HU197994B

HU197994B - Process and apparatus for material-transport between three liquide phases

Info

Publication number: HU197994B
Application number: HU824081A
Authority: HU
Inventors: Ljubomir A Bojadjiev
Original assignee: Edinen Zentar Chim
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1982-12-17
Publication date: 1989-07-28
Also published as: JPS58128106A; FR2518420B1; GB2111849A; CH652049A5; JPH0240361B2; DE3246662C2; GB2111849B; DE3246662A1; BG35207A1; CS248037B2; US4551252A; FR2518420A1

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés három folyékony fázis között történő anyagátvitelre. A találmány szerinti eljárás, illetve berendezés a nedveskohászat (hidromctallurgia) a galvanotechnika, a szennyvízkezelés területén, továbbá a vegyiparban, gyógyszeriparban, élelmiszeriparban és a biotechnikában alkalmazható anyagok kinyerésére oldataikból.

Három folyadék közötti anyagátvitelre ismert olyan eljárás, amelynek során az egyik fázist (az R-fázist) finoman diszpergálják a közbenső fázisban (az S-fázisban) stabil mikroemulzióvá. A kezelendő harmadik fázist (F-fázist) az emulzióval érintkeztetik (Li. N.N.AICHEJ 1971, 17,459, Kitagawa T.Y., Nishakawa, J., Frankenfeld N.N., Envir. Sci. and Techn. 11, 602, 1977, Byoadzhiev L., Proceed, Intern. Congr. CHISA ’81, Praha 1981). Az eljárás hátránya, hogy az emulzió stabilizálására emulgeálószert kell használni. Emellett két többletmú'velete is van az eljárásnak: a mikroemulzló képzése, majd (a tulajdonképpeni elválasztási művelet után) bontása. A két egymással elegyedő fázis helyileg nem teljesen választható el egymástól, és a részleges elegyedés a kivonatolás hatásfokát rontja.

Ismert továbbá olyan eljárás (Boyadzhiev L., Proceed. Intern. Congr. CHISA *81, Praha 1981, Boyadzhiev L., Kynchonkov J., Membr. Sci. 6, 107 (1980/, Nekovar P., Cernohlavek, Proceed. CHISA *79, Mar. Lazne 1979), amelynek során a két fázist, azaz az átadó és az átvevő fázist folyamatosan érintkeztetik, azaz átvivő közegként működő fázissal. Az utóbbi a két másik fázis között kering porózus fallal két részre osztott kamrában, a porózus fal csak az átvivő fázist engedi át, míg a másik kettő egy-egy kamrarészben marad. A módszer hátránya, hogy a porózus fal tulajdonságai az idővel megváltoznak, a fal a kamrákban lévő folyadékok cseppjeit is kezdi átengedni. A módszer hátránya lényegében a már említett; a két egymással elegyedő fázis nincs kellően elválasztva egymástól, és parciális elegyedésük csökkenti az extrahálás hatásfokát.

Ismert végül olyan megoldás is (Boyadzhiev L., Proceed. Intern. Congr. CHISA ’81, Praha 1981, Cussler E.L., AICHEJ 17, 1300, Nakasio F., Kondo K.: Sep. Sci. and Techn. 15, 1171 /1980/), amelynél az átadó fázis és az átvevő fázis között a közvetítő fázissal átitatott polimermembrán vagy egyéb membrán helyezkedik el. A megoldás hátránya a kis átadási sebesség, amely az aktív érintkező felület viszonylag csekély voltára, valamint a pórusokban rögzített membránfolyadék alacsony anyagátviteli tényezőjére vezethető vissza.

Folyadék-folyadék diszperziók szétválasztásához olyan berendezés ismert (29 607 sz. bulgár szerzői tanúsítvány), amely egymást követően három elválasztó réteget tartalmaz, amelyek közül az első koaleszcens hatású, a második a habot bontja, és a harmadik a kinyert fázist elszállítja. A berendezés az oldott anyagokat csak részben nyeri ki a folyadékból, emelett a benne lezajló folyamatok nem ellenőrizhetők.

A találmány célja a felsorolt hátrányok megszüntetése.

A találmány feladata olyan eljárás és berendezés kifejlesztése, amellyel a három fázis közötti anyagátvitel a két vizes fázis összekeveredése nélkül, az anyagátvitel magas hatásfoka és az oldott anyagok hatékony kinyerése mellet megvalósítható.

A találmány szerint ezt a feladatot olyan eljárással oldottuk meg, amelynek során közvetítő fázisként (S-fázisként) a másik két fázissal nem elegyedő folyadékot alkalmazunk. A két egymással elegyedő fázist (F- és R-fázist) általuk nedvesíthető, függőleges, szilárd felületeken áramoltatjuk végig, és a felületek közötti teret kitöltő közvetítő fázist adott esetben kényszeráramoltatással tartjuk mozgásban.

A találmány szerinti eljárás megvalósítását szolgáló berendezésnek háza, és a házban sorban elrendezett több filmhordozója, továbbá a beérkező folyadékot szétterítő tárolódénye, valamint a kilépő oldatokat gyűjtő és elvezető rendszere van.

A függőleges filmhordozók egymással párhuzamosan vagy koncentrikusan helyezkednek el. A kezelendő F-fázis és a felvevő R-fázjs a gravitációs erő hatására folynak lefelé a szilárd filmhordozókon. A harmadik folyadék (a szerves S-fázis)az F- és R fázis áramló filmjei közötti teret tölti ki. A filmhordozók csak a két extraháló fázissal kerülnek érintkezésbe: a kívánt anyagot az oldatból extraháló F-fázissal, valamint az anyagait a közvetítő közegből kivonatoló R-fázissal.

E két vizes fázis szintjét egy-egy szintszabályozó túlfolyóval tartjuk a kívánt magasságon.

A találmány előnyei az alábbiak:

- a két egymással elegyedő fázis nem érintkezik egymással, ennél fogva nem is tud összekeveredni,

- a három mozgó fázis nagy érintkezési felülete miatt az anyagátvitel igen intenzív,

- a kivonatolás igen hatékony, az extrakejó hatásfoka a mozgó filmek áthaladási idejével, valamint a köz vetítő fázis áramlási sebességgel szabályozható,

A szokásosan extrahálószerként használt folyadékok mellett közvetítő fázisként egyéb oldószerek vagy semleges folyadékok alkalmazhatók, adott esetben az anyagátvitelt fokozó, nagy szelektivitású, kis mennyiségű adalékkal,

- a berendezés méretezése egyszerű, tekintettel arra, hogy a berendezés teljesítménye a filmhordozók számával és felületével egyenesen arányos.

A találmányt az alábbiakban kiviteli példa kapcsán közelebbről ismertetjük. A mellékelt rajz a berendezés vázlatos képét mutatja.

A három fázis közötti anyagátvitelt szolgáló berendezésnek 1 háza van, továbbá a házban váltakozó sorrendben egymást követően elrendezett 2 és 3 filmhordozói vannak. A filmköteg párhuzamos lapszerű felületekből áll, és a felületek hidrofil jellegűek vagy hidrofilezettek. Az egyes filnhordozókat távtartó elemek, például perforál 15 hálók választják el egymástól bizonyos távolságban, hogy a két elegyedő fázis (F és R) ne érintkezzenek egymással. A kötegen belül a filmhordozók az alábbiak szerint helyezkednek el: a kezelendő F-fázis filmhordozójaként működő lemezek mindegyike két olyan filmhordozó között van, amely a felvevő R-fázis filmhordozójaként szerepel, azaz minden páros számú lemez a kezelendő F-fázisé, minden páratlan számú lemez a felvevő R-fázisé.

A berendezés e főrésze felett a 4 és 5 tárolóedények helyezkednek el. A 4 tárolóedény 12 belépő csonkkal rendelkezik az F-fázis számára, amely a 4 tárolóedényből kilépve a filmhordozókon szétterül. A felvevő fázis szétterítését az 5 tárolóedény szolgálja, amelynek 11 belépő csonkja van.

A váltakozóan elrendezett filmhordozókból és távtartó elemekből álló tömb alatt a berendezés alsó tere

-2két 6, 7 gyűjtőkamrába van szétosztva. A 7 gyűjtőkamra a kezelt F-fázis gyűjtésére szolgál, 9 kilépő csonkja van. A másik 7 gyűjtőkamra a feldúsult felvevő R-fázis gyűjtésére szolgál, 10 kilépő csonkja van.

A harmadik fázis (S-fázis, az F- és R-fázissal nem elegyedik, és a készülék belső terét teljesen kitölti) cirkuláltatását 13 és 14 két csőcsatlakozó teszi lehetővé.

A szilárd filmhordozókat csak a két, egymással elegyedő fázis nedvesíti. A harmadik fázis (S-fázis) a két egymással elegyedő fázis között helyezkedik el áteresztő folyékony membránként, cirkuláltatása nem feltétlenül szükséges.

A berendezés az alábbiak szerint működik :

A kezelendő folyadék a 4 tárolóedénybe érkezik, amely a folyadékot minden második filmhordozóra tereli. A folyadék a gravitáció hatására a 2 filmhordozókon lefelé folyik, a 6 gyűjtőkamrában összegyűlik, majd a 9 kilépő csonkon keresztül távozik.

A felvevő fázis (R-fázis) hasonlóképpen az 5 tárolóedényből a 3 filmhordozókon át a 7 gyűjtőkamrába kerül, amelyből a 10 kilépő csonkon keresztül elvezethető. A szerves S-fázis az elválasztó 15 hálókkal egymástól elhatárolt függőleges filmhordozók közötti teret tölti ki. Szükség esetén az S-fázis a 8 szivattyú segítségével folyamatosan cirkuláltatható. A rajzon látható módon a filmhordozók alsó vége ferdén van lemetszetve oly módon, hogy a kezelt F-fázis filmhordozóinak ’ hegyes végei a 6 gyűjtőkamrába nyúlnak, míg a feldúsult R-fázis filmhordozóinak hegyes végei a 7 gyűjtőkamrába vezetnek. Ily módon a tisztított F-fázis és a feldúsult R-fázis külön-külön fogható fel.

1. példa

0,24 g/1 koncentrációjú vizes cinkszulfát-oldatot (F-fázis)két függőleges, sík alakú, hidrofil szalag mentén áramoltatunk 100 ml/óra térfogatsebességgel. Három másik szalagon (az egyik a két cinkszulfátos szalag között van, a másik kettő a két cinkszulfátos szalagot körülveszi) 10%-os vizes kénsav-oldat folyik lefelé 6 ml/óra térfogatsebességgel. A szalagok közötti tér hálóval van elválasztva, és dietil-hexil-foszfát 9-13 szénatomos paraffinokkal készített 2%-os oldatával (S-fázissal) van megtöltve. Amennyiben a szerves fázist nem cirkuláltatjuk, a kilépő oldat cinktartalma 0,023 g/1, míg a dúsított oldaté 3,5 g/1. Ha azonban a közvetítő fázist is mozgatjuk, a tisztított oldat cinktartalma 0,002 g/l-re csökken, míg a dúsított oldat Zn-koncentrációja 3,9 g/l-re emelkedik. Ez 89%-os, illetve 99,2%-os extrakciós hatásfoknak felel meg.

2. példa

Az 1. példa szerint járunk el, azzal az eltéréssel, hogy kezelendő oldatként 100 mg/1 fenolt tartalmazó vizet, átvevő fázisként pedig 4%-os vizes nátriuinhidroxid-oldatot vezetünk a berendezésbe. Közvetítő fázisként 13—19 szénatomos n-paraffinok adalék nélküli elegyét használjuk. A fenolmentesítés 90%-os, a dúsított oldat nátriumfenolátot tartalmaz 2 g/1 menynylségben.

3. példa

Az F-fázis számára három hidrofil vászoncsíkot, az R-fázis számára négy darab hidrofil pamutszövetet tartalmazó berendezésbe 0,2 g/1 rezet, 0,13 g/1 kobaltot és 0,130 g/1 magnéziumot tartalmazó oldatot vezetünk 350 ml/óra sebességgel. Felvevő fázisként (Rfázisként) 140 g/1 koncentrációjú vizes kénsav-oldatot használunk 5,5 ml/óra mennyiségben. A szerves fázis 1% komplexként (o-nonil-szalicil-aldoximet) tartalmaz és 0,4 cm/mp minimális sebességgel halad felfelé a berendezésben. A kilépő tisztított oldat 0,004 g/1 rezet, 0,130 g/1 magnéziumot és 0,129 g/1 kobaltot tartalmaz, a felvevő oldat réztartalma 12 g/1, míg magnéziumot csak nyomokban és kobaltot 0,001 g/l mennyiségben tartalmaz. Ebből látliató, hogy a szelektív réz-extrahálás 98%-os. A kívánt fémet tartalmazó tömény kénsavas oldat szennyező kísérőanyagoktól mentes.

4. példa

Kezelendő folyadékként (F-fázisként) 0,120 g/1 ólmot tartalmazó, enyhén savas (pH = 3,5) vizes oldatot, R-fázisként 2n vizes salétromsav-oldatot vezetünk a berendezésbe 40:1 térfogatarányban. Közvetítő fázisként oleinsav és linolsav 1:1 arányú elegyének 13 15 szénatomos N-paraffinokkal készített 5%-os oldatát alkalmazzuk. A kilépő R- és F-fázis térfogataránya szintén 40:1, ólomtartalmuk 0,24.10^-3 g/1, illetve 4,8 g/l. Az extrakció hatásfoka 99,8%.

5. példa

A berendezésbe egyidejűleg és folyamatosan F-fázisként 0,45 g/1 ammóniát tartalmazó vizes ammónia-oldatot táplálunk be 15:1 térfogatarányban. A közvetítő fázist 13—15 szénatomos n-paraffinok elegye képezi. A berendezésből kilépő F-fázis ammóniatartalma 0,04 g/1.

6. példa

F-fázisként 200 mg/1 rezet tartalmazó enyhén savas (pH = 5,2) vizes rézszulfát-oldatot, R-fázisként 2n vizes salétromsav-oldatot táplálunk a berendezésbe 40:1 térfogatarányba. A közvetítő fázis a 4. példa szerinti. A réz 99,5%-a átmegy a felvevő fázisba.

7. példa ^K

0,250 g/l kobaltot tartalmazó ipari szennyvizet és felvevő fázisként 8%-os vizes kénsav-oldatot táplálunk a berendezésbe 30:1 térfogatarányban. A közvetítő fázist dietil-hexil-foszforsav kerozinnal készített 2%os oldata képezi. A berendezésből kilépő kezelt víz kobalttartalma 0,005 g/l-nél kisebb, míg a kénsavas oldat több, mint 7 g/1 kobaltot tartalmaz.

8. példa

50. mg/1 kadmlumot tartalmazó, 6 pH-jú szennyvizet és 10%-os vizes kénsav-oldatot vezetünk a berendezésbe 18:1 térfogatarányban. A közvetítő fázis öszszetétele a 4. példában megadottnak felel meg. A kezelt szennyvíz kacmiumtartalma 0,1 mg/l-nél kisebb.

9. példa

0,1 g/1 koncentárciójú vizes benzoesav-oldatot és 20 g/l koncentrációjú nátriumhidroxid-oldatot vezetünk a berendezésbe 40:1 térfogatarányban. A közvetítő fázis kerozin.

10. példa mg/1 elemi jódot tartalmazó természetes vizes és 4%-os vizes nátriumhidroxid-oldatot vezetünk a berendezésbe 30:1 térfogatarányban. Követítő fázisként

-3197.994 hexánt alkalmazunk. A kilépő víz jódtartalma 1 midnél kisebb.

11. példa mg/1 mennyiségben bőrt tartalmazó savas forrásvizet és nátriumhidroxid oldatát tápláljuk a berendezésbe 40:1 térfogatarányban. Köveztítő fázisként dodecilalkohol oktánnal készített telített oldatát használjuk. A tisztított víz bórtartalma 12 ml/1. A bór ndtriumtetraborát alakjában az R-fázisban dúsul fel.

12. példa

Mintegy 5 g/1 salétromsavat tartalmazó savas vizet és 10%-os vizes nátriumhidroxid-oldatot vezetünk a berendezésbe 50:1 térfogatarányban. Közvetítő fázisként tributulfoszfát 13-15 szénatomos n-paraffinokkal készített 2%-os oldatát alkalmazzuk. A kilépő víz savtartalma 0,045 g/1.

13. példa

220 mg/1 mennyiségben hatvegyértékű krómot anion alakjában tartalmazó savas szennyvizet és 20%-os vizes nátriumhidroxid-oldatot vezetünk a berendezésbe 120:1 térfogatarányban. Közvetítő fázisként trioktilamin 13-15 szénatomos n-paraffinokkal készített 1%-os oldatéi alkalmazzuk. A tisztított víz krómtartalma 0.8.10'³ g/1, a feldúsított oldaté 26,3 g/1.

14. példa

0,015 g/1 rénium(VII)-et tartalmazó kénsavas oldatot és 2n vizes nátriumhidroxid-oldatot áramoltatunk a berendezésen keresztül 50:1 térfogatarányban. A közvetítő fázis a 12. példa szerinti. A rénium 98%-a átmegy az R-fázisba, a tisztított oldat réniumtartalma 0,3.10 ³ g/1.

15. példa

0,7 g/1 mennyiségben molibdént tartalmazó Ipari szennyvizet és 20%-os vizes nátriumhidroxid-oldatot áramoltatunk a berendezésen keresztül 50:1 térfogatarányban. Közvetítő fázisként trioktilamln kerozinnal készített 1%-os oldatát használjuk. A kilépő R-fázis 32 g/1 molibdént tartalmaz.

Ϊ 6. példa

Mintegy 0,5 g/1 koncentrációjú vizes szantonin-ki vonatot és 10%-os vizes nátriumhidroxid-oldatot táplálunk a berendezésbe 40:1 térfogatarányban. Közvetítő fázisként kloroform és dekán 1:5 arányú elegyét alkalmazzuk. A szantonin 92%-a dúsul fel a vizes fázisban nátriumsó alakjában.

Claims

15 1. Eljárás három folyékony fázis között történő an/agátvitelre a másik két fázissal nem elegyedő közvetítő fázis segítéségével, azzal jellemezve, hegy a két egymással elegyedő fázist általuk nedvesíthető, szilárd felületeken áramoltatjuk, és a felületek

2Q közötti teret kitöltő közvetítő fázist adott esetben kényszeráramoltatással mozgásban tartjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy gravitációsan áramoltatjuk a folyadékokat a nedvesíthető felületeken.

3. Berendezés három folyékony fázis között tör25 ténő anyagátvítelre a másik két fázissal nem elegyedő közvetítő fázis segítségével, azzal jellemezve, hogy házában (1) a kezelendő fázis fllmhordozói (2) és a felvevő fázis filmhordozói (3) váltakozó sorban helyezkednek el, és a filmhordozók felett tárolóedényék (4, 5) találhatók, és a kezelendő fázist széttert30 tő tárolóedény (4) az egyik sor filmhordozókkal (3) áll összeköttetésben, végül a berendezés alján két gyüjtőkamra (6, 7) helyezkedik el, és a kezelt fázis filmhordozóinak (2) végei az egyik gyűjtő kamrába (6), a feldúsult felvevő fázis filmhordozóinak (3) «β végei a másik gyűjtő kamrába (7) nyúlnak.

4. A 3, Igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a filmhordozók (2, 3) hálóval (15) vannak elválasztva egymástól.