-
Verfahren zur Trennung von Suspensionen
Die Trennung von Suspensionen,
z. B. einer unterschüssigen llüssigbeit in einerüberschüssigen, mit ihr nicht mischbaren
Flüssigkeit, wird im allgemeinen dadurch bewirkt, daß man die Suspension mit sehr
geringer Geschwindigkeit durch Behälter führt, in denen die schwerere Komponente,
wenn sie im Unterschuß, also suspendiert vorhanden ist, quer zum Flüssigkeitsstrom
absinkt und sich am Boden des Behälters sammelt. Ist die leichtere Komponente im
Unterschuß, also suspendiert vorhanden, so steigt sie in diesem Fall quer zum Hauptflüssigkeitsstrom
auf und sammelt sich am Oberteil des Behälters. Man verfolgt in beiden Fällen das
Prinzip, die unterschüssige Komponente auf dem kürzesten Wege aus der Suspension
herauszuführen, bevor sie in die Nähe des Austritts der überschüssigen Komponente
gelangt.
-
Nach der vorliegenden Erfindung wird von einem anderen Prinzip ausgegangen,
wenn im Verlauf einer größeren senkrechten Schicht den ausgeschiedenen, sich vergrößernden
Partikeln der unterschüssigen Komponente der Suspension infolge ihrer geringeren
Reibung (im Verhältnis zu ihrer Masse) bzw. ihrer dadurch bedingten höheren Relativgeschwindigkeit
zum überschüssigen Medium Gelegenheit gegeben wird, weitere kleinere, noch in Schwebe
befindliche Partikelchen der unterschüssigen Komponente der entgegenströmenden Suspension
mit sich zu vereinigen, der Suspension entgegenzuführen und abzuscheiden (siehe
Berg, Chemie-Ingenieur III, Verlag Springer, 1935, S. 65, wonach die Relativgeschwindigkeit
der schwereren Partikelchen in leichteren Medien mit dem Partikeldurchmesser wächst).
Es wird hier im wesentlichen von Suspensionen im System: nicht unbegrenzt lösliche
Flüssigkeit in andersartiger
Flüssigkeit (Emulsion) gesprochen.
Ahnliche Gesichtspunkte gelten jedoch auch für Suspensionen fester Partikelchen
in spezifisch leichteren bzw. schwereren Flüssigkeiten bzw. für Suspensionen von
Gasen in Flüssigkeiten, die gasfrei gemacht werden sollen. Damit die kleinsten Teilchen
Zeit haben, sich zu größeren zusammenzuschließen, gibt man der Suspension Gelegenheit,
sich über eine längere senkrechte Schicht fortzubewegen, wobei alle suspendierten
Teilchen zweckmäßig den gleichen freien Steig- oder Fallweg zurücklegen und somit
die bestmögliche Trennung gewährleisten Die Mindesthöhe dieser Schicht sollte etwa
2 m betragen. Die Dimensionierung des Gasbehälters erfolgt derart, daß die Absitzgeschwindigkeit
der gebildeten Teilchen mittlerer Größe größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit
der Suspension.
-
Durch die infolge Zusammenballung erzwungene Rückströmung der größeren
Teilchen entgegen der strömenden Suspension findet die in die Trennbehälter eintretende
Suspension bereits eine größere Anzahl vorgebildeter größerer Teilchen vor, die
mit steigendem Durchmesser und mit der entsprechend steigenden Relativgeschwindigkeit
sich der Suspension entgegen bewegen. Die feinen Partikelchen der unterschüssigen
Komponente haben somit auf der gesamten Strecke Zeit, sich mit den inzwischen gebildeten
größeren Partikeln zu vereinigen. Bei der älteren Arbeitsweise ist dies dagegen
nicht der Fall, sondern die abgeschiedene unterschüssige Komponente wird auf dem
kürzesten Wege meist quer zum Hauptflüssigkeitsstrom abgeschieden, kommt also nur
auf einer kurzen Strecke auf die suspendierten übrigen noch feineren Teilchen zur
Einwirkung. Die Folge ist, daß ein wesentlich größerer Bruchteil der Suspension
den Trennbehälter ungetrennt verläßt. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise führt dagegen
zu wesentlich besseren Trennergebnissen. Besonders am Anfang dieses Verfahrens und
um die ersten Anfänge der Bildung der größeren Teilchen einzuleiten, ist es nach
einem weiteren Erfindungsgedanken vorteilhaft, eine kleine zusätzliche Menge von
der gleichen Art wie die unterschüssige suspendierte Komponente mit einer solchen
Teilchengröße der Suspension entgegenzuführen, bei der sie von vornherein die Geschwindigkeit
der Suspension übertrifft und an dem der Zuführungsstelle entgegengesetzten Ende
zusammen mit den angelagerten Teilchen abgeführt werden kann. Nach Möglichkeit wird
der größte Teil des Querschnittes des Behälters beaufschlagt. Die Teilchengröße
der zugegebenen Komponente übersteigt dabei die mittlere sehr geringe Teilchengröße
der suspendierten Komponente um so viel, daß sie sich von vornherein schneller bewegt
als die entgegenströmende Suspension. Für den Fall des Zusatzes einer unterschüssigen
schwereren Komponente erfolgt derselbe am oberen Ende des Behälters. Dagegen wird
im anderen Fall etwaige leichtere zusätzliche Komponente am unteren Ende des Trennbehälters
zugegeben, und zwar so, daß der größte Teil des Querschnittes des Zylinders gleichmäßig
beaufschlagt wird und die aufsteigenden Teilchen sich der absteigenden Suspension
entgegen bewegen und am oberen Ende abgeführt werden können.
-
Unter Umständen wird es nach einem weiteren Erfindungsgedanken sogar
genügen, durch anfängliche Zugabe derartiger zusätzlicher Komponente die Zusammenballung
der suspendierten Teilchen zu größeren einzuleiten und die Zugabe unter Beobachtung
der Trennwirkung zu regeln, zu vermindern und gegebenenfalls zu beenden.
-
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann auch eine hauptsächlich
horizontal strömende Flüssigkeit derart beaufschlagt werden, wobei die eingespeisten
schweren Teilchen quer zum Hauptflüssigkeitsstrom absinken und sich am Boden des
Behälters sammeln. Im Falle einer Suspension von einer leichteren unterschüssigen
Komponente in einer schwereren überschüssigen Hauptkomponente wird die zusätzlich
eingespeiste leichtere Komponente von unten eingeführt, steigt quer zum Hauptflüssigkeitsstrom
nach oben und sammelt sich an der Oberseite des Behälters unter Bildung einer Grenzschicht
gegenüber der mit ihr nicht mischbaren Hauptkomponente und wird hier abgeführt.
Gegenüber dem bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß sämtliche Teile der Suspension
von gebildeten größeren Teilchen der unterschüssigen Komponente durchsetzt, so daß
alle suspendierten Teilchen die gleiche Gelegenheit haben, sich mit vorgebildeten
größeren Teilchen der suspendierten Komponente zu vereinigen, sich dem Hauptflüssigkeitsstrom
entgegen zu bewegen und abzuscheiden.
-
Auf diese Weise wird ebenfalls ein besserer Trenneffekt erreicht als
bei der bekannten Arbeitsweise.
-
Es ist unter diesen Gesichtspunkten zweckmäßig, beim Arbeiten unter
Atmosphärendruck den liegenden Behältern einen Querschnitt mit senkrechter Seitenbegrenzung
zu geben, um allen Teilchen den gleichen Weg im Austausch mit der Suspension zur
Verfügung zu stellen. Dies kann im liegenden Zylinder z. B. nicht der Fall sein,
da die Flüssigkeitströpfchen an den Seitenwänden keinen größeren freien Fall- bzw.
Steig- und Austauschweg vorfinden.
-
Bei wäßrigen Suspensionen, z.B. in Kohlenwasserstoffgemischen, schwere
Komponente (H20) im Unterschuß, wird nach obigem Erfindungsgedanken Wasser in feinverteilter
Form der aufsteigenden Suspension entgegengeführt. Man kann die Abscheidung von
wäßrigen Komponenten nach einem weiteren Erfindungsgedanken noch dadurch verstärken,
daß man Trockenmittellösungen an Stelle von Wasser verwendet, so daß auch das homogen-gelöste
Wasser noch zu einem großen Teil entfernt wird und die Zusammenballung der suspendierten
Wassertröpfchen noch schneller erfolgt.
-
Hierzu können Lösungen beliebiger Konzentration, also auch Abfallaugen
aus anderen Trocknungsprozessen, verwendet werden, so daß kaum zusätzliche Kosten
dadurch entstehen.
-
Das Verfahren wird durch Ausführungsbeispiele an Hand der Abbildungen
beschrieben.
-
Fig. 1 zeigt einen Behälter 1, der von der zu trennenden Suspension
2, z. B. von Wasser in flüs-
sigem Butan, durchströmt wird. Der
Zulauf der Suspension erfolgt durch die Leitung 3, der Ablauf der gereinigten leichten
überschüssigen Komponente (Butan) erfolgt durch die obere Leitung 4, der der schweren
unterschüssigen Komponente (Wasser) nach deren Abtrennung durch die untere Leitung
5.
-
Der senkrechte Abstand a zwischen dem Zulauf und dem oberen Ablauf
soll mindestens 2 m betragen, damit die aufsteigende Suspension Gelegenheit hat,
die feinen Wassertröpfchen der Suspension mit den in den höheren Schichten schon
gebildeten größeren sinkenden Wassertröpfchen zu vereinigen und mit diesen absinken
zu lassen. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, kann durch einen oberen Zulauf 6
über eine oder mehrere Brausen 7 eine zusätzliche Menge der schweren Komponente
in feinverteilter Form über einen möglichst großen Teil des Querschnittes oben eingeführt
werden. 8 stellt die Trennungsfläche der abgesunkenen schweren Komponente mit der
Suspension dar. Zwischen Suspension und leichter Komponente vollzieht sich der Übergang
ohne ausgesprochene Grenzfläche. An Stelle von Wasser können nach obigem auch Trockenmittellösungen
verwendet werden. Man führt z. B. dem Behälter I Chlorcalciumlösung über 6 zu und
über 7, in Tröpfchen verteilt, durch die Suspension 2, z. B. von Wasser in flüssigem
Butan oder Benzin, das bei 3 zugeführt wird, und entnimmt am unteren Ende des Behälters
bei 5 die mit dem aufgenommenen Wasser verdünnte Lösung. Auch Phosphorsäurelösungen
sowie andere Trockenmittellösungen können Verwendung findea und in gleicher Weise
durch die Suspension geführt werden, wie es für die Chlorcalciumlösung bereits beschrieben
wurde. Weitere wasserhaltige Suspensionen sind z. B. diejenigen von Wasser mit 01,
das auf die angegebene Weise entwässert werden kann.
-
Fig. 2 zeigt einen in steigender Richtung von der Suspension IO durchflossenen
liegenden Behälter g mit einem Zulauf 11 für die Suspension, einen oberen Ablauf
I2 für die überschüssige leichtere und einen unteren Ablauf 13 für die unterschüssige
schwerere Komponente. Auch hier soll der senkrechte Abstand a zwischen Zulauf und
oberem Ablauf mindestens 2 m betragen. Obere Zuläufe 14 mit Brausen 15 können einen
Zusatz der schweren Komponente oben vermitteln, damit die suspendierten, feinst
verteilten Tröpfchen der schweren Komponente der Suspension sich mit den größeren
der zugesetzten schweren Komponente vereinigen können.
-
I6 stellt die Trennungsfläche zwischen der abgesunkenen schweren Komponente
mit der Suspension dar. Zwischen Suspension und leichter Komponente vollzieht sich
der Übergang ohne ausgesprochene Grenzfläche.
-
In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, daß unterschüssige leichtere
Komponente von überschüssiger schwererer Komponente der Suspension abgetrennt werden
soll. Das Beispiel gilt auch für den Fall, daß in Flüssigkeit suspendiertes Gas,
welches dann an die Stelle der leichteren Komponente tritt, abgeschieden werden
soll. Die Suspension I8 wird hier im Oberteil des senkrechten Behälters I7 durch
Leitung 19 zugeführt, die unterschüssige leichte Komponente oben durch Leitung 20
und die überschüssige schwere Komponente unten durch die Leitung 21 abgeführt. Etwaige
zusätzliche leichtere Komponente (evtl. auch Gas) wird hier von unten durch die
Leitung 22 und Brause 23 eingeführt und durchperlt die Flüssigkeit. Feinverteilte
Gasbläschen oder Partikelchen der leichten Komponente vereinigen sich nunmehr mit
den zugeführten größeren Teilchen der leichteren Komponente tind sammeln sich im
Oberteil des Behälters, wo sie entnommen werden können. Die Trennungsfläche zwischen
hochgestiegener leichter Komponente und der Suspension ist mit 24 bezeichnet. Für
die Entfernung, z. B. der leichten Komponente Wasser aus einer schweren Flüssigkeit,
wie z.B. Tetrachlorkohlenstoff, können ebenfalls Trockenmittellösungen, wie z.B.
Chlorcalciumlösungen, Phosphorsäurelösungen usw., verwendet werden, wenn deren spezifisches
Gewicht kleiner ist als dasjenige der suspendierenden Hauptkomponente (Tetrachlorkohlenstoff).
Die Trockenmittellösungen läßt man in diesem Fall fein verteilt über Verteilungseinrichtung
23 (s. Fig. 3) von unten nach oben durch die bei 19 zugeführte langsam absinkende
Suspension 18, z. 13. Tetrachlorkohlenstoff mit Wasser, aufsteigen. Der wasserfreie
Tetrachlorkohlenstoff wird unten bei 21 abgezogen. Das verdünnte Lösungsmittel wird
zusammen mit dem aufgenommenen Wasser oben bei 20 abgeführt.
-
Die Behälterquerschnitte werden entsprechend der Menge und den physikalischen
Eigenschaften der überschüssigen flüssigen Medien bemessen. Dabei wird erfindungsgemäß
der Grundsatz gewahrt, daß die Geschwindigkeit der Suspension geringer sein muß
als die Absitzgeschwindigkeit der gebildeten Teilchen (mittlerer Größe) der unterschüssigen
Komponente. Dieser Grundsatz bietet gleichzeitig die Gewähr für eine weitgehende
Trennung der Suspension. Ferner wird man die Querschnitte und auch die Höhen der
Behälter nach der Art der Suspension bemessen, die z. B. in Form von Emulsionen
außerordentlich schwer zu trennen sind und infolgedessen größere Querschnitte und
größere Steighöhen erfordern.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise besteht vor allen
Dingen in einer wesentlich wirksameren Trennung der Suspension gegenüber der Trennung
in flachen Behältern. Bei gleichem Trenneffekt kann eine höhere Durchsatzleistung
und bessere Ausnutzung der Einrichtung und des in Anspruch genommenen Platzes für
die Aufstellung der Behälter erreicht werden. Der wirtschaftliche Vorteil ist somit
eine Verbilligung des gesamten Verfahrens.