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Verfahren zur Trennung von Gemischen. fester Teilchen unterschiedlicher
Porosität Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Gemischen fester
Teilchen unterschiedlicher Porosität und gleicher oder praktisch gleicher wirklicher
Dichte in Fraktionen unterschiedlicher scheinbarer Dichte. Man kann das Verfahren
insbesondere zur Auftrennung von Gemischen feiner Katalysatorteilchen, z. B. von
Katalysatoren, die bei katalytischen Krack-Verfahren verwendet werden, in Fraktionen
anwenden, die aus mehr und aus weniger aktiven Teilchen bestehen.
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Verschiedene Verfahren zum Erzielen ' solcher Auftrennungen sind schon
bekannt, wobei diese Verfahren immer auf dem Unterschied des scheinbaren spezifischen
Gewichts der zu- trennenden Teilchen beruhen. So hat man z. B. schon vorgeschlagen,
aktive und nichtaktive Katalysatorteilchen, von denen die erstgenannten eine größere
Porosität aufweisen, voneinander zu trennen, indem man das Gemisch der Katalysato!rteilchen
in eine schwere Flüssigkeit bringt, deren spezifisches Gewicht zwischen dem scheinbaren
spezifischen Gewicht der aktiven und dem der nichtaktiven Katalysatorteilchen liegt,
so daß die Teilchen mit niedrigerer scheinbarer Dichte schwimmen und die mit höherer
scheinbarer Dichte absinken.
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Man hat auch bezeits versucht, poröse Teilchen nach den verschieden
großen Porendurchmessern zu trennen, indem man den unterschiedlichen Kapillareffekt
ausnutzen
wollte. Auch hat man die Teilchen mit einer Flüssigkeit getränkt, die bei der Flotation
nicht herausgewaschen wird. Die dabei erzielten Unterschiede im scheinbaren spezifischen
Gewicht wurden dann zur Trennung ausgenutzt. Es ist auch bekannt, die Poren der
Teilchen mit einer Flüssigkeit, die sich mit der Flotationsflüssigkeit nicht mischt,
zu schließen. Die Kapillaren der Teilchen bleiben hierbei mit Luft gefüllt. Dadurch
bildet jedes Partikelchen ein für sich abgeschlossenes System mit unterschiedlichem,
scheinbarem spezifischem Gewicht. Dieses bekannte Verfahren weist aber den Nachteil
auf, daß die porösen Teilchen zunächst in einer Arbeitsstufe mit der zur Abdichtung
der Poren dienenden Flüssigkeit behandelt werden müssen, um dann nach der Durchführung
der Trennung in der Flotationsstufe in einem weiteren Arbeitsgang von dieser Flüssigkeit
gereinigt zu werden.
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Das neue Verfahren besteht dagegen erfindungsgemäß darin, daß die
Teilchen nur so lange mit der Flotationsflüssigkeit in Berührung gebracht werden,
daß die Flüssigkeit nicht in die Poren eindringen kann, aber zur Trennung nach dem
spezifischen Gewicht ausreicht, wobei die Trennung in einem Zyklonabscheider vorgenommen
wird. Das Verschließen der Poren der Teilehen und die Abtrennung erfolgt also in
der gleichen Flüssigkeit.
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Die Dichte des flüssigen Trennmittels liegt während der Auftrennung
zwischen den Scheindichten der zu trennenden porösen Teilchen, die mit einem Gas
oder einem Gasgemisch angefüllt sind und während der Auftrennung vollständig oder
beinahe vollständig gefüllt bleiben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache kontinuierliche
Trennung von Teilchen verschiedener scheinbarer Dichte.
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Um ein unerwünschtes Eindringen der Flüssigkeit in die Poren der zu
trennenden Teilchen zu verhindern und dadurch eine Sättigung dieser Poren mit einem
Gas oder Gasgemisch sicherzustellen, sollte die Berührungszeit der Teilchen mit
der Trennflüssigkeit während der Auftrennung sehr kurz sein. Zu diesem Zweck wird
die Trennung in einem Zyklon durchgeführt, wobei man die zu trennenden festen Teilchen
tangential mittels Luft oder einem anderen gasförmigen Medium und das flüssige Trennmedium
ebenfalls tangential einführt. Die aufzutrennenden festen Teilchen und das flüssige
Medium können separat durch getrennte tangentiale Zuführungen eingeleitet werden.
Man kann auch eine gemeinsame tangentiale Zufuhr anhvenden, die so angeordnet ist,
daß eine Berührung der festen Teilchen mit dem flüssigen Trennmedium erst kurz vor
der Stelle stattfindet, bei der das Gemisch in die Drehkammer des Zyklons eingeleitet
wird.
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Der zur Trennung verwendete Zyklon hat so geringe Ausmaße, daß die
Berührungszeit der zu trennenden Teilchen mit dem flüssigen Trennmedium während
und gegebenenfalls vor der Trennung beträchtlich kürzer ist, als die Zeit zur Sättigung
der Poren der Teilchen mit der kontinuierlichen Phase beträgt. Um optimale Ergebnisse
zu erzielen, kann diese Berührungszeit beträchtlich variieren, je nach der Art und
der Struktur der zu trennenden festen Teilchen und der Art des flüssigen Trennmediums.
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Wenn pulverförmige Katalysatoren, z_. B. fließbare Katalysatoren für
das katalytische Krack-Verfahren, inaktivere und weniger aktive Fraktionen aufgeteilt
werden sollen, soll die Berührungszeit der Katalysatorteilchen mit dem flüssigen
Medium im allgemeinen weniger als o,i Sekunden, z. B. o,o5 Sekunden oder sogar noch
weniger, betragen, da bei längerer Berührungszeit das Gas in den Poren der Katalysatorteilchen
vollständig oder zum großen Teil durch Eindringen der Flüssigkeit ausgestoßen wird.
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Ein Multizyklon, d. h. eine Vorrichtung, die aus einer zu einer Einheit
zusammengestellten Serie von Zyklonen besteht, erwies sich als besonders geeignet
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in technischem Maßstab. Ein derartiges
Multizyklon hat den Vorteil eines großen Fassungsvermögens, während die Ausmaße
der einzelnen Zyklone, aus denen es zusammengesetzt ist, nichtsdestoweniger so klein
gehalten werden können, wie es die kurze Berührungszeit erfordert.
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Jede schwere Flüssigkeit, wie z. B. halogenierte Kohlenwasserstoffe,
wie Tetrachlorkohlenstoff, Dibromäthylen oder Gemische derselben, die gegenüber
den zu trennenden porösen Teilchen inert ist und sie nicht auflöst, kann als Flüssiges
Trennmedium von einem spezifischen Gewicht, das während der Trennung zwischen den
scheinbaren spezifischen Gewichten der zu trennenden porösen Teilchen liegt, verwendet
werden. Es wurde festgestellt, daß man zu diesem Zwecke Suspensionen verwenden kann,
deren suspendierte feste Teilchen so kleine Ausmaße besitzen, daß sich die Suspension
bezüglich der zu trennenden festen Teilchen im wesentlichen wie eine homogene Flüssigkeit
verhält. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, sollte das Produkt d2 d s der
kleinsten zu trennenden Stoffteilchen größer sein als d2 4 g der größten Suspensionsteilchen,
wobei d der Durchmesser der fraglichen Teilchen und d g der Unterschied der Dichten
zwischen den fraglichen Teilen und der kontinuierlichen Phase der Süspens.ion ist.
Beispiele für derartige Trennsuspensionen sind z. B. wäßrige Suspensionen von Baryt,
Bleisulfid, Eisenoxyd oder ähnlichen Stoffen mit einem spezifischen Gewicht von
vorzugsweise mehr als 2.
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Das gasförmige Medium, mit dem die Poren der festen zu trennenden
Teilchen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig oder nahezu vollständig
während der Auftrennung gefüllt bleiben sollen und das zweckmäßigerweise dasselbe
ist wie das mittels welchem die Teilchen in das Zyklon eingeführt werden, kann jedes
Gas oder jedes Gasgemisch sein, das bezüglich der festen Teilchen und des flüssigen
Trennmediums inert ist. In den meisten Fällen wird man Luft für diesen Zweck verwenden,
aber wenn erforderlich, können statt dessen andere Gase, wie z. B. Stickstoff, Kohlendioxyd,
Kohlenmonoxyd, Wasserstoff oder Methan; ebenfalls
verwendet werden.
Im allgemeinen genügt es, bei dem gasförmigen Medium mäßigen Überdruck, z. B. i
bis 5 at, anzuwenden, mit dem die festen Teilchen in den Zyklon eingeführt werden,
aber gegebenenfalls kann man sogar höhere Drücke anwenden.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Poren der zu trennenden
Teilchen während der Trennung mit Gas gefüllt bleiben, wird.der Unterschied in der
scheinbaren Dichte der Teilchen kaum vermindert und bleibt beträchtlich größer,
als -wenn die kontinuierliche Phase in die Poren eindringen kann. Infolgedessen
ist das Trennverfahren stärker selektiv, .so daß eine schärfere Auftrennung erzielt
-wird, was sich im Fall der Trennung von Katalysatorteilchen durch die Tatsache
erweist, daß die abgetrennten aktiven Teilchen eine größere Aktivität zeigen als
diejenigen, die man dann erhält, wenn die Poren der Katalysatorteilchen während
der Trennung nicht mit Gas gefüllt bleiben. Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren das spezifische Gewicht der Trennflüssigkeit oder Suspension niedriger
sein, was oft von Wirtschaftlichem Vorteil ist.
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Obwohl das vorliegende Verfahren in erster Linie für die Trennung
von Gemischen feiner Katalysatorteilchen in eine aktive und eine weniger aktive
Fraktion von Bedeutung ist, ist es nicht darauf beschränkt. Man kann es ebenso erfolgreich
zur Trennung anderer poröser Stoffe in Fraktionen mit unterschiedlicher scheinbarer
Dichte verwenden, wie z. B. von Adsorptionsmitteln oder Ionenaustauschern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und der mit ihm erzielte technische
Effekt wird nachstehend durch folgende Beispiele erläutert, die sich auf die Fraktionierung
eines sogenannten Gleichgewichts Krack-Katalysators beziehen, der aus einem Gemisch
von aktiven und weniger aktiven Teilchen besteht. Diesen Gleichgewichtskatalysator
erhält man aus dem Regenerator einer Krack-Vorrichtung für katalytisches Kracken
mit einem fließbaren Katalysator unter Verwendung eines synthetischen Siliciumoxyd-Aluminiumoxyd-Katalysators.
Beispiel i Ein Gemisch der Teilchen des Krack-Katalysators, dessen Teilchengröße
3o bis i5o #t betrug, wurde tangential mit Luft bei einem Druck von 5 at in ein
Zyklon eingeführt, wobei gleichzeitig, aber getrennt eine wäßrige Barytsuspension
mit einer Teilchengröße von weniger als 7 [, tangential in das Zyklon eingeführt
wurde.
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Um die günstige Wirkung der Luft in den Poren zu zeigen, wurde die
Berührungszeit der Katalysatorteilche:n und der Luft mit der Barytsuspension im
Zyklon dadurch variiert, daß man die Maße des Zyklons veränderte.
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Wenn die Berührungszeit 1/8 Sekunde oder länger betrug, zeigte sich
praktisch, daß die gesamte Luft aus den Poren verdrängt war, wobei das spezifische
Gewicht der Trennsuspension, die erforderlich war, um 5o Gewichtsprozent des Katalysators
als aktive Fraktion abzutrennen, ein spezifisches Gewicht von 1,66 hatte.
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Wenn man jedoch gemäß der Erfindung die Berührungszeit im Zyklon so
verminderte, daß die Luft während des Trennvorganges in den Poren blieb, für welchen
Zweck die Berührungszeit auf weniger also, i Sekunden verringert werden mußte, konnte
man ein niedrigeres spezifisches Gewicht für die Barytsuspension wählen, um eine
Abtrennung von 5o Gewichtsprozent, wie dies in der folgenden Tabelle gezeigt wird,
zu erreichen.
| Ausmaße des Zyklons Erforderliches |
| Berührungszeit spezifisches |
| in Sekunden m cm Gewicht der |
| Durchmesser I Länge Trennsuspension |
| 1/a 3 15 1,66 |
| 0,04 1 6 1,61 |
| 0,02 1 3 1,54 |
Die bezüglich der Aktivität erzielte Verbesserung bei Verwendung kurzer Berührungszeiten
im Zyklon (0,o4 bzw. o,o2 Sekunden)- war 3o bis 40 °/o größer als bei einer Berührungszeit
von 1/a Sekunden.
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Beispiel e Das gleiche Katalysatorgemisch wie im Beispiel i wurde
in einer ähnlichenVersuchsreihe wie im Beispiel i in Fraktionen. aufgeteilt,' mit
dem Unterschied jedoch, daß an Stelle einer Barytsuspension ein Gemisch von Tetrachlorkohlenstoff
und Äthylendibromid als Trennmedium angewendet wurde und 6o Gewichtsprozent des
Katalysators als äktive Fraktion abgetrennt wurden. In diesem Fall -war das erforderliche
spezifische Gewicht des Trennmediums, -wenn die Versuche mit kurzer Berührungszeit
in dem Zyklon (0,04 bzw. o,o2 Sekunden) durchgeführt wurden und die Luft in den
Poren blieb, niedriger, als wenn die Berührungszeit im Zyklon so lang -war, daß
die Luft während der Auftrennung aus den Poren verdrängt wurde. Dies wird in der
folgenden Tabelle gezeigt:
| Berührungszeit in Sekunden Erforderliches spezifisches |
| Gewicht des Trennmediums |
| 2,00 |
| 0,04 1,88 |
| 0,02 1,70 |