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Publication number: DEST006578MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 15. Juni 1953 Bekanntgemacht am 1. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist seit einiger Zeit bekannt, daß man Flüssigkeitsgemische in zwei oder mehr ungleiche Fraktionen trennen kann, indem man einen dünnen Film des betreffenden Flüssigkeitsgemisches einem Temperaturgefalle aussetzt. Die Spaltweiten bei Säulen zur Thermodiffusion von Flüssigkeiten sind außerordentlich klein, d. h. kleiner als etwa 0,38 cm und vorzugsweise nicht größer als 0,15 cm. Es besteht Grund zur Annahme, daß das Abziehen ungleicher Fraktionen eines Flüssigkeitsgemisches aus einer Thermodiffusionssäule eine Durchwirbelung verursacht, so daß eine beträchtliche Wiedervermischung der in dem Spalt getrennten Fraktionen unmittelbar vor deren Ablauf herbeigeführt wird. Hieraus ergibt sich im Endeffekt, daß der erreichbare endgültige Trennungsgrad schlechter ist, als der tatsächlich innerhalb des Spaltes erhaltene, d. h. der Wirkungsgrad beim Abziehen entspricht nicht dem Wirkungsgrad der Trennung durch Thermodiffusion.

Die vorliegende Vorrichtung ist insbesondere dazu bestimmt, diesen Wirkungsgrad zu verbessern. Sie besteht im wesentlichen in einer verbesserten Form der Ablaufeinrichtung. Diese um-

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faßt einen langgestreckten porösen Abschnitt in der Fläche einer der den Spalt bildenden Wände, dessen Längsachse quer zur Richtung des Flüssigkeitsstromes im Innern des Spaltes verläuft, sowie einen sich bis zur Außenseite der Vorrichtung erstreckenden Flüssigkeitsdurchlaß, dessen einer Teil mit dem porösen Abschnitt gleichlaufend und an diesen an-

, grenzend angeordnet ist.

Der poröse Abschnitt ist ein Bestandteil einer

ίο der Wände und kann so gestaltet sein, daß in der Fläche einer der den Thermodiffusionsspalt bildenden Wände eine langgestreckte Rinne vorgesehen ist, in welcher ein Längsstreifen aus porösem, inertem Material derart angebracht ist, daß eine Fläche des

t5 Längsstreifens im wesentlichen mit der Wandfläche in einer Ebene liegt.

Material und Struktur des Längsstreifens können beliebig sein, soweit sie die Fähigkeit besitzen, den hindurchfließenden Flüssigkeitsstrom im wesent-

ao liehen einheitlich über die ganze Ausdehnung des Streifens zu verteilen. So kann zum Beispiel ein Streifen au/s Sintermetall oder porösem, keramischem Material, z. B. Porzellan, verwendet werden, oder der Streifen kann von zusammengesetzter Struktur sein, d. h. er kann z. B. an seinen Außenflächen aus feinkörnigem, siebartigem Material bestehen, das faseriges Material, Ton oder ähnliches, . im Innern umschließt.

Zwecks Erzielung einer besseren, im wesentliehen einheitlichen Verteilung des Flüssigkeitsstromes durch den porösen Abschnitt bzw. Streifen werden sowohl der im wesentlichen damit gleichlaufende und daran anschließende Durchlaßteil, wie der Durchlaßteil, der zur Außenseite der Vorrichtung führt, in bezug auf ihre Volumenabmessungen genügend groß im Verhältnis zu der volumenmäßigen Durchflußkapazität des porösen Streifens gehalten, wodurch ein im wesentlichen einheitlicher Durchfluß durch sämtliche Poren sichergestellt wird. Jedoch sollen die erwähnten Volumenabmessungen nicht so groß sein, da⁽ß hierdurch das Abströmen von ungetrenntem Flüssigkeitsgemisch, mit welchem der Durchlaß zu Anfang des Thermodiffusionsprozesses angefüllt ist, aus dem Durchlaß unangemessen verzögert wird, oder daß während des kontinuierlichen Arbeitens mehr als nötig von der abgetrennten Fraktion darin zurückgehalten wird. Der Durchlaß, insbesondere dessen an den porösen Abschnitt anschließender Teil, kann zur Unter-So Stützung eines gleichmäßigen Abziehens verjüngt sein, insbesondere wenn seine Volumenabmessungen verhältnismäßig klein sind.

Die Ablaufeinrichtungen sind in Apparaturen zur Thermodiffusion angebracht, bei welchen der Spalt entweder waagerecht oder senkrecht liegt. Bei waagerechten Spalten findet die Zufuhr der Flüssigkeit gewöhnlich an einem Ende statt, und in diesem Fall ist mindestens eine Ablauföffnung am anderen Ende vorgesehen. Bei senkrechten Spalten kann die Zufuhr an einem der Enden stattfinden, wobei dann mindestens eine Ablauföffnung am anderen Ende vorgesehen ist. Bei senkrechten Spalten kann jedoch die Zufuhr auch zwischen beiden Enden, beispielsweise in der Nähe der Mitte, erfolgen, wobei dann " die Ablauföffnungen an beiden Enden vorgesehen sind.

Zur näheren Erläuterung der Vorrichtung nach der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin bedeutet

Fig. ι einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Thermodiffusion von Flüssigkeiten. mit zwei Ablaufeinrichtungen,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. ι und

Fig. 3 ein Diagramm, aus welchem die hervorragende Wirksamkeit der Ablauföffnungen nach der Erfindung im Vergleich mit der einer Ablauföffnung in Gestalt einer einfachen Rinne hervorgeht.

Die Fig. ι und 2 sind schema'tische Darstellungen einer Vorrichtung zur Thermodiffusion von Flüssigkeiten mit zwei Ablaufeinrichtungen, wobei die sich gegenüberliegenden Wände 10 und 11 mit ihren Wändinnenflächen 12 und 14 im wesentlichen parallel, für Flüssigkeiten undurchlässig und stationär angeordnet sind. Die Wandflächen 12 und 14 haben untereinander einen Abstand von weniger als etwa 0,38 cm, vorzugsweise von nicht mehr als 0,15 cm und insbesondere von etwa 0,025 bis etwa 0,09 cm, und sind mittels einer oder mehrerer Dichtungen 16 so voneinander getrennt, daß sie einen engen Spalt 17 bilden. Die Wände 10 und 11 können durch irgendwelche geeigneten Einrichtungen, wie durch in der Nähe der Kanten angebrachte, die Wände sowohl wie die Dichtungen durchdringende Bolzen, getrennt sein und können durch geeignete Einrichtungen, wie beispielsweise durch eine gewundene Leitung 18 zur Zirkulation von Flüssigkeit bzw. Gas, auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen Einlaß mit einer langgestreckten Rinne 19 in der Fläche 12 der Wand 10 und einem Durchlaß 20 auf, durch welchen das Flüssigkeitsgemisch von außerhalb der Vorrichtung durch geeignete Mittel dem Schlitz 17 über die Rinne 19 zugeleitet werden kann.

.Bei der als Beispiel dargestellten Vorrichtung sind an dem dem Einlaß 19, 20 abgewandten Ende des Spaltes 17 zwei Ablaufeinrichtungen, eine in der Wand 10, die andere in der Wand 11, vorgesehen. Die Ablaufeinrichtung in Wand 10 besteht beispielsweise aus einer langgestreckten Rinne in der Fläche 12 und einem in der Rinne befestigten Längsstreifen 21 aus porösem Material. Die Fläche 22 des Streifens 21 liegt im wesentlichen mit der Wandfläche 12 in einer Ebene. Nahe unterhalb und im wesentlichen gleichlaufend mit dem Streifen 21 ist ein. langgestreckter Flüssigkeitsausgleichteil 24 eines Flüssigkeitsdurchlasses angeordnet, der mit : einem sich zur Außenseite der Wand 10 erstreckenden Durchlaßteil 26 in Verbindung steht.

Mit einer Vorrichtung mit senkrecht stehendem Spalt, die im wesentlichen der in Fig. 1 und 2 dargestellten entsprach und bei welcher die Spaltweite 0,09 cm und die wirksame Länge und Breite 25,4 cm betrug, wurden Reihenversuche angestellt. Die eine

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Wand wurde auf 132⁰, die andere auf 21° gehalten. Bei einer Versuchsreihe waren die beiden Abzugseinrichtungen entsprechend der Zeichnung konstruiert, wobei der Streifen 21 aus porösem Sintermetall bestand.

In einer Reihe von Vergleichsversuchen unter sonst gleichen Bedingungen wurden an Stelle der in Fig. ι und 2 dargestellten Ablaufeinrichtuingen Rinnen angebracht, die bei einer Tiefe von 0,32 cm und einer Weite zwischen 0,32 und 0,48 cm durch ebenso groß bemessene Bohrungen in ihrem Boden mit einem dem Durchlaß 26 der dargestellten Vorrichtung entsprechenden, jedoch sich über die ganze ■ Länge der Rinne erstreckenden Durchlaß versehen waren.

Bei jedem der Versuche wurde eine Mischung aus gleichen Anteilen Cetan und Methylnaphthalin über die Einlaßöffnung 19, 20 mit verschiedenen Zuflußgeschwindigkeiten in die Säule aufgegeben, und daraus die der heißen bzw. der kalten Wand benachbarten Fraktionen zu gleichen Teilen durch die sich gegenüberliegenden Abzugseinrichtungen entnommen. Zwecks Bestimmung des bei dem jeweiligen Versuch erhaltenen Trennungsgrades wurde die Refraktionsindices der beiden Fraktionen bei 25⁰ bestimmt, wobei die Differenz zwischen dem Refraktionsindex des von der heißen Wand stammenden Produktes und dem des über die kalte Wand abgenommenen angibt, bis zu welchem Grad die Trennung stattgefunden hat.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in dem Diagramm Fig. 3 aufgeführt, worin die Kurve A den Trennungsgrad darstellt, ausgedrückt in den Differenzen zwischen den Refraktionsindices der Produkte von der heißen und von der kalten Wand, wie sie aus der mit Ablaufeinrichtungen nach der Erfindung versehenen Thermodiffusionssäule zu gleichen Teilen erhalten wurden. Die Kurve B zeigt den entsprechend ausgedrückten Trennungsgrad, wie er unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch mit einer Ablaufeinrichtung mit einfacher Rinne beim Vergleichsversuch erhalten wurde. Die Kurven lassen erkennen, daß der Trennungsgrad bei Anwendung der ■ Ablaufeinrichtung nach der Erfindung rasch ansteigt, wenn die Zufuhrmenge auf etwa ι l/Stunde erhöht wird, und daß er bei höheren Zufuhrmengen praktisch gleichbleibt, während beim Vergleichsversuch mit einfacher Abzugsrinne der Trennungsgrad bei Zufuhrmengen von etwa ι bis 6 1/Stiunde weniger als ein Fünftel so groß ist.

Der Trennungsgrad, wie er im Innern eines Thermodiffusionsspaltes erreicht wird, ist für das jeweils gegebene Flüssigkeitsgemisch durch Bedingungen wie Temperaturgefälle, Spaltweite, Wandflächengebiet und Verbleibzeit der Flüssigkeit bestimmt, die in den Vergleichsversuchen sämtlich gleich gewählt wurden. Es ist daher ersichtlich, daß die bei den Versuchen erzielten Ergebnisse maßgebend sind für die große Überlegenheit der Ablaufeinrichtungen nach der Erfindung über die Ablaufeinrichtungen mit einfacher Rinne. Die Ablaufeinrichtungen nach der Einrichtung ermöglichen eine physikalische Trennung der der heißen Wand innerhalb des Thermodiffusionsspaltes einerseits und der kalten andererseits benachbarten konzentrierten Fraktionen mit weit größerem Wirkungsgrad, als dies bisher möglich war.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Vorrichtung zur Thermodiffusion von Flüssigkeiten in Gestalt von zwei flüssigkeitsdichten Wänden, deren in im wesentlichen gleichbleibendem Abstand angeordnete Innenflächen einen Thermodiffusionsspalt frei lassen und einen oder mehrere Flüssigkeitsdurchlässe in der Fläche einer oder beider Wände aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsablauföffnungen einen porösen Abschnitt enthalten, der in eine Bohrung (26) durch die Wand nach außen mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsablauföffnungen als aus der Wand (10, 11) nahe dem Spaltende ausgesparte, quier zur Strömungsrichtung verlaufende Rinnen (24) ausgestaltet sind, die durch einen in die Wand eingelassenen porösen Längsstreifen (21) permeabel überdeckt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen