
b) jede Stufe von einer Wand (P_X ) gebildet wird, die zumindest mit einer Öffnung (2), deren Verschluss (3), zumindest einem Abtrennorgan (4) und, ggf., dessen Verschluss (5) ausgestattet ist, die so angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass ein Materialfluss die Öffnung(en) (2) durchquert, wenn (Pr_X) höher ist als (Pr_{X + 1} ) , und das (die) Abtrennorgan(e) (4) durchquert, wenn (Pr_{X + 1} ) höher ist als Pr_X ,
c) die Gesamtheit der Stufen so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass der Materialstrom diese im Ganzen oder in Teilen durchquert.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weist, wie zuvor beschrieben und insbesondere in 2 dargestellt, eine Wand (P₁ ) auf, die zumindest über ein Abtrennorgan (4) verfügt.
Dieses Organ wird in Abhängigkeit von der gewählten Abtrenntechnik ausgewählt, und zwar aus Filtern, Gasdiffusionsbarrieren und den Organen der Ultrafiltration und der Umkehrosmose, die dem Fachmann bekannt sind, und die darauf ausgelegt sind, die Zusammensetzung des diese durchquerenden Mediums zu verändern.
Die Abtrennorgane (4) können mit Verschlüssen (5) versehen werden. Selbstverständlich sind die Verschlüsse (3) und, soweit diese vorhanden sind, die Verschlüsse (5) beweglich.
Andere Varianten und/oder vorteilhafte Charakteristika, die geeignet sind, in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung vorhanden zu sein, ergeben sich bei der Lektüre des Nachfolgenden.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen ein Behältnis, das eine Vielzahl solcher Vorrichtungen beinhaltet. Ein solches Behältnis (D) ist schematisch in der beiliegenden 5 dargestellt.
Eine Anzahl (N) von Elementen (Px), die nicht notwendigerweise in ihren Dimensionen identisch sind und die (N + 1) Räume (E), welche nicht notwendigerweise gleich sind, abgrenzen, sind in einem Behältnis (D) angeordnet, das abgesehen von den gebräuchlichen Einrichtungen zur Entleerung, zur Sicherheit, zur Kontrolle oder zur Inspektion, die nicht dargestellt sind, mit verschiedenen Einrichtungen zur Versorgung (V_X ) und zur Evakuierung (V_A , V_B ) ausgestattet ist.
In einer besonders vorteilhaften Betriebsart wird das zu behandelnde Medium, das in das Gefäß eingeführt wurde, durch geeignete elektrische, mechanische, externe oder interne Steuerorgane einer alternierender Druckpulsierung, pulsierenden Zugängen des zu behandelnden Flusses und pulsierenden Entnahmen des erhaltenden Produkts unterworfen.
Gemäß 2 werden in jeder Vorrichtung, wenn der Druck Pr₂ höher ist als der Druck Pr₁ , die Verschlüsse (5), sofern diese vorhanden sind, spontan durch den Druckunterschied in die offene Position gebracht; zur gleichen Zeit werden die Verschlüsse (3) in ähnlicher Weise geschlossen. Durch die Auswirkung des Druckunterschieds wird das im Raum (E₂ ) enthaltende Medium unter Durchquerung der Abtrennelemente (4) in Richtung des Raums (E₁ ) geleitet und erfährt dabei ganz oder in Teilen die gewünschten An- oder Abreicherungen.
Wenn die alternierende Druckpulsierung dazu führt, dass der Druck Pr_l höher wird als der Druck Pr₂ , werden die Verschlüsse (3) geöffnet und die Verschlüsse (5), sofern diese vorhanden sind, geschlossen. Das im Raum (E₁ ) enthaltende Medium geht durch die Auswirkung der Druckdifferenz unter Durchgang durch die Öffnung (2) in den Raum (E₂ ) über, und bildet so den gewünschten Rückfluss, die Rückführung oder den Gegenfluss.
Das Steuerorgan der alternierenden Druckpulsierung invertiert erneut den Unterschied zwischen den Drücken Pr₁ und Pr₂ , und als Konsequenz die Richtung des Flusses, der die Abtrennorgane durchquert.
Die periodische Wiederholung der Pulse, deren Dauer und Amplitude, sowie die Anzahl und die Charakteristika der Dimensionierung der Vorrichtungen oder Behältnisse gemäß der Erfindung, von der Zusammensetzung und der Durchsatzmenge des zu behandelnden Mediums abhängen, erlaubt es, sofern auf die Gesamtheit der Abtrennelemente des Behältnisses (D) angewendet, einen Rückfluss- oder Gegenstromeffekt zu erzielen, ähnlich dem, der normalerweise durch andere Mittel erzielt wird, insbesondere in Destillationskolonnen, Extraktionskolonnen vom Typ flüssig/flüssig oder in Systemen zur methodischen Waschung/Extraktion von Feststoffen.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Öffnung der Verschlüsse (3), wenn der Druck Prl höher wird als der Druck Pr₂ , durch geeignete Organe verzögert werden, wie insbesondere eine externe Steuerung und die Verwendung von tarierten Verschlussklappen, um eine partielle Zirkulation in Gegenrichtung in den Abtrennorganen (4) zu bewirken, die, je nach Anwendung die Beseitigung von Verstopfungen erleichtert und darauf abzielt, die Abtrenneigenschaften der zu diesem Ziel eingesetzten Mittel aufrecht zu erhalten, zu verlängern oder wieder herzustellen.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können die Räume, die sich zwischen den Abtrennelementen befinden, mit aktiven oder passiven Turbulator- oder Pulsatorelementen ausgestattet werden, die unter der Wirkung von Druckpulsen, insbesondere im Falle der Behandlung von kompressiblen Medien, die für ein ordnungsgemäßes Durchführen eines Verfahrens gemäß der Erfindung nötigen Pulse erzeugen oder deren Schwächung ausgleichen, die sich aus dem Druckverlust ergibt, den die Fraktionen oder Flüsse beim Durchqueren der Auftrennmittel erleiden.
Entsprechend einer Ausführungsvariante, die insbesondere für die Behandlung von Gasen geeignet ist, zeigt 6 ein Gefäß, das sich für einen Abtrennvorgang von Gasen der Luft eignet.
Ein Behältnis (D) mit etwa runden Querschnitt enthält (N) ebene Einrichtungen (P₁ , P₂ ,..., P_X ,..., P_{N – 2} , P_{N – 2} , P_N ) gemäß der Erfindung, deren Anzahl und Charakteristika in einer dem Fachmann bekannten Weise in Abhängigkeit von insbesondere den Drücken, Massenströmen und operativen Zusammensetzungen, sowie der Leistung der Gasdiffusionsmodule (4), die über keinen Verschluss verfügen, bestimmt werden.
Die Verschlüsse (3) sind Verschlussklappen, die durch ihr Eigengewicht zurückgestellt werden.
Der Apparat ist mit einem mechanischen Organ zur Steuerung von Pulsen ausgestattet, das sich aus einer Vielzahl (N) von identischen oder unterschiedlichen, steifen Platten (A₁ , A₂ , ..., A _{N – 1} , A_N ) zusammensetzt, die nicht den gesamten Querschnitt (D) belegen, und die sich zwischen den Einrichtungen gemäß der Erfindung befinden und die untereinander durch eine Achswelle (Z) verbunden sind, die senkrecht und in einer abgedichteten Weise durch diese Vorrichtungen hindurch geht.
Dieser Achswellen/Platten-Zusammenbau wird von einem pneumatischen Motor (M) angetrieben, der oszillatorische Bewegungen erzeugt, deren Amplitude und Periode bzw. Frequenz parallel zu der Achswelle (Z) des Behältnisses (D) gesteuert werden.
Jede der Platten (A₁ , A₂ ,..., A_{N – 1} , A_N ) ist daher analog zu einem nicht dichtenden Kolben, der in wechselnder Richtung in dem Raum bewegt wird, der durch zwei Vorrichtungen gemäß der Erfindung abgegrenzt wird,.
Die Luft, die mit gleichbleibendem Druck in (V₁ ) eingelassen wird, wird in dem Apparat in einen austretenden Fluss, der an Sauerstoff angereichert ist, und einen austretenden Fluss, der an Sauerstoff abgereichert ist, fraktioniert, die dann an den Punkten V₂ und V₃ gesammelt werden.
Die Mittel zur Steuerung, zur Analyse und für die Sicherheit des Systems sind nicht dargestellt.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform, die sich für die Behandlung von Feststoffen mit Flüssigkeiten eignet, zeigt 7 ein Behältnis, das sich für die methodische Extraktion von Aromastoffen bestimmt ist, die in einem pflanzlichen, holzartigen, gemahlenen Substrat enthalten sind, das nicht von dem zur Extraktion verwendeten Lösemittel dekantiert werden kann.
Das Behältnis (D) enthält (N) Einrichtungen (P₁ , P₂ ,..., P_{N – 1} , P_N ) gemäß der Erfindung, deren Anzahl und Charakteristika in einer dem Fachmann bekannten Weise sowohl in Abhängigkeit der Massenströme und der operativen Zusammensetzung als auch der Leistung der Filter (4), die nicht mit einem Verschluss versehen sind, bestimmt werden.
Die Verschlüsse (3) sind Verschlussklappen, die durch tarierte Federn zurückgehalten werden, in der Art, dass wenn der Fluss darauf abzielt die Öffnung (2) zu benutzen, ein temporärer Gegenstrom in den Filtern (4) erzeugt wird, der die Reinigung dieser Filter sowie das Aufbrechen von Ansammlungen von Feststoffen, die sich möglicherweise bilden, erleichtert.
Der obere Teil des Behältnisses (D) enthält eine Blase (R) eines inerten Gases, welche unter Druck gehalten wird.
Der zu behandelnde Rohbrei, der aus einer Mischung aus Pflanzenbroyat und einer geeigneten Menge Lösungsmittel besteht, wird in (V₁ ) in die Vorrichtung (P_N ) eingeführt.
Das neue und/oder regenerierte verarmte Lösemittel wird über einen periodischen Fluss (V₂ ) im unteren Teil von (D) eingeführt, während der ausgelaugte Brei, welcher bei (V₄ ) in Richtung eines nicht dargestellten Reservoirs, welches unter einem Druck nahe dem atmosphärischen Druck gehalten wird, in periodischer Weise gleichmäßig abgeführt wird. Die Zugabe in (V₂ ) und der Abzug in (V₄ ) erfolgen alternierend in einer Weise, dass der daraus resultierende alternierende Fluss im Behältnis (D) durch die Gesamtheit der Vorrichtungen gemäß der Erfindung, die darin enthalten sind, zirkuliert und als Folge zu dem ge wünschten Effekt von sukzessiven Filtrationen und Rückführungen führt.
Der Fluss des mit gelösten aromatischen Stoffen angereicherten Lösungsmittels wird in (V₃ ) am Kopf des Behältnisses (D) abgeführt, um in einem nicht dargestellten Regenerationssystem behandelt zu werden, in dem die Aromastoffe, die anfänglich in dem rohen Brei enthalten waren, wiedergewonnen werden.
In der beiliegenden 8 ist eine Vorrichtung beschrieben, die ähnlich der in 7 beschriebenen ist, die es erlaubt, Titandioxid durch Auswaschen einer Suspension von Metatitansäure zu produzieren, welche aus der Hydrolyse von Titanylsulfat resultiert, wie sie in allen konventionellen Prozessen zur Fabrikation von Titandioxidpigmenten ausgehend von „slags" erhalten wird.
Die Metatitansäuresuspension ist in dem 200-Liter-Tank 51 enthalten und wird durch ein Propellerrührwerk mit langsamer Rotation homogenisiert. Diese Suspension wird durch eine Quetschschlauchpumpe auf Stufe 75 einer Waschkolonne 52, die nach einem Verfahren gemäß der Erfindung funktioniert, zugeführt. Die zugeführte Suspension ist in der 8 mit dem Buchstaben „F" gekennzeichnet.
Das ausgewaschene Produkt wird am Boden der Kolonne 52 durch eine volumetrische Membranpumpe P₂ in Richtung eines Tanks 53, welcher mit einem Propellerrührwerk mit langsamer Rotation gerührt wird, abgeführt. Das ausgewaschene Produkt ist in der 8 mit dem Buchstaben „P" gekennzeichnet.
Das Wasser zum Waschen, das mit dem Buchstaben „W" gekennzeichnet ist, wird durch eine volumetrische Pumpe eingeführt, die mit konstantem Zyklus aber in entgegengesetzter Phase zu der vorher genannten volumetrischen Pumpe arbeitet und deren Zylindervolumen automatisch in Abhängigkeit von dem spezifischen Widerstand des Puffervolumens oder des Mediums, auf Höhe der Stufe 30 der Kolonne 52, reguliert wird.
Die Muttertränkungslösung, die mit dem Buchstaben „B" in 8 bezeichnet ist, und die durch einen Teil des Waschwassers leicht verdünnt ist, wird durch natürlichen Überlauf am Kopf der Kolonne 52 abgezogen.
Die Kolonne 52 besteht aus einem Zylinder aus Glas und Stahl mit einem Durchmesser von 160 mm. Die verschiedenen Stufen bestehen aus versteiftem PVC und sind in einem Abstand von 20 mm verstrebt. Jede Stufe umfasst eine einheitliche Filteroberfläche in der Größenordnung von 100 cm², mit einer Fläche von etwa 6 cm², die von einer Verschlussklappe verschlossen ist. Die Filtration wird beispielsweise durch ein Sieb aus PTFE (Polytretrafluorethylen) erreicht. Diese Filtration erfolgt in die aufsteigende Richtung, während die Verschlussklappen sich in der absteigenden Richtung öffnen.
Die volumetrischen Membranpumpen mit variablem Hub haben ein Hubraum in der Größenordnung von 500 cm². Die Pumpe für das demineralisierte Wasser wird in Abhängigkeit von dem spezifischen Widerstand auf Höhe der Stufe 30 geregelt, wie vorher bereits gezeigt. Die volumetrische Pumpe, die für das gewaschene Produkt eingesetzt wird, ist mit entgegengesetzter Phase zu der vorhergehenden Pumpe manuell regelbar. Es ist diese Gegen läufigkeit der Phasen der Pumpen P₁ und P₂ , die die alternierenden Flüsse in der Kolonne 52 erzeugt.
Die nach einer Stabilisation von sechs Stunden erhaltenen Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Mit einer limitierten Menge an Waschwasser und ohne exzessive Verdünnung der Tränkungslösung, um die Aufbereitung von Abwässern zu minimieren, erhält man eine Qualität vergleichbar zu drei sukzessiven Filtrationen/Waschungen/Wiederaufschlemmungen auf traditionellen Filterkartuschen.
TABELLE
Die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung liegen in den folgenden Bereichen:

– Auftrennung von Gasen:
– Isotopische Anreicherung von U₂₃₅ in einem Gasfluss, aus einer Mischung aus U₂₃₈F₆ und U₂₃₅F₆,
– Auftrennung der Gase aus der Luft: Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase,
– Auftrennung von chemischen Molekülen, die ein Azeotrop bilden,
– Kontakte vom Typ gasförmig-fest:
– Imprägnierung oder chemische Behandlung von festen Phasen mit geringer Dichte,
–heterogene Katalyse mit Extraktion – Regeneration-Rückführung des Katalysators,
– Reaktionen vom Typ gasförmig/fest.
– Kontakte vom Typ flüssig/fest:
– Behandlung von Mineralien mit niedrigem Schüttvolumen,
– methodisches Waschen von Kristallen,
–heterogene Katalyse von chemischen Reaktionen mit der Extraktion-Regeneration-Rückführung des Katalysators,
– die Extraktion von Aromen und pharmazeutischen Stoffen,
– Reinigung von Lebensmitteln,
– Auf lösen von Feststoffen,
- Kontakte vom Typ gasförmig/flüssig/fest:
– chemische Reaktionen vom Typ gasförmig-flüssig unter heterogener Katalyse (Hydrierungen, Oxidationen, Alkylierungen.. ).
– Auftrennung von homogenen Gemischen vom Typ flüssig/flüssig:
– Umkehrosmose, Ionenaustausch.

Diese Anwendungsmöglichkeiten finden sich in allen Bereichen der Industrie.

Claims

Verfahren zum Auftrennen einer Mischung in zumindest eine erste Fraktion und in eine zweite Fraktion, die sich bezüglich zumindest eines Elementes ihrer jeweiligen Zusammensetzung unterscheiden, welches eine Vielzahl an einzelnen Fraktionierschritten aufweist, bei dem zumindest zwei eintretende Flüsse miteinander in Kontakt gebracht werden, nämlich ein erster eintretender Fluss (10), der an der ersten Fraktion verarmt ist, und ein zweiter eintretender Fluss (11), der an der zweiten Fraktion verarmt ist, um zwei austretende Flüsse zu erhalten, nämlich einen ersten austretenden Fluss (12), der an der ersten Fraktion im Hinblick auf den ersten eintretenden Fluss (10) angereichert ist, und einen zweiten austretenden Fluss (13), der im Hinblick auf den zweiten eintretenden Fluss (11) an der zweiten Fraktion angereichert ist, wobei jeder einzelne, nicht stationäre Fraktionierschritt in einer einzelnen Fraktionierstufe (14) durchgeführt wird, in der ein Massenaustauschpuffervolumen (15) angereichert ist, und wobei jeder einzelne Fraktionierschritt, der periodisch gesteuert und wiederholt wird, die folgenden Schritte aufweist, nämlich a) Abreichern (4) der ersten Fraktion durch eine Abtrenntechnik ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Filtration, Gasdiffusion, Ultrafiltration und Umkehrosmose in einem ersten Fluss (16), der relativ angereichert an der ersten Fraktion ist, um den ersten eintretenden Fluss (10) zu erhalten; b) Einführen und Mischen des ersten eintretenden Flusses (10) in das Puffervolumen (15); anschließend Einführen und Mischen des zweiten eintretenden Flusses (11) in das Puffervolumen (15), c) Abführen des ersten austretenden Flusses (12) vom Puffervolumen (15); anschließend Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) vom Puffervolumen, die Abreicherung (4) der ersten Fraktion im ersten Fluss wird begleitend zum Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) durchgeführt; das Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) wird begleitend zum Abführen des ersten austretenden Flusses (12) durchgeführt, das Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11) wird begleitend zum Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) durchgeführt, das Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) wird unterbrochen während des Einführens des ersten austretenden Flusses (10) und das Einführen des ersten eintretenden Flusses (10) wird unterbrochen während des Abführens des zweiten austretenden Flusses (13), das Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11) wird unterbrochen während des Abführens des ersten austretenden Flusses (12), und das Abführen des ersten austretenden Flusse (12) wird unterbrochen während des Einführens des zweiten eintretenden Flusses (11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenaustausch, der im Puffervolumen (15) stattfindet, ein Austausch in homogener oder heterogener Phase ist, und zwar vom Typ flüssig/flüssig, flüssig/gasförmig, flüssig/fest, gasförmig/fest, gasförmig/gasförmig, oder gasförmig/flüssig/ fest.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgenden Vorgänge, nämlich Einführen des ersten eintretenden Flusses (10), Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11), Abführen des ersten austretenden Flusses (12), Abführen des zweiten austretenden Flusses (13), dadurch gesteuert wird, indem ein Druckunterschied, der beidseits der Fraktionierstufe (14) existiert, wirken gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgenden Vorgänge, nämlich Einführen des ersten eintretenden Flusses (10), Einführen des zweiten eintretenden Flusses (11), Abführen des ersten austretenden Flusses (12), Abführen des zweiten austretenden Flusses (13) in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Puffervolumenelements (15) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Puffervolumen in jeder Fraktionierstufe in Turbulenz gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zahlreiche einzelne Fraktionierschritte aufweist, die methodisch in jeweils zahlreichen einzelnen Fraktionierstufen aufeinanderfolgend durchgeführt werden, woraufhin man– ausgehend von einer oder mehreren Mischungen– zumindest einen austretenden an der ersten Fraktion angereicherten Strom und einen zweiten austretenden an der zweiten Fraktion angereicherten Strom erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Fraktionierschritte, von einer Fraktionierstufe zur anderen gesehen, während demselben Zeitraum, in identischer Art und Weise wiederholt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Wand (P₁ ) aufweist, die beidseits davon zwei Räume (E₁ , E₂ ) voneinander trennt, in denen im Betrieb jeweils unterschiedliche Drücke (Pr₁ , Pr₂ ) herrschen, wobei die Wand folgendes aufweist, nämlich a) zumindest eine Öffnung (2), die mit einem beweglichen Verschluss (3) versehen ist, und b) zumindest ein Abtrennorgan (4), das dazu geeignet ist, eine Abtrennung durch Filtration, Gasdiffusion, Ultrafiltration oder Umkehrosmose zu bewirken, wobei dieses gegebenenfalls mit einem beweglichen Verschluss (5) versehen ist, und dass die Öffnung (2), deren Verschluss (3), das Abtrennorgan (4) und gegebenenfalls der Verschluss (5) derart angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass ein Materialfluss die Öffnung(en) (2) durchquert, wenn Prl höher als Pr₂ ist, oder das (die) Abtrennorgan(e) (4) durchdringt, falls Pr₂ höher als Prl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (3) und das Abtrennorgan (4) und gegebenenfalls der Verschluss (5) in ein und demselben mechanischen Element vereinigt sind (siehe 3).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennorgan (4) der Wand (P₁ ) zugehörig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (2), deren Verschluss (3), das Abtrennorgan (4) und gegebenenfalls der Verschluss (5) derart angeordnet und/oder ausgestaltet sind, dass die Materialflüsse alternierend die Öffnungen) (2) durchqueren, wenn Pr₁ höher als Pr₂ ist, und die Abtrennorgan(e) (4) durchqueren, wenn Pr₂ höher als Pr₁ ist, und wobei die Vorrichtung ein Steuerorgan mit alternierenden Druckpulsen beidseits der Wand (P₁ ) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein verzögertes Öffnungsorgan des (der) Verschlusses (-schlüsse) (3) für den Moment aufweist, wenn der Druck Pr₁ höher als der Druck Pr₂ wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein verzögertes Schließorgan des (der) Verschluss (-schlüsse) (5) für den Moment aufweist, wenn der Druck Pr₁ höher als der Druck Pr₂ wird.
Behältnis, ausgestattet mit Versorgungsorganen und Evakuierungsorganen, dadurch gekennzeichnet, dass dieses a) eine Vielzahl (N) an Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 8 bis 13 aufweist, die identisch untereinander oder verschieden sind, bei denen die Wände (P₁ bis P_N ) eine Vielzahl (N + 1) Räume (E₁ bis E_{N
+ 1} ) abgrenzen, die geometrisch identisch oder unterschiedlich sind, in denen im Betrieb jeweils unter schiedliche Drücke Pr_X und Pr_{X + 1} beidseits einer Wand (P_X ) einer Stufe X vorherrschen, b) jede Stufe durch eine Wand (P_X ) gebildet wird, wie sie in Anspruch 8 definiert ist, und derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass ein MaterialFluss die Öffnung(en) (2) durchquert, wenn (Pr_X ) größer als (Pr_{X
+ 1} ) ist, und das (die) Abtrennorgan(e) (4) durchquert, wenn (Pr_{X + 1} ) größer als Pr_X ist.
Behältnis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Stufen, die es aufweist, so ausgestaltet sind, dass diese auf Druckimpulse reagieren und alternierende Materialflüsse passieren lassen.
Behältnis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es gleichermaßen in jedem Raumabschnitt, der durch die Wände (P₁ bis PN) abgetrennt ist, ein oder mehrere bewegliche Elemente aufweist, die so ausgestaltet sind, um die Pulsation der alternierenden Ströme zu schaffen und/oder zu verstärken.