WO2019154489A1 - Rotierendes gerät zur lösung und trennung von gemischen - Google Patents

Rotierendes gerät zur lösung und trennung von gemischen Download PDF

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WO2019154489A1
WO2019154489A1 PCT/EP2018/053064 EP2018053064W WO2019154489A1 WO 2019154489 A1 WO2019154489 A1 WO 2019154489A1 EP 2018053064 W EP2018053064 W EP 2018053064W WO 2019154489 A1 WO2019154489 A1 WO 2019154489A1
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separation
mixture
separation channel
channel
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PCT/EP2018/053064
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English (en)
French (fr)
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Ernst Schaltegger
Nikolaus Foidl
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Ferrum Ag
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    • C11B1/104—Production of fats or fatty oils from raw materials by extracting using super critical gases or vapours
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    • C13B10/00—Production of sugar juices
    • C13B10/08—Extraction of sugar from sugar beet with water
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B10/00—Production of sugar juices
    • C13B10/14—Production of sugar juices using extracting agents other than water, e.g. alcohol or salt solutions

Definitions

  • the invention relates to a rotatable separator according to the preamble of independent claim 1 and to a method for extracting a mixture according to the preamble of independent claim 14.
  • centrifuges in various embodiments are widely used and are used in a variety of fields. So come
  • discontinuous centrifuges such as peeler centrifuges
  • pusher centrifuges are advantageously used.
  • centrifuges can be aligned vertically or horizontally with respect to the gravitational field of the earth and can be very specific depending on the application.
  • a solid-liquid mixture, a suspension or a wet salt or salt mixture through an inlet pipe via a mixture distributor of a rapidly rotating drum, which is preferably designed as a filter, supplied so that due to the centrifugal forces acting the liquid Phase is excreted through the filter sieve, while inside the drum wall under the action of the very strong centrifugal field, which is generated by the rapid rotation of the drum, a solid cake is deposited.
  • Rotational frequency of the drum, the amount of mixture supplied per unit time or the drum diameter or the type of pusher centrifuge used also depend on the material to be dehumidified itself, the content of liquid and so on.
  • the known from the prior art pusher centrifuges are usually continuous filter centrifuges.
  • One-stage and multi-stage pusher centrifuges are known, the multi-stage pusher centrifuge from an outer
  • screening stage which is also designed as a screen drum consists.
  • screening stages can be concentric be arranged so that two, three and multi-stage pusher centrifuges are feasible, all screening stages are driven very quickly synchronously about a common axis of rotation.
  • a solid-liquid mixture to be separated passes in the operating state continuously through a fixed inlet pipe in a arranged in the innermost screening stage, also synchronously co-rotating, mixture distributor and is distributed evenly on the innermost screening stage over the entire screen circumference. Most of the liquid is already centrifuged off here and a solid cake is formed.
  • a single-stage pusher centrifuge does not include any further screening stages except the outer screening drum.
  • Pusher centrifuges in particular for highly abrasive products, such as e.g. Charcoal and rock phosphate known to be special
  • Wear protection measures such as wear-resistant sieves
  • Special designs for intensive washing processes and for carrying out special washing processes, for example countercurrent washing in nitrocellulose, are also known from the prior art.
  • Gas-tight versions of single-stage and multi-stage pusher centrifuges for operation under a protective gas atmosphere are also used.
  • the functioning of peeler centrifuges is described here using the example of horizontal peeler centrifuges.
  • the solid-liquid separation in horizontal peeler centrifuges is discontinuous in a sequence of specific process steps. According to the product characteristics, the individual process steps take a few minutes to several hours.
  • the washing liquid is uniformly over the wash tube on the
  • the residual layer in the horizontal peeler centrifuge is removed application-specifically after each batch or periodically. With gas pressure surges via nozzles outside the drum, the layer can be blown off via the discharge chute. If the process space is rendered inert, the nitrogen is blown off. In other, preferably smaller centrifuges, the solid can also be removed manually after stopping the centrifuge.
  • Centrifuges are particularly suitable for the washing of substances because they have a lower throughput rate as the pusher centrifuges.
  • a screw centrifuge basically consists of a rotor of the one
  • Full-barrel drum and a screw body mounted therein has. Both are running at a high speed, the worm a
  • the to be separated Mixture is supplied centrally via an inlet pipe and passes through holes in the worm body in the actual separation space. Due to the centrifugal field, a circular-cylindrical liquid space is formed in the separation space. Due to the density difference between the denser material and the less dense liquid, the solid deposits in the form of a solid cake on the inner wall of the drum. About the solid, the clarifying liquid flows into the channels formed by the screw blades and decanted into the liquid housing.
  • centrifuges are not only suitable for washing but also for extracting substances from mixtures. Extraction of substances such as active ingredients, flavors, vitamins, etc. from a mixture into a liquid phase by means of centrifugal force.
  • liquid-liquid extraction with decanter centrifuges two liquids which are insoluble in one another are mixed with the aim of transferring a solute from the starting liquid into the extraction liquid.
  • the solid-liquid the liquid is applied to the solid cake and the centrifugal force is carried out an optimal mass transfer from the carrier phase into the solvent phase.
  • the steam extraction works in principle as the steam washing only the valuable component is not the solid cake but the condensate. The procedure is only at
  • WO 96/33861 A1 describes a continuous extraction process and a corresponding extraction apparatus.
  • a substantially cylindrical reactor provided with inlets and outlets is provided for this purpose.
  • a screw press is provided, which conveys the raw material from the inlet under compression to the outlet of the reactor, at the same time the extraction fluid is introduced under pressure into the reactor. In this case, an oil or an extracted substance is obtained, from which subsequently the extraction fluid can be removed.
  • the RU2140824 features a disk-shaped centrifuge with internally spiral channels for cleaning mineral oils from contaminants.
  • the oil components are separated gravimetrically.
  • Extracting Extractants Caffeine from coffee beans, hop resins from hops, nicotine from tobacco, flavors and dyes and ingredients from a wide variety of spices, aromatic plants and natural products. With supercritical C02 but also the reverse process, the
  • Impregnate done.
  • a solid starting material is contacted with the impregnating material dissolved in the supercritical CO 2, whereby the impregnating material penetrates into all the pores of the starting material.
  • the supercritical CO 2 loses the solubility and the impregnant remains evenly distributed in the starting material.
  • a major disadvantage of the known devices for extraction and extraction processes is their constructive and procedurally very complicated structure and the complex implementation of the method, since often several reactors with complex pressure generators are necessary.
  • the devices for extraction and the need Extraction method pressure-tight supply device to a reactor and pressure-tight reactors.
  • the supercritical extraction is currently being carried out in two types of devices.
  • the solids to be extracted are washed in a pressure-resistant housing under high pressure for several hours with suitable solvents and thus achieved the separation of solid and liquid components.
  • PCT / AT 96/00083 and A 1551/99 describe continuous processes wherein solvents are injected to the solids to be extracted in a screw press, where then the extract solvent micelle is separated from the solids by sticks. While the batch process involves costly equipment and long residence times, continuous processes also have some disadvantages. At high pressures, the solvents along the
  • a rotatable separator for performing a Process for the extraction of a mixture, in particular a process for the supercritical extraction of a mixture, and a process for the extraction of a mixture, in particular a process for supercritical
  • a rotatable separator with a hollow shaft and a rotatable supporting body extending radially away from the hollow shaft are proposed.
  • the rotatable support body and the hollow shaft are rotatable about an axis.
  • the rotatable support body and the hollow shaft need not be rotatable about the same axis.
  • On the support body is a extending from the hollow shaft in a radial direction
  • This separation channel is fluidly connected to the hollow shaft in such a way that the separation channel in the
  • Separation channel is arranged a separation means, so that in the Separation channel feedable mixture on separation means in at least a first and a second component is separable, wherein a flow-connected to the separation channel discharge channel is provided such that on the separation means a predetermined amount of the first
  • Component from the separation channel in the discharge channel can be discharged.
  • the inventive rotatable separator is particularly suitable for supercritical extraction, as well as the fractionation of mixtures.
  • Centrifuge are. Both a centrifuge and the inventive rotatable separator comprise a separating agent. The essential
  • Centrifuge drum is arranged, that is by a sieve (separation means), which is arranged on the inner wall of the centrifuge drum (channel).
  • a sieve separation means
  • the mixture is introduced into the drum and by the rotation of the centrifuge, the mixture is separated only by centrifugal forces on the screen.
  • the separation of the mixture is carried out on the separating means (sieve) of the centrifuge consequently only by a purely radial force.
  • the separation of the mixture in the inventive rotatable separator takes place in channels which extend at least partially in a radial direction.
  • the mixture is introduced in the inventive rotatable separator of the hollow shaft (axial direction) in the radial channels.
  • both coriolis-like and centrifugal forces act on the mixture in the rotatable separator according to the invention.
  • a coriolis-like force is in this case a force to be understood, which deflects a moving body transversely to its direction of movement, when this force is described relative to a rotating frame and not exactly parallel to its axis of rotation.
  • a coriolis-like force is thus for Example the Corioslisk force.
  • the separation of the mixture is thus at the, in particular partially aligned in the circumferential direction
  • a coriolis-like force Fc is calculated from the angular velocity w of the motion system and the velocity v of the mixture relative to the motion system and mass m of the mixture:
  • the centrifugal force Fz is an inertial force, which in rotary and
  • Circular movements occurs and is directed radially from the axis of rotation to the outside. It depends on the mass m of the mixture of
  • Angular velocity of the rotating body and the radius r from:
  • the rotatable support body of the rotatable separator may have any desired thickness (in the axial direction), as on the rotatable
  • Support body as many channels in the circumferential direction, ie in a plane which extends in particular parallel to the plane of the support body, can be arranged.
  • a separation surface area of the
  • Separating agent to which the mixture is separable are controlled by the number of channels, whereas the separation surface of a centrifuge significantly depends on the thickness of the centrifuge. Consequently, with minimum thickness of the rotatable support body, any efficiency of separation can be achieved. By compared to the centrifuge, small thickness of the rotatable support body, a higher rotational speed is possible. Therefore, in the rotatable separator of the present invention, not only a higher rotation speed and hence separation efficiency than a centrifuge are possible, but the design is supercritical
  • Rotation speed of the supercritical state of the extraction fluids is easier to achieve.
  • the rotatable separator may be mounted vertically or horizontally or partially vertically and partially horizontally.
  • the rotatable stator may be mounted vertically or horizontally or partially vertically and partially horizontally.
  • a mixture is generally to be understood as meaning that the mixture consists of at least two substances, it being possible for the mixture to be a homogeneous or heterogeneous mixture, and for the substances to be solid, liquid or gaseous.
  • Mixture in particular the feedable mixture, may comprise a liquid phase and / or a solid phase, wherein the solid phase may in particular also be a colloidal liquid, and / or a gas phase.
  • the mixture which is under a rotary pressure may be the solid phase or colloidal liquid, and is also called solid cake in particular.
  • the mixture under the rotary pressure may also comprise portions of the gas phase, which are liquid due to the rotary pressure, or portions of the liquid phase.
  • a substantial proportion of the liquid phase may be separable from the mixture due to the rotational pressure.
  • extraction can also be understood as meaning fractionation and washing of a mixture or simply the
  • an extraction fluid is generally understood to mean a solvent which is in particular in gaseous and / or liquid and / or supercritical and / or vaporous state.
  • the rotatable support body of the rotatable separator and the hollow shaft may be rotatably connected to each other. So can the rotatable
  • Supporting body to be mounted on the hollow shaft, which is driven on one side by a suitable unit, for example by an electric motor.
  • the hollow shaft serves to process the substances and the solvents used through openings in the radially arranged channels
  • the pressures on the speed control can be set arbitrarily and continuously.
  • the rotatable support body may have any shape which is suitable for supporting the separation channels.
  • a round, oval or square support body is suitable.
  • Separation channels be supported on the support body, arranged in the support body or mounted in another suitable manner on the support body.
  • the rotatable support body of the rotatable separator can be designed as a rotatable hollow disk and the separation channel can be arranged in the rotatable hollow disk.
  • the rotatable separator consist of a rotatable hollow disk, in the interior of which the process substances can be passed through straight, curved or spiral channels, these channels being arranged in the radial direction in the disk.
  • the rotatable hollow disk of the rotatable separator can be formed by a first disk and a second disk, so that the separation channel is arranged between the first disk and the second disk.
  • the cavity of the disc in which so the
  • Separation channels, discharge channels and separation means are arranged, is formed by the first and second disc.
  • a disc separator may be arranged such that the first disc and the second disc are separable.
  • Discs in particular by pulsed separation of the discs, are removed from an opening of the separation channel.
  • the disc separator can be mounted on the hollow shaft and there to allow the separation of the discs and thus opening the opening of the separation channel for ejecting the mixture.
  • a feed channel can be arranged on the separation channel, so that an extraction fluid for extracting the mixture can be supplied to the separation channel via the feed channel.
  • Sectionally different substances are dissolved with different extraction fluids.
  • the delivery of the extraction fluid from the feed channel into the separation channel may be via a valve, via a porous feed or other suitable element.
  • Separation channel a plurality of feed channels, in particular an equal number of feed channels and separation means, and consequently also of discharge channels possess.
  • the separation channel, an extraction fluid or Various extraction fluids for extracting the mixture are supplied in such a way that the mixture is gradually extractable, in particular fractionally fractionable.
  • the separation channel can via the
  • extraction steps can be carried out supercritically because of the special device geometry and the resulting high rotational speed, extraction fluids such as
  • Carbon dioxide in the operating state, can be converted by the rotation, at least partially, in a supercritical state.
  • At least partially supercritical state means that the extraction fluid during the extraction of the mixture to 1 -99% is in the supercritical state, in particular at 10-90%, more preferably at 25-85%, in particular at 50-70%.
  • a rotatable separator in the separation channel, it is also possible to arrange a plurality of separation means, in particular a first separation means and a second separation means, so that a mixture can be fractionated in the operating state.
  • the fractionation does not necessarily have to be controlled by temperature or different extraction fluids.
  • different separation means in a separation channel the same effect can be achieved by using, for example, porous inserts of different pore size, so that first small substances are separated with a small pore size and larger substances are separated with a large pore size.
  • the relative size of a substance refers to the molecular geometry, in particular the molecular geometry of the substance in the extraction fluid or the interaction with the
  • the rotatable support body of the rotatable separator can be arranged next to one another on the rotatable support body in the rotational direction and / or in the axial direction.
  • a plurality of rotatable support body may be arranged on a hollow shaft.
  • only one layer of separation channels is mounted in the axial direction, since the thickness of the rotatable support body with separation channels thus remains low, so that a high rotational speed is made possible.
  • the invention can be arranged in such a way around the rotatable support body, so that in the operating state
  • the housing can also be designed so that solid and liquid components of the mixture can be collected separately through the housing.
  • the separate collection by the housing is made possible in particular because the solid components of the mixture can be ejected at an opening of the separation channel, wherein the extraction fluid with dissolved constituents via the discharge channels
  • a partition wall in particular a plurality of partitions, may be arranged in the housing of the rotatable support body, so that mixing of the components which can be thrown out of the opening of the separation duct in the operating state is prevented.
  • the separated or extracted liquid components may be conducted in separate channels, the discharge channels, to the edge of the rotating disk where they can be ejected.
  • the housing may be mounted around the rotatable support body such that the ejected liquid components can be collected, wherein the resulting expansion cooling can be accommodated via an attachable in the housing heat exchanger.
  • the separation channel of the rotatable separator may have various forms in practice.
  • the separation channel may be straight or spiral and / or bent and / or the separation channel may be angled.
  • the separation channel may be angled at an angle of 90 ° to 170 °, more preferably angled at an angle of 90 ° to 150 °, in particular be angled at an angle of 100 ° to 145 °.
  • the rotatable separator depending on
  • the separating means of the rotatable separator may be configured as a sieve and / or crowbars and / or a porous separation insert.
  • rods or porous inserts By means of rods or porous inserts
  • liquid components in the solids and dissolved components in the liquids can be separated. This is done as a function of the distance from the center of the rotatable hollow disk, under changing pressure and
  • porous separation inserts may also be applied as concentric rings, or as parts of concentric rings, on the sidewalls of the discs and / or oppositely.
  • the arrangement of the discharge channels is determined by arranging the separation means.
  • a separation channel may also comprise a plurality of separation means in a different order (as viewed from the hollow shaft), so that the size of the predeterminable distance or the predeterminable pore size, seen from the hollow shaft, towards the outside increases.
  • Porous separation inserts may be ceramics, in particular sintered ceramics, particularly preferably the porous ones
  • a separation means such as e.g. Depending on the direction of rotation on the action side of the Coriolis and centrifugal forces the separation of liquid components in the solids and dissolved
  • the collection housing on the discharge side of the solids can with a slowly rotating
  • Collect and discharge housing for example, with a
  • the porous side of the separation channels may change sides as soon as the specific gravity of the compressed extraction fluid, or mixtures of extraction fluids, and the extracted liquid components, from a certain point on the radius of the hollow disk, becomes higher than due to the increasing pressures that of the solids.
  • the distances in the rods or the pore sizes of the porous inserts should be smaller by a few orders of magnitude than the smallest
  • the mixture can be extracted supercritically or the method can comprise the following steps.
  • the mixture is introduced via the hollow shaft in a separation channel. Generating, with respect to an extraction fluid, at least partially supercritical conditions, by rotation of the rotatable support body. Subsequently, the mixture is extracted in the separation channel with the at least partially supercritical extraction fluid. The extract is separated via the separation means by rotation of the rotatable support body.
  • Supercritical CO2 extracts extraction substances from food or extracts unwanted extraction substances: caffeine from coffee beans, hop resins from hops, nicotine from tobacco, flavors and dyes and ingredients from a wide variety of spices, aromatic plants and natural products.
  • supercritical CO2 can also be the reverse Process, the impregnation, done.
  • a solid starting material is contacted with the impregnating material dissolved in supercritical CO2, whereby the impregnating substance penetrates into all the pores of the starting material.
  • carbon dioxide nitrogen, helium, nitric oxide, sulfur hexafluoride, alkanes formed from 1-20 carbon atoms, alkenes formed from 2-20 carbon atoms, alkynes formed from 2-20 carbon atoms, alcohols, ketones, ethers, esters, chlorinated and / or as supercritical extraction fluids. or fluorinated hydrocarbons, and mixtures thereof.
  • Processes also serve to make the separation of water and salts from seawater in the subcritical range, or to remove impurities from wastewater.
  • the thickening of liquids for example of juices or milk products, analogous to reverse osmosis, is just as possible as the drying of solids-containing liquids or water-containing solids, analogously to spray-drying or
  • HTC Hydrocarbon Conversion
  • a fundamental feature is, but not limited to, the inclusion of porous inserts or rods in the straight, curved, spiral or concentric channels which allow separation or extraction.
  • the rod rods or porous inserts are the carriers of catalysts, such as in the case of Flydrothermal conversion or the Fischer-Tropsch process.
  • the serve is the carrier of catalysts, such as in the case of Flydrothermal conversion or the Fischer-Tropsch process.
  • Vapor compression, condensation and evaporation of carbon dioxide in carbon dioxide based cooling systems Vapor compression, condensation and evaporation of carbon dioxide in carbon dioxide based cooling systems.
  • the methods can be a pre-circuit of a crushing and
  • corresponding devices may be pre-slotted to the rotatable separator, e.g. the pre-processed mixture / raw material from the
  • raw materials in particular oilseeds or other oil-containing substances
  • the solvent carbon dioxide in liquid form, ie supercritical form. This avoids that the quality of the products is impaired by high temperatures, so for example the protein quality of the product Oil cake.
  • the supercritical extraction of oils is particularly suitable to avoid temperature damage to oil cake, since a temperature of 31 ° C must not be exceeded.
  • the residual oil contents of oilseeds or other oil-containing substances, which are extracted supercritically with carbon dioxide, are below 5%, in particular between 1 and 2%, in particular below 1%.
  • 150-80 micrometers in particular 120 to 100 micrometers, especially soybean seeds comminuted to 100 micrometers, can be pumped in at a ratio of 0.6 liquid carbon dioxide to 1 solids, ie 600 kg carbon dioxide per 1000 kg comminuted soybean seed (the conditions can of course be adjusted arbitrarily).
  • the pressures increase rapidly as a function of disk speed, for example at 500 bar at a distance of 0.7 meters from the center of rotation at a speed of 5,000 rpm. In this area, a very rapid supercritical extraction of the ingredients takes place.
  • terpernoids, carotenoids and saponins can with supercritical CO2, with a erfindungsgenfflessen rotatable separator from
  • the supercritical extraction of proteins or protein components from protein-containing biomasses can be carried out in a rotatable separator according to the invention, the extraction temperature being below the denaturation limit of protein.
  • Sugar can also be produced by means of a rotatable separator according to the invention from biomass, in particular sugar beets, by means of supercritical
  • Carbon dioxide extraction can be obtained. In one
  • the sugar beets are finely chopped into the shaft of the rotatable separator and introduced in a mixing ratio of 0.6 liquid (supercritical) carbon dioxide to 1 solid in the
  • Extraction disc introduced. At 500 bar, the supercritical CO 2 easily diffuses through the beet pulp and extracts sugar, especially without extracting other inorganic or organic components. Furthermore, valuable metals can be leached out in the rotatable separator according to the invention by introducing finely ground minerals and adding sodium cyanide, potassium cyanide or thiourea under pressure. The supercritical or almost (in part) supercritical extraction with these solvents enormously accelerates the process, consumes significantly less of these leaching agents and finds in one
  • rotatable separator carbon dioxide can be used together with other, novel and harmless co-solvents, for example, deep eutectic solvents (DES) such as fulvic acid.
  • DES deep eutectic solvents
  • Such a method dispenses entirely with the conventional leaching means such as
  • Sodium cyanide, potassium cyanide or thiourea The pressures to be achieved depending on the speed are in the range of 50 to 700 bar, and preferably in the range of 100 to 500 bar.
  • seawater can be desalinated by pumping in prepurified seawater, the preferred mean osmotic pressure of 30 bar being reached after a brief radial discharge into the rotatable separator.
  • this inventive method is a semipermeable membrane as
  • the reverse osmosis is forced by applying a pressure above the osmotic pressure on the concentrate side.
  • Operating pressures on the semi-permeable membrane thus range from 60 to 200 bar in one-stage seawater desalination, and preferably in the range 90 to 150 bar.
  • Seawater desalination can also be used to clean polluted water.
  • a separator according to the invention can be used for thickening liquids, such as juices or milk products.
  • Semipermeable membranes are also used, as well as the necessary pressures to concentrate and thicken the starting materials.
  • Carbohydrate content may also be only 8 g / 100 g.
  • the operating pressures on the semipermeable membrane are thus in a relatively broad range, from 100 to 700 bar. As in conventional condensed milk production, milk is deprived of about 60% of the water content. It is not evaporation, but reverse osmosis, which causes dehydration. Because with the rotatable separator, the pressures on the speed control can be arbitrarily and continuously adjusted, it is possible to determine the degree of concentration of the thickened milk.
  • Semipermeable membrane are in the range of 100 to 400 bar.
  • the inventive rotatable separator can also be used for the drying of solids.
  • a semipermeable membrane is also suitable as the separation medium.
  • the effect of spray drying or the Freeze-drying only occurs at the edge of the rotating disk. In spray drying hot air is blown into the collecting housing in countercurrent on the concentration side. This evaporates the remaining one
  • the expansion cooling is used to cool the introduced countercurrently into the collecting housing air so that the residual water contained in the centrifuged concentrate does not evaporate, but sublimated.
  • Spray drying allows the solids to run slowly
  • Roughing at the base of the collecting vessel (of the housing) is collected and transported to the outside.
  • the rotatable separator according to the invention can also be used as a cooling system in that a porous insert can be used via which the compressed CO 2 can be conveyed into condensation chambers before it evaporates at the edge of the rotating disk and thus generates the expansion cooling which flows into the secondary cooling medium in the Housing is passed.
  • the pressures that are necessary for this process are between 50 and 200 bar, in particular between 80 and 160 bar.
  • the porous inserts serve to build up the required operating pressures inside the rotatable separator.
  • a FITC process hydroothermal conversion
  • Rotary separator according to the invention, the operating pressures between 1 and 200 bar, and preferably between 60 and 180 bar.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive
  • Fig. 2 shows another embodiment of the inventive rotatable separator with angled channels in the side view
  • Fig. 3 shows another embodiment of the inventive rotatable separator with a view of the separation means
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the inventive rotatable separator with straight channels
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the inventive rotatable separator with spiral channels, and FIG. 6 shows a detail of a porous separation insert;
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the inventive
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first
  • Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with curved channels Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with curved channels.
  • the rotatable support body is designed as a rotatable float disk 20.
  • the curved separation channels 4 are thus located in the interior of the rotatable Flohlusion 20th
  • a mixture can be supplied to the curved separation channels 4 from the floating shaft 3.
  • the mixture moves through the separation channel 4 in the direction of the edge R of the rotatable Flohlefficiency 20.
  • the pressure of the Coriolis and centrifugal forces on the mixture the mixture can be separated into several components.
  • the separation takes place here on the separation means 41.
  • Separation means 41 may be components of the mixture of the
  • Separation channel can be separated by these components are discharged through the discharge channels 43.
  • liquid In particular, liquid
  • Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with angled channels in the side view Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with angled channels in the side view.
  • the angled separation channel 4 is located in the rotatable support body 2.
  • the rotatable support body 2 is formed by a first disc 21 and by a second disc 22, so that the separation channel 4 between the first disc 21 and the second disc 22 is arranged.
  • In the edge region of the separation channel is angled in the axial direction at an angle w.
  • Separation channel 4 can be introduced. During rotation, the mixture in the separation channel 4 is extracted from the extraction fluid, and the
  • Extraction fluid with dissolved components of the mixture is, through the applied during rotation Coriolis and centrifugal forces on the
  • Separation means 41 discharged into the discharge channel 43.
  • the extraction fluid with dissolved components of the mixture and the remaining in the separation channel 4 residues of the mixture can be ejected separately.
  • the extraction fluid with dissolved components of the mixture will be ejected through an opening 431 of the discharge channel.
  • the remainders of the mixture remaining in the separation channel 4 are ejected by separating the first disk 21 from the second disk 22.
  • the first disc 21 is separated from the second disc 22 by a pulsed opening mechanism 6, so that the remains of the mixture remaining in the separation channel 4 are ejected pulsed through an opening 42.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another
  • Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with a view of the separation means.
  • the separating agents shown are porous
  • the mixture can be separated in the operating state at these porous separation inserts 413.
  • the first porous separation insert 411 and the second porous separation insert 412 have different pore sizes, so that different components of the mixture at the first porous separation insert 411 and at the second porous
  • Separation insert 412 can be separated.
  • Figure 4 shows a schematic representation of another embodiment of the inventive rotatable separator 1 with straight channels.
  • the rotatable support body is designed as a rotatable hollow disk 20.
  • the channels are located inside the rotatable hollow disc.
  • a mixture can be introduced from the hollow shaft 3 into the straight separation channel 4.
  • the mixture migrates in the direction of the edge R of the rotatable hollow disk 20.
  • an extraction fluid can be introduced into the separation channel 4, in particular in a supercritical state. After extraction of the mixture, the extract is
  • Separation medium 43 separated and discharged through the discharge channels 43.
  • the remainder of the mixture is ejected at the opening 42 at the edge R of the disc.
  • Figure 5 shows a schematic representation of another
  • Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with spiral channels Embodiment of the inventive rotatable separator 1 with spiral channels.
  • the rotatable support body is designed as a rotatable hollow disk 20.
  • the curved separation channels 4 are thus located in the interior of the rotatable hollow disk 20.
  • a mixture can be supplied to the spiral separation channels 4 from the hollow shaft 3.
  • the mixture migrates through the separation channel 4 in the direction of the edge R of the rotatable hollow disk.
  • the mixture can be separated into several components. The relative strength of
  • Coriolis force is greater in a spiral channel compared to a curved channel.
  • the separation takes place here on the separation means 41.
  • Separation means 41 may be components of the mixture of the
  • Separation channel 4 are separated by these components are discharged through the discharge channels 43.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a section of a porous separation insert 413.
  • a mixture G is introduced into the separation channel 4.
  • an extraction fluid can be supplied.
  • the mixture G is extracted in the separation channel 4 from the extraction fluid.
  • the resulting extract is separated via the porous separation insert 413 and discharged via the discharge channel 43.
  • the porous separation insert 413 consists of 3 layers of different pore sizes. This construction of the porous separation insert 413 allows a more specific separation of the
  • the construction shown can be used for processes for catalysis, since one of the three layers can consist of a catalyst or can contain a catalyst.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of another
  • the angled separation channels 4 are located in the rotatable
  • the rotatable support body 2 is formed by a first disc 21 and by a second disc 22, so that the separation channel 4 between the first disc 21 and the second disc 22 is arranged. In the edge region of the separation channel 4 is angled in the axial direction at an angle w.
  • Separation channel 4 can be introduced. In the rotation, the mixture in the separation channel 4 is extracted from the extraction fluid, and the extraction fluid having dissolved components of the mixture G is transferred through the Coriolis and centrifugal forces exerted on the rotation
  • Seiherstäbe 45 discharged into the discharge channel 43.
  • the extraction fluid with dissolved components of the mixture G and the remaining in the separation channel 4 residues of the mixture G can be ejected separately.
  • the extraction fluid with dissolved components of the mixture G will be ejected through an opening 431 of the discharge passage 43.
  • the first disc 21 is separated from the second disc 22 by a pulsed opening mechanism 6, so that the in
  • Separation channel 4 remaining residues of the mixture G are pulsed ejected through an opening 42.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen rotierbaren Separator umfassend eine Hohlwelle (3) und einen sich von der Hohlwelle (3) aus radial weg erstreckenden rotierbaren Stützkörper (2). Derrotierbare Stützkörper (2) und die Hohlwelle (3) sind um eine Achse (X) rotierbar, und am Stützkörper (2) ist ein sich von der Hohlwelle (3) aus in eine radiale Richtung erstreckender Separationskanal (4) angeordnet, wobei der Separationskanal (4) derart mit der Hohlwelle (3) strömungsverbunden ist, dass dem Separationskanal (4) im Betriebszustand ein Gemisch (G) ausder Hohlwelle (3) zuführbar ist. Im Separationskanal (4) ist ein Separationsmittel (41) angeordnet, sodass das in den Separationskanal (4) zuführbare Gemisch (G) am Separationsmittel (41) in mindestens eine erste und eine zweite Komponente separierbar ist, wobei ein mit dem Separationskanal (4) strömungsverbundener Abführkanal (43) derart vorgesehen ist, dass über das Separationsmittel (41) eine vorgebbare Menge der ersten Komponente aus dem Separationskanal (4) in den Abführkanal (43) abführbar ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht geeignet für die Trennung und Anreicherung von Isotopen.

Description

Rotierendes Gerät zur Lösung und Trennung von Gemischen Die Erfindung betrifft einen rotierbaren Separator gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Extraktion eines Gemischs gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 14.
Zur Entfeuchtung feuchter Substanzen oder feuchter Substanzgemische sind Zentrifugen in den verschiedensten Ausführungsformen weit verbreitet und werden auf den verschiedensten Gebieten eingesetzt. So kommen
beispielsweise zur Entfeuchtung hochreiner pharmazeutischer Produkte diskontinuierlich arbeitende Zentrifugen, wie Schälzentrifugen, bevorzugt zum Einsatz, während insbesondere dann, wenn kontinuierlich grosse Mengen eines Fest-Flüssig Gemischs getrennt werden sollen, kontinuierlich arbeitende Schubzentrifugen vorteilhaft eingesetzt werden. Dabei kommen je nach Anforderung ein- oder mehrstufige Schubzentrifugen, sowie sogenannte Doppelschubzentrifugen zum Einsatz, aber auch sogenannte
Schneckenzentrifugen und eine Reihe anderer Konzepte sind dem Fachmann seit langem wohlbekannt. Dabei können die Zentrifugen je nach Bauart vertikal oder horizontal in Bezug auf das Schwerefeld der Erde ausgerichtet sein und je nach Anwendung sehr speziell ausgebildet sein.
Bei den verschiedenen Typen von Schubzentrifugen wird ein Fest-Flüssig Gemisch, eine Suspension oder ein feuchtes Salz oder Salzgemisch durch ein Einlaufrohr über einen Gemischverteiler einer schnell rotierenden Trommel, die bevorzugt als Filtersieb ausgestaltet ist, zugeführt, so dass auf Grund der wirkenden Fliehkräfte die flüssige Phase durch das Filtersieb ausgeschieden wird, während im Inneren an der Trommelwand unter Wirkung des sehr starken Zentrifugalfeldes, das durch die schnelle Rotation der Trommel generiert wird, ein Feststoffkuchen abgeschieden wird.
Dabei ist im Fall von Schubzentrifugen in der rotierenden Trommel ein im Wesentlichen scheibenförmiger, synchron mitrotierender Schubboden angeordnet, wobei je nach Anzahl der Siebstufen entweder der Schubboden oder eine Siebstufe in axialer Richtung in der Trommel mit einer gewissen Amplitude oszilliert, so dass ein Teil des entfeuchteten Feststoffkuchens an einem Ende der Trommel herausgeschoben wird. Bei der entgegengesetzten Bewegung des Schubbodens wird ein, an den Schubboden angrenzender Bereich der Trommel freigegeben, der dann durch das Einlaufrohr und über den Gemischverteiler wieder mit neuem Gemisch beschickt werden kann. Dabei können je nach eingesetztem Typ mit modernen Flochleistungs- Schubzentrifugen problemlos Durchsatzmengen in einer Grössenordnung von 100 Tonnen pro Stunde erreicht werden, wobei Trommeldurchmesser bis zu 1000 mm und mehr durchaus üblich sind und typische Rotationsfrequenzen der Trommel, abhängig vom Trommeldurchmesser von bis zu 2000
Umdrehungen pro Minute und mehr erreicht werden können. Dabei bedingt in der Regel ein grösserer Trommeldurchmesser wegen der auftretenden starken Fliehkräfte eine kleinere maximale Rotationsfrequenz der Trommel. Selbstverständlich können die Betriebsparameter, wie z.B. die
Rotationsfrequenz der Trommel, die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Gemisch oder auch der Trommeldurchmesser oder der Typ der eingesetzten Schubzentrifuge auch von dem zu entfeuchtenden Material selbst, dem Gehalt an Flüssigkeit usw. abhängen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Schubzentrifugen sind in der Regel kontinuierlich arbeitende Filterzentrifugen. Dabei sind einstufige und mehrstufige Schubzentrifugen bekannt, wobei die mehrstufige Schubzentrifuge aus einer äusseren
Siebtrommel und mindestens einer in der äusseren Siebtrommel
angeordneten Siebstufe, die ebenfalls als Siebtrommel ausgestaltet ist, besteht. Dabei können mehrere Siebstufen ineinander konzentrisch angeordnet sein, so dass zwei, drei und mehrstufige Schubzentrifugen realisierbar sind, wobei alle Siebstufen sehr schnell synchron um eine gemeinsame Drehsachse angetrieben werden. Ein zu trennendes Fest- Flüssig Gemisch gelangt im Betriebszustand kontinuierlich durch ein fest stehendes Einlaufrohr in einen in der innersten Siebstufe angeordneten, ebenfalls synchron mitrotierenden, Gemischverteiler und wird auf der innersten Siebstufe über deren ganzen Siebumfang gleichmässig verteilt. Der grösste Teil der Flüssigkeit wird hier bereits abzentrifugiert und es bildet sich ein Feststoffkuchen. Dagegen umfasst eine einstufige Schubzentrifuge ausser der äusseren Siebtrommel keine weiteren Siebstufen. Hier oszilliert zur Förderung des Feststoffku chens in der Siebtrommel der Schubboden, der gleichzeitig synchron mit der äusseren Siebtrommel mitrotiert. Bei einer zweistufigen Schubzentrifuge führt die innerste Stufe, die auch als erste Stufe bezeichnet wird, neben der Rotationsbewegung um die Drehachse eine Oszillationsbewegung in Richtung der Drehachse aus. Diese oszillatorische Bewegung wird hydraulisch über einen Schubkolben mit
Umsteuermechanismus generiert. Dadurch wird der Feststoffkuchen in Ringabschnitten, entsprechend der Flublänge der Oszillation, von der ersten zur zweiten Stufe geschoben und verlässt die Schubzentrifuge schliesslich über eine Austrittsöffnung. In der Praxis wird dabei der Feststoffkuchen in der Siebtrommel kontinuierlich unter Zugabe von Waschflüssigkeit auf den
Feststoffkuchen gewaschen. Für spezielle Einsatzbereiche sind
Sonderausführungen, im speziellen auch von zwei- und mehrstufigen
Schubzentrifugen, insbesondere für hochabrasive Schleudergüter, wie z.B. Kohle und Rohphosphat bekannt, die besondere
Verschleissschutzmassnahmen, wie verschleissfeste Siebe, erfordern. Auch Sonderausführungen für intensive Waschprozesse und zur Durchführung spezieller Waschverfahren, wie beispielsweise die Gegenstromwaschung bei Nitrozellulose, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Auch gasdichte Ausführungen ein- und mehrstufiger Schubzentrifugen zum Betrieb unter Schutzgasathmosphäre kommen zum Einsatz. Die Funktionsweise von Schälzentrifugen sei hier am Beispiel der horizontalen Schälzentrifugen beschrieben. Die Fest-Flüssig-Trennung in horizontalen Schälzentrifugen erfolgt diskontinuierlich in einer Abfolge von spezifischen Prozessschritten. Den Produkteigenschaften entsprechend, dauern die einzelnen Prozessschritte wenige Minuten bis mehrere Stunden. Beim
Befüllen wird die Suspension über ein Füllschwert gleichmässig auf die Zentrifugentrommel aufgegeben. Die Florizontale Schälzentrifuge
beschleunigt, um die Flüssigkeit über dem Produktkuchen abzuschleudern.
Die Waschflüssigkeit wird über das Waschrohr gleichmässig auf den
Produktkuchen aufgegeben. Nach dem Waschen erfolgt das Schleudern so lange, bis die gewünschte Restfeuchte des Filterkuchens erreicht ist. Bei reduzierter Drehzahl schwenkt das Schälmesser in den Produktkuchen ein und schält das Produkt über die Austragsrutsche vertikal nach unten aus. Je nach Produkteigenschaften und Trommel breite ist anstelle der Rutsche eine Austragsschnecke eingebaut. Zum Schutz des in der Trommel eingespannten Filtertuchs verbleibt beim Schälen eine Produktrestschicht auf dem Filtertuch. Diese Schicht kann gegebenenfalls bei den folgenden Chargen das
Durchschlagen von Feinanteil in das Filtrat verhindern. Die Restschicht in der horizontalen Schälzentrifuge wird anwendungsspezifisch nach jeder Charge oder periodisch entfernt. Mit Gas-Druckstössen über Düsen ausserhalb der Trommel lässt sich die Schicht über die Austragsrutsche abblasen. Ist der Prozessraum inertisiert, erfolgt das Abblasen mit Stickstoff. Bei anderen, bevorzugt kleineren Zentrifugen, kann der Feststoff auch manuell nach Stoppen der Zentrifuge entfernt werden.
Schneckenzentrifugen eignen sich besonders zu Waschung von Substanzen, da sie eine geringere Durchsatzrate wie die Schubzentrifugen aufweisen. Eine Schneckenzentrifuge besteht grundlegend aus einem Rotor der eine
Vollmanteltrommel und eine darin gelagerten Schneckenkörper besitzt. Beide laufen mit einer hohen Drehzahl um, wobei die Schnecke eine
Differenzdrehzahl zur umliegenden Trommel besitzt. Das zu trennende Gemisch wird zentral über ein Einlaufrohr zugeführt und tritt durch Bohrungen im Schneckenkörper in den eigentlichen Trennraum. Im Trennraum bildet sich aufgrund des Zentrifugalfelds ein kreiszylindrischer Flüssigkeitsraum aus. Durch den Dichteunterschied zwischen dem dichteren Stoff und der weniger dichten Flüssigkeit lagert sich der Feststoff in Form eines Feststoffkuchens auf der Innenwand der Trommel ab. Über den Feststoff strömt die sich klärende Flüssigkeit in die von den Schneckenblättern gebildeten Kanäle und dekantiert in das Flüssigkeitsgehäuse.
Im Stand der Technik ist bereits bekannt, dass Zentrifugen sich nicht nur zum Waschen, sondern auch zur Extraktion von Stoffen aus Gemischen eignen. Extraktion von Substanzen wie Wirkstoffen, Aromen, Vitaminen, etc. aus einem Gemisch in eine flüssige Phase mit Hilfe der Zentrifugalkraft. Bei der flüssig-flüssig Extraktion bei Dekantierzentrifugen vermischen sich zwei ineinander unlösliche Flüssigkeiten mit dem Ziel des Übergangs eines gelösten Stoffes von der Ausgangsflüssigkeit in die Extraktionsflüssigkeit. Bei der fest-flüssig wird die Flüssigkeit auf den Feststoffkuchen aufgebracht und die durch die Zentrifugalkraft erfolgt einen optimalen Stoffübergang von der Trägerphase in die Lösungsmittelphase. Die Dampfextraktion funktioniert im Prinzip wie die Dampfwäsche nur ist die wertvolle Komponente nicht der Feststoffkuchen sondern das Kondensat. Das Verfahren wird nur bei
Stülpfilterzentrifugen angewandt. Hierbei wird die Zentrifuge mit einer
Feststoffsuspension befüllt und die Mutterlauge abgeschleudert. Dann erfolgt die Dampfextraktion indem die Trommel mit Heissdampf beaufschlagt wird, der den Feststoffkuchen von innen nach aussen durchströmt. Das Kondensat das nach Durchströmen des Feststoffkuchens das Substrat enthält wird im Filtratabscheider gesammelt. Solche Prozesse finden z.B. Anwendung bei der Gewinnung von Wirkstoffen aus Kräutern.
In der WO 96/33861 A1 werden ein kontinuierliches Extraktionsverfahren und eine entsprechende Extraktionsvorrichtung beschrieben. Zur Gewinnung von Ölen durch Verpressen und Extrahieren eines ölhaltigen Rohstoffes in Gegenwart eines flüssigen und/oder superkritischen Extraktionsfluids, ist hierzu ein mit Ein- und Auslässen versehener im Wesentlichen zylindrischer Reaktor vorgesehen. Im Reaktor ist eine Pressschnecke vorgesehen, welche den Rohstoff vom Einlass unter Verpressen zum Auslass des Reaktors befördert, wobei gleichzeitig das Extraktionsfluid unter Druck in den Reaktor eingebracht wird. Dabei wird ein Öl oder eine extrahierte Substanz erhalten, aus welcher im Anschluss das Extraktionsfluid entfernt werden kann.
Die RU2140824 zeigt eine scheibenförmige Zentrifuge mit innenseitig spiralförmig angelegten Kanälen, für die Reinigung von Mineralölen von Verunreinigungen. Dabei werden die Ölbestandteile gravimetrisch getrennt.
Im Weiteren sind Extraktionsverfahren bekannt, beispielsweise die
Hochdruckextraktion mit superkritischen Gasen. Gase nehmen bei hohen Drücken und Temperaturen einen Zustand ein, der weder dem eines Gases noch dem einer Flüssigkeit entspricht, dieser Bereich wird superkritisch oder überkritisch genannt. Mit superkritischem C02 werden beispielsweise
Extraktionsstoffe aus Lebensmitteln gewonnen oder unerwünschte
Extraktionsstoffe extrahiert: Koffein aus Kaffeebohnen, Hopfenharze aus Hopfen, Nikotin aus Tabak, Aromen sowie Farbstoffe und Inhaltsstoffe aus verschiedensten Gewürzstoffen, Gewürzpflanzen und Naturstoffen. Mit superkritischem C02 kann aber auch der umgekehrte Vorgang, das
Imprägnieren, erfolgen. Dafür wird ein festes Ausgangsmaterial mit den im superkritischen C02 gelösten Imprägnierstoff kontaktiert, wodurch der Imprägnierstoff in sämtliche Poren des Ausgangsmaterials eindringt. Durch langsames Entspannen verliert das superkritische C02 die Lösefähigkeit und der Imprägnierstoff verbleibt gleichmäßig verteilt im Ausgangsmaterial zurück. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrichtungen zur Extraktion und Extraktionsverfahren ist deren konstruktiv und verfahrenstechnisch sehr komplizierter Aufbau sowie die aufwändige Durchführung der Verfahren, da oft mehrere Reaktoren mit aufwändigen Druckerzeugern notwendig sind. Beispielsweise benötigen die Vorrichtungen zur Extraktion und die Extraktionsverfahren druckdichte Zufuhreinrichtung zu einem Reaktor und druckdichte Reaktoren. In Anbetracht der erforderlichen hohen Drücke, entstehen erhebliche hohe Kosten für die Wandstärken der Reaktoren, sowie die Notwendigkeit, diskontinuierlich oder chargenweise verfahren zu müssen. Ebenso sind aufgrund der Reaktoren langen Extraktionszeiten von zum Teil bis weit über zehn Minuten notwendig. Auch eine aufwändige Zufuhr und Abfuhr des Gemischs sowie der Transport innerhalb der Reaktoren mit hochdruckdichten, drehenden Schnecken und Durchführungen ist von
Nachteil notwendig. Ausserdem sind die Extraktions- bzw. Durchsatzzeiten hoch und die Verfahren oft nicht also kontinuierlich zu betreiben. Nicht zu unterschätzen und ein weiterer wesentliche Nachteil sind aufgrund der Komplexität die hohe Störungsanfälligkeit und die hohe Wartungsintensität der Vorrichtungen zur Extraktion und der Extraktionsverfahren.
Die superkritische Extraktion wird gegenwärtig auf in zwei Arten von Geräten vollzogen. Im Chargen-Verfahren werden die zu extrahierenden Feststoffe in einem druckfesten Gehäuse unter hohem Druck während mehreren Stunden mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen und so die Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen erreicht. PCT/AT 96/00083 und A 1551/99 beschreiben kontinuierliche Verfahren, wobei Lösungsmittel zu den zu extrahierenden Feststoffen in eine Schraubenpresse eingespritzt werden, wo dann die Extrakt-Lösungsmittel-Mizelle durch Seiherstäbe von den Feststoffen getrennt wird. Während das Chargen-Verfahren kostspielige Anlagen und lange Verweilzeiten bedingt, haben auch kontinuierliche Verfahren einige Nachteile. Bei hohen Drücken können die Lösungsmittel längs der
Pressschraube in der Förderrichtung entweder vorwärts oder rückwärts durchschiessen, was den Press- und Extraktionsvorgang stört und eine starke Austragung von Feststoffen durch die Seierstäbe verursacht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen rotierbaren Seperator zur Durchführung eines Verfahren zur Extraktion eines Gemisches, insbesondere eines Verfahren zur superkritischen Extraktion eines Gemisches, und ein Verfahren zur Extraktion eines Gemisches, insbesondere eines Verfahrens zur superkritischen
Extraktion eines Gemisches, vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile weitgehend vermeidet, insbesondere einen rotierbaren Separator zur Durchführung eines Verfahren zur Extraktion eines Gemisches, insbesondere ein Verfahren zur superkritischen Extraktion eines Gemisches, und Verfahren zur superkritischen Extraktion eines Gemisches, insbesondere Verfahren zur superkritischen Extraktion eines Gemisches, vorzuschlagen, die konstruktiv und verfahrenstechnisch einfach ausgestaltet sind und/oder geringe Durchsatzzeiten des Gemischs aufweisen und/oder eine höhere Durchsatzmengen des Gemischs aufweisen und/oder stufenlos geregelt und gesteuert werden können und/oder einen reduzierten
Energieverbrauch aufweisen. Diese Aufgabe wird durch einen rotierbaren Separator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Extraktion eines Gemisches mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Erfindungsgemäss wird ein rotierbarer Separator mit einer Hohlwelle und einen sich von der Hohlwelle aus radial weg erstreckenden rotierbaren Stützkörper vorgeschlagen. Der rotierbare Stützkörper und die Hohlwelle sind dabei um eine Achse rotierbar. Der rotierbare Stützkörper und die Hohlwelle müssen jedoch nicht um dieselbe Achse rotierbar sein. Am Stützkörper ist ein sich von der Hohlwelle aus in eine radiale Richtung erstreckender
Separationskanal angeordnet. Dieser Separationskanal ist derart mit der Hohlwelle strömungsverbunden, dass dem Separationskanal im
Betriebszustand ein Gemisch aus der Hohlwelle zuführbar ist. Im
Separationskanal ist ein Separationsmittel angeordnet, sodass das in den Separationskanal zuführbare Gemisch am Separationsmittel in mindestens eine erste und eine zweite Komponente separierbar ist, wobei ein mit dem Separationskanal strömungsverbundener Abführkanal derart vorgesehen ist, dass über das Separationsmittel eine vorgebbare Menge der ersten
Komponente aus dem Separationskanal in den Abführkanal abführbar ist.
Der erfindungsgemässe rotierbare Separator eignet sich insbesondere für die superkritische Extraktion, sowie die Fraktionierung von Gemischen.
Im folgenden sei kurz beschrieben was die wesentlichen Unterschiede zwischen dem erfindungsgemässem rotierbaren Separator und einer
Zentrifuge sind. Sowohl eine Zentrifuge, als auch der erfindungsgemässe rotierbare Separator umfassen ein Separationsmittel. Der wesentliche
Unterschied zwischen einer Zentrifuge und dem rotierbaren Separator liegt jedoch darin, dass die Trennung des Gemischs in einer Zentrifuge durch ein Separationsmittel erfolgt, welches in einem axialen Kanal
(Zentrifugentrommel) angeordnet ist, also durch ein Sieb (Separationsmittel), welches an der Innenwand der Zentrifugentrommel (Kanal) angeordnet ist. Hierbei wird das Gemisch in die Trommel eingebracht und durch die Rotation der Zentrifuge wird das Gemisch lediglich durch Zentrifugalkräfte am Sieb aufgetrennt. Die Auftrennung des Gemisches erfolgt am Separationsmittel (Sieb) der Zentrifuge folglich nur durch eine rein radiale Kraft. Die Trennung des Gemischs im erfindungsgemässen rotierbaren Separator erfolgt hingegen in Kanälen, welche sich zumindest teilweise in eine radiale Richtung erstrecken. Das Gemisch wird dabei bei dem erfindungsgemässen rotierbaren Separator von der Hohlwelle (axiale Richtung) in die radialen Kanäle eingeführt. Somit wirken auf das Gemisch im erfindungsgemässen rotierbaren Separator sowohl coriolisartige- als auch Zentrifugalkräfte. Unter einer coriolisartigen Kraft ist hierbei eine Kraft zu verstehen, welche einen bewegten Körper quer zu seiner Bewegungsrichtung ablenkt, wenn diese Kraft relativ zu einem rotierenden Bezugssystem beschrieben wird und nicht zu dessen Rotationsachse genau parallel liegt. Eine coriolisartige Kraft ist somit zum Beispiel die Coriosliskraft. Die Auftrennung des Gemischs erfolgt somit an den, insbesondere teilweise in Umfangrichtung ausgerichteten
Separationsmitteln, durch eine Kraft welche teilweise in Umfangrichtung wirkt, sowie eine Kraft welche in die radiale Richtung ausgeübt wird. Eine coriolisartige Kraft Fc berechnet sich aus der Winkelgeschwindigkeit w des Bewegungssystem und der Geschwindigkeit v des Gemischs relativ zum Bewegungssystem und Masse m des Gemischs:
->= 2m x->
Fc v w
Die Zentrifugalkraft Fz, ist eine Trägheitskraft, die bei Dreh- und
Kreisbewegungen auftritt und radial von der Rotationsachse nach außen gerichtet ist. Sie hängt von der Masse m des Gemischs der
Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Körpers und dem Radius r ab:
Fz = m - w2 r
Somit folgt schon aus den Formeln, dass es bei einer Zentrifuge nur die Zentrifugalkraft auftritt, da es durch die axialen Kanäle keine Bewegung am Separationsmittel relativ zum Bewegungssystem gibt. Bei dem rotierbaren Separator hingegen gibt es durch die radialen Kanäle eine Bewegung am Separationsmittel relativ zum Bewegungssystem, sodass auch eine
coriolisartige Kraft wirken kann. Ausserdem ergibt sich noch ein weiterer technischer Effekt aus der radialen Kanalführung, welcher bei einer Zentrifuge nicht auftritt. In einem radial verlaufenden Kanal ergeben sich an verschiedenen Stellen, abhängig vom Abstand zum Rotationszentrum, verschiedene
Auftrennungsgeschwindigkeiten, da der auf das Gemisch im Betriebszustand ausgeübte Druck auch vom Abstand zum Rotationszentrum abhängt. Dieser Effekt wird selbstverständlich durch eine Krümmung des Separationskanals verstärkt, da so die Wirkung der Corioliskraft erhöht wird. Bei einem erfindungsgemässen rotierbaren Separator wirken nicht nur die Kräfte durch eine radiale Ausgestaltung der Separationskanäle anders, sondern aus der Vorrichtungsgeometrie ergibt sich ein weiterer wichtiger Unterschied. Der rotierbare Stützkörper des rotierbaren Separators kann eine beliebige Dicke (in axialer Richtung) aufweisen, da an dem rotierbaren
Stützkörper beliebig viele Kanäle in Umfangsrichtung, also in einer Ebene welche insbesondere parallel zur Ebene des Stützkörpers verläuft, angeordnet sein können. Somit kann eine Auftrennungsfläche (Fläche des
Separationsmittels an welcher das Gemisch auftrennbar ist) über die Anzahl der Kanäle gesteuert werden, wohingegen die Auftrennungsfläche einer Zentrifuge massgeblich von der Dicke der Zentrifuge abhängt. Folglich kann bei minimaler Dicke des rotierbaren Stützkörpers eine beliebige Effizienz der Auftrennung erreicht werden. Durch die, im Vergleich zur Zentrifuge, geringe Dicke des rotierbaren Stützkörpers ist eine höhere Rotationsgeschwindigkeit möglich. Deswegen ist im erfindungsgemässen rotierbaren Separator nicht nur eine höhere Rotationsgeschwindigkeit und somit Auftrennungseffizienz als bei einer Zentrifuge möglich, sondern die Ausführung superkritischer
Extraktionsverfahren ist auch deutlich vereinfacht, da bei höherer
Rotationsgeschwindigkeit der superkritische Zustand der Extraktionsfluide leichter zu erreichen ist.
Dass sich die Separationskanäle des rotierbaren Separators in radiale
Richtung erstrecken heisst nicht, dass die Separationskanäle rein radial verlaufen. Die Separationskanäle müssen nicht gerade sein sie können auch gekrümmt verlaufen und somit tangentiale Anteile aufweisen. Mit in radiale Richtung soll lediglich beschrieben werden, dass sich die Separationskanäle von der Flohlwelle aus in periphere Richtung des rotierbaren Stützkörpers erstrecken. Hierbei sind die Separationskanäle mit der Flohlwelle
strömungsverbunden, können aber auch direkt an der Flohlwelle angeordnet sein. Der rotierbare Separator kann vertikal oder horizontal oder teilweise vertikal und teilweise horizontal gelagert sein. Ausserdem kann der rotierbare
Separator kontinuierlich oder diskontinuierlich und insbesondere auch gepulst arbeiten. Unter Fraktionierung ist im Rahmen der Erfindung die Extraktion und
Trennung von verschiedenen Fraktionen aus einem Gemisch zu verstehen. Unter einem Gemisch ist dabei im Folgende im Allgemeinen zu verstehen, dass das Gemisch aus mindestens zwei Stoffen besteht, wobei das Gemisch ein homogenes oder aber heterogenes Gemisch sein kann und die Stoffe den Aggregatzustand fest, flüssig oder gasförmig aufweisen können. Das
Gemisch, insbesondere das zuführbare Gemisch, kann eine Flüssigphase und/oder eine Feststoffphase, wobei die Feststoffphase insbesondere auch eine kolloide Flüssigkeit sein kann, und/oder eine Gasphase umfassen. Das unter einem Rotationsdruck stehende Gemisch kann die Feststoffphase oder kolloide Flüssigkeit sein, und wird insbesondere auch Feststoffkuchen genannt. Das unter dem Rotationsdruck stehende Gemisch kann aber auch Anteile der Gasphase, die aufgrund des Rotationsdrucks flüssig sind, oder Anteile der Flüssigphase umfassen. Ein wesentlicher Anteil der Flüssigphase kann jedoch aufgrund des Rotationsdrucks vom Gemisch abtrennbar sein. Unter Extraktion kann im Rahmen der Erfindung auch Fraktionierung und waschen eines Gemisches verstanden werden oder einfach nur die
Auftrennung eines Gemisches in seine Bestandteile bzw. Komponenten. Generell kann unter der Extraktion auch die Trennung von mindestens einer ersten und einer zweiten Komponente eines Gemisches mit einem
Extraktionsfluid verstanden werden.
Unter einem Extraktionsfluid ist dabei im Folgenden im Allgemeinen ein Lösungsmittel zu verstehen, welches sich insbesondere in gasförmigen und/oder flüssigem und/oder überkritischem und/oder dampfförmigen Zustand befindet. Der rotierbare Stützkörper des Rotierbarer Separators und die Hohlwelle können drehfest miteinander verbunden sein. So kann der rotierbare
Stützkörper auf der Hohlwelle gelagert sein, welche auf einer Seite von einem geeigneten Aggregat, zum Beispiel von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Hohlwelle dient dazu, die Prozess-Substanzen und die verwendeten Lösungsmittel durch Öffnungen in die radial angeordneten Kanäle
einzubringen. Dabei können separate Kanäle für ein oder mehrere
Lösungsmittel angebracht werden.
Beim erfindungsgemässen rotierbaren Separator können die Drücke über die Drehzahlregelung beliebig und stufenlos eingestellt werden.
Der rotierbare Stützkörper kann jede beliebige Form aufweisen, welche sich zum Abstützen der Separationskanäle eignet. Insbesondere ein runder, ovaler oder quadratischer Stützkörper eignet sich. Dabei können die
Separationskanäle auf dem Stützkörper abgestützt sein, im Stützkörper angeordnet oder in einer anderen geeigneten Art am Stützkörper angebracht sein.
Der rotierbare Stützkörper des rotierbaren Separators kann als eine rotierbare Hohlscheibe ausgeführt sein und der Separationskanal in der rotierbaren Hohlscheibe angeordnet sein. In Ausgestaltung der Erfindung kann der rotierbare Separator aus einer rotierbaren Hohlscheibe bestehen, in deren Innern die Prozess-Substanzen durch gerade, gekrümmte oder spiralförmige Kanäle geleitet werden können, wobei diese Kanäle in radialer Richtung in der Scheibe angeordnet sind.
In der Praxis kann die rotierbare Hohlscheibe des rotierbaren Separators durch eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe gebildet werden, sodass der Separationskanal zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe angeordnet ist. Der Hohlraum der Scheibe, in welchem also die
Separationskanäle, Abführkanäle und Separationsmittel angeordnet sind, wird durch die erste und zweite Scheibe gebildet. Ausserdem kann in Ausgestaltung der Erfindung an der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe ein Scheibentrenner derart angeordnet sein, dass die erste Scheibe und die zweite Scheibe separierbar sind. So kann im Betriebszustand das Gemisch beziehungsweise Bestandteile des Gemischs, durch Separieren der
Scheiben, insbesondere durch gepulstes Separieren der Scheiben, aus einer Öffnung des Separationskanals entfernt werden. Der Scheibentrenner kann an der Hohlwelle angebracht sein und dort das Trennen der Scheiben und somit das Öffnen der Öffnung des Separationskanals zum Auswerfen des Gemischs zu ermöglichen. Beim dem rotierbaren Separator kann am Separationskanal ein Zuführkanal angeordnet sein, sodass dem Separationskanal über den Zuführkanal ein Extraktionsfluid zur Extraktion des Gemisches zuführbar ist. So können in Praxis, wenn mehrere Abführkanäle an einem Separationskanal angeordnet sind, stufenweise verschiedene Stoffe in einem Separationskanal abgetrennt werden. Das ist zum Beispiel möglich wenn auch mehrere Zuführkanäle am Separationskanal angeordnet sind und in dem das Extraktionsfluid in verschiedenen Temperaturen durch die Zuführkanäle eingebracht oder der Kanal an vorgebbaren Stellen verschieden stark geheizt wird. Ausserdem können selbstverständlich auch verschiedene Zuführkanäle verschiedene Extraktionsfluide in den Kanal zuführen, sodass in Separationskanal
Abschnittweise verschiedene Stoffe mit unterschiedlichen Extraktionsfluide gelöst werden.
Die Zuführung des Extraktionsfluid vom Zuführkanal in den Separationskanal kann über ein Ventil, über eine poröse Zuführung oder ein anderes geeignetes Element erfolgen.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der rotierbare Separator am
Separationskanal mehrere Zuführkanäle, insbesondere eine gleiche Anzahl von Zuführkanäle und Separationsmittel, und folglich auch von Abführkanälen, besitzen. So können dem Separationskanal ein Extraktionsfluid oder verschiedene Extraktionsfluide zur Extraktion des Gemisches derart zugeführt werden, dass das Gemisch stufenweise extrahierbar ist, insbesondere stufenweise fraktionierbar ist. Dem Separationskanal kann über den
Zuführkanal das Extraktionsfluid zugeführt werden. So können im
Betriebszustand aus dem Gemisch ein Stoff, insbesondere mehrere Stoffe, im speziellen mehrere Stoffe in verschiedenen Fraktionen, herausgelöst werden. Der im Extraktionsfluid gelöste Stoff wird mit dem Extraktionsfluid am
Separationsmittel vom Gemisch abgetrennt, um dann über den Abführkanal abgeführt zu werden. In der Praxis können Extraktionsschritte superkritisch durchgeführt werden, da durch die spezielle Vorrichtungsgeometrie und die daraus resultierende hohe Rotationsgeschwindigkeit, Extraktionsfluide wie zum Beispiel
Kohlenstoffdioxid, im Betriebszustand, durch die Rotation, zumindest teilweise, in einen superkritischen Zustand überführt werden können.
Zumindest teilweiser superkritischer Zustand heisst, dass das Extraktionsfluid während der Extraktion des Gemisches zu 1 -99% im superkritischen Zustand vorliegt, insbesondere zu 10- 90%, besonders bevorzugt zu 25-85%, im speziellen zu 50-70%.
Um die vorrangehend beschriebene stufenweise Extraktion bzw.
Fraktionierung zu ermöglichen können bei einem rotierbaren Separator im Separationskanal auch mehrere Separationsmittel, insbesondere ein erstes Separationsmittel und ein zweites Separationsmittel, angeordnet sein, sodass ein Gemisch im Betriebszustand fraktionierbar ist. Die Fraktionierung muss somit nicht unbedingt durch Temperatur oder verschiedene Extraktionsfluide gesteuert werden. Durch Auswahl verschiedener Separationsmittel in einem Separationskanal kann der selbe Effekt erzielt werden, indem zum Beispiel poröse Einsätze verschiedener Porengrösse verwendet werden, sodass zuerst bei einer kleinen Porengrösse kleine Stoffe und bei einer grossen Porengrösse grössere Stoffe abgetrennt werden. Die relative Grösse eines Stoffes bezieht auf die Molekülgeometrie, insbesondere die Molekülgeometrie des Stoffes im Extraktionsfluid oder die Wechselwirkung mit dem
Separationsmittel.
Des Weiteren können der rotierbare Stützkörper des rotierbaren Separators in Rotationsrichtung und/oder in Axialrichtung mehrere Kanäle nebeneinander am rotierbaren Stützkörper angeordnet sein. Ausserdem können mehrere rotierbare Stützkörper an einer Hohlwelle angeordnet sein. Bevorzugt ist in Axialrichtung jedoch nur eine Lage von Separationskanälen angebracht, da somit die Dicke des rotierbaren Stützkörpers mit Separationskanälen gering bleibt, sodass eine hohe Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht wird. In Ausgestaltung der Erfindung kann um den rotierbaren Stützkörper ein Gehäuse derart angeordnet sein, sodass im Betriebszustand
ausschleuderbare flüssige Bestandteile eines Gemisches auffangbar sind. Ausserdem kann das Gehäuse auch so ausgestaltet sein, dass feste und flüssige Bestandteile des Gemisches getrennt durch das Gehäuse auffangbar sind. Das getrennte Auffangen durch das Gehäuse wird insbesondere dadurch ermöglicht, da die festen Bestandteile des Gemisches an einer Öffnung des Separationskanals ausgeworfen werden können, wobei das Extraktionsfluid mit gelösten Bestandteilen über die Abführkanäle
ausgeworfen werden kann. Ausserdem kann im Gehäuse des rotierbaren Stützkörpers eine Trennwand, insbesondere mehrere Trennwände, angeordnet sein, sodass eine Vermischung der im Betriebszustand aus der Öffnung des Separationskanals ausschleuderbaren Bestandteile verhindert wird. Die getrennten oder extrahierten flüssigen Bestandteile können in separaten Kanälen, den Abführkanälen an den Rand der rotierenden Scheibe geführt werden, wo sie ausschleuderbar sind. Das Gehäuse kann um den rotierbaren Stützkörper derart angebracht sein, dass die ausgeschleuderten flüssigen Bestandteile aufgefangen werden können, wobei die entstehende Entspannungskälte über einen im Gehäuse anbringbaren Wärmetauscher aufgenommen werden kann. Der Separationskanal des rotierbaren Separators kann in der Praxis verschiedene Formen aufweise. Hierbei kann der Separationskanal gerade oder spiralförmig und/oder gebogen sein und/oder der Separationskanal kann angewinkelt sein. Insbesondere kann der Separationskanal in einem Winkel von 90° bis 170° angewinkelt sein, besonders bevorzugt in einem Winkel von 90° bis 150° angewinkelt sein, im speziellen in einem Winkel von 100° bis 145° angewinkelt sein. Auch kann der rotierbare Separator, je nach
Anwendung, mehrere Kanäle mit verschiedenen Formen umfassen. Wenn der Separationskanal angewinkelt oder gebogen ausgeführt ist, kann der
Separationskanal selbstverständlich in Axialrichtung, in Radialrichtung und anteilig in Axialrichtung und Radialrichtung angewinkelt und/oder gebogen sein.
In der Praxis können die Separationsmittel des rotierbaren Separators als ein Sieb und/oder Seiherstäbe und/oder ein poröser Separationseinsatz ausgestaltet sein. Mittels Seiherstäben oder porösen Einsätzen
(beziehungsweise anderen Separationsmitteln) mit vorgebbaren Abständen zwischen den Seiherstäben oder vorgebbaren Porengrössen, können flüssige Bestandteile in den Feststoffen und gelöste Bestandteile in den Flüssigkeiten getrennt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentrum der rotierbaren Hohlscheibe, wobei unter sich änderndem Druck und
Temperatur, und abhängig vom verwendeten Extraktionsfluiden, und den daraus resultierenden verschiedenen Löslichkeit, verschiedene Fraktionen gelöst und getrennt werden können. Die porösen Separationseinsätze können auch als konzentrische Ringe, oder als Teile von konzentrischen Ringen, auf den Seitenwänden der Scheiben und/oder gegenständig angebracht werden. Selbstverständlich wird durch Anordnung der Separationsmittel auch die Anordnung der Abführkanäle bestimmt. In einer besonderen Art der
Ausführung kann ein Separationskanal auch mehrere Separationsmittel in verschiedener Reihenfolge (von der Hohlwelle aus gesehen) umfassen, sodass die Grösse des vorgebbaren Abstandes beziehungsweise der vorgebbaren Porengrösse, von der Hohlwelle aus gesehen, nach aussen hin zunimmt.
Poröse Separationseinsätze können Keramiken, insbesondere gesinterte Keramiken sein, besondere bevorzugt können die porösen
Separationseinsätze aus Aluminiumoxid, Zirconiumoxid beziehungsweise Titanoxid bestehen. Aber selbstverständlich können die porösen
Separationseinsätze auch alle anderen dem Fachmann bekannten porösen Filtermaterialien sein.
Auf mindestens einer Seite der Separationskanäle kann ein Separationsmittel wie z.B. Seiherstäbe oder poröse Einlage angebracht sein, welche je nach Drehrichtung auf der Wirkungsseite der Coriolis- und Zentrifugalkräfte die Trennung von flüssigen Bestandteile in den Feststoffen und gelöste
Bestandteile in den Flüssigkeiten vornehmen, sei es im unter- oder
überkritischen Bereich. Die Teile der Prozess-Substanz, welche die Seiherstäbe oder Poren nicht passieren können, werden analog wie die getrennten oder extrahierten
Bestandteile an den Rand der rotierenden Scheibe geführt, wo sie ebenfalls ausgeschleudert werden. Eine Trennwand im Gehäuse verhindert die
Vermischung der ausgeschleuderten Bestandteile. Das Auffanggehäuse auf der Auswurfseite der Feststoffe kann mit einem langsam drehenden
Schrupper ausgestattet werden, um die Feststoffe im unteren Teil des
Gehäuses zu sammeln und auszutragen, zum Beispiel mit einer
Transportschraube.
Die poröse Seite der Separationskanäle kann die Seite wechseln, sobald das spezifische Gewicht des komprimierten Extraktionsfluids, oder Mischungen bestehend aus Extraktionsfluiden, und den extrahierten flüssigen Bestandteilen, von einem bestimmten Punkt an auf dem Radius der Hohlscheibe, bedingt durch die steigenden Drücke, höher wird als dasjenige der Feststoffe. Die Abstände in den Seiherstäben oder die Porengrössen der porösen Einsätze sollten um einige Grössenordnungen kleiner als kleinsten
Partikelgrössen der Prozess-Substanzen sein, welche auf der Oberfläche dieser Trennwände abgeführt werden, um ein Verstopfen zu vermeiden. Die durch die Zentrifugalkräfte verursachte tangentiale Abfuhr der Feststoffe vermindert zusätzlich die Gefahr des Verstopfens.
Erfindungsgemäss wird weiter ein Verfahren zur Extraktion eines Gemisches vorgeschlagen, wobei bei diesem Verfahren eine erfindungsgemässe
Vorrichtung verwendet wird. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann das Gemisch superkritisch extrahiert werden oder das Verfahren kann folgende Schritte umfassen. Das Gemisch wird über die Hohlwelle in einen Separationskanal eingebracht. Erzeugen von, in Bezug auf ein Extraktionsfluid, zumindest teilweise superkritischen Bedingungen, durch Rotation des rotierbaren Stützkörpers. Anschliessen wird das Gemisch im Separationskanal mit dem zumindest teilweise superkritischen Extraktionsfluid extrahiert. Der Extrakt wird über das Separationsmittel durch Rotation des rotierbaren Stützkörpers abgetrennt.
Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Extrakt die, über das
Separationsmittel aus dem Separationskanal, vom Gemisch abgetrennte Bestandteile zu verstehen. Insbesondere ist unter einem Extrakt das
Extraktionsfluid mit den gelösten Bestandteilen des Gemisches zu verstehen.
Gase nehmen bei hohen Drücken und Temperaturen einen Zustand ein, der weder dem eines Gases noch dem einer Flüssigkeit entspricht, und dieser Bereich wird superkritisch oder überkritisch genannt. Mit superkritischem CO2 werden beispielsweise Extraktionsstoffe aus Lebensmitteln gewonnen oder unerwünschte Extraktionsstoffe extrahiert: Koffein aus Kaffeebohnen, Hopfenharze aus Hopfen, Nikotin aus Tabak, Aromen sowie Farbstoffe und Inhaltsstoffe aus verschiedensten Gewürzstoffen, Gewürzpflanzen und Naturstoffen. Mit superkritischem CO2 kann aber auch der umgekehrte Vorgang, das Imprägnieren, erfolgen. Dafür wird ein festes Ausgangsmaterial mit den im superkritischen CO2 gelösten Imprägnierstoff kontaktiert, wodurch der Imprägnierstoff in sämtliche Poren des Ausgangsmaterials eindringt.
Durch langsames Entspannen verliert das superkritische CO2 die
Lösefähigkeit und der Imprägnierstoff verbleibt gleichmäßig verteilt im
Ausgangsmaterial zurück.
Als superkritische Extraktionsfluide können zum Beispiel Kohlendioxyd, Stickstoff, Helium, Stickoxyd Schwefelhexafluorid, Alkane gebildet aus 1 -20 Kohlenstoffatomen, Alkene gebildet aus 2-20 Kohlenstoffatomen, Alkyne gebildet aus 2-20 Kohlenstoffatomen, Alkohole, Ketone, Äther, Ester, chlorierten und/oder fluorierten Kohlenwasserstoffen, und Mischungen daraus, verwendet werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, sowie ein erfindungsgemässes
Verfahren, dienen auch dazu, im unterkritischen Bereich die Trennung von Wasser und Salzen aus Meerwasser vorzunehmen, oder Verunreinigungen aus Abwässern zu entfernen. Das Eindicken von Flüssigkeiten, zum Beispiel von Säften oder Milchprodukten, analog zur Umkehrosmose, ist ebenso möglich wie das Trocknen von Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten oder von Wasser enthaltenden Feststoffen, analog zum Sprühtrocknen oder
Gefriertrocknen.
Ebenfalls möglich ist die Dampfkomprimierung, Kondensation und
Verdampfung von Kohlendioxyd in auf Kohlendioxyd beruhenden
Kühlsystemen. Schliesslich können auch Reaktionen, die normalerweise solide Druckbehälter benötigen, im erfindungsgemässen Gerät, oder der Anordnung von Geräten, durchgeführt werden. Ein Beispiel ist die
Umwandlung von nicht trockenen Biomassen und Abfällen in feste, flüssige und gasförmige Brennstoffzwischenstufen analog zur hydrothermalen
Konversion (HTC). Ein anderes Beispiel betrifft die Umwandlung von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe analog zum Fischer-Tropsch-Verfahren (FT).
Die Fierstellung von hohen Drücken mittels Coriolis- und Zentrifugalkräften in einer Zentrifugen-ähnlichen Konstruktion schaffen die notwendigen
Bedingungen für die oben genannten Prozesse. Ein grundlegendes Merkmal ist, allerdings nicht ausschliesslich, die Einlage von porösen Einsätzen oder von Seiherstäben in die die geraden, gekrümmten, spiralförmigen oder konzentrischen Kanäle, welche die Trennung oder Extraktion erlauben. In einigen Fällen sind die Seiherstäbe oder porösen Einlagen die Träger von Katalysatoren, so zum Beispiel im Falle der Flydrothermalen Konversion oder dem Fischer-Tropsch-Verfahren. In einem anderen Fall dienen die
Seiherstäbe oder porösen Einlagen dazu, Räume mit
Kondensationsbedingungen zu schaffen, bevor eine Verdampfung am Rand der Extraktionsscheibe stattfindet, so zum Beispiel bei der
Dampfkomprimierung, Kondensation und Verdampfung von Kohlendioxyd in auf Kohlendioxyd beruhenden Kühlsystemen.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele für Verfahren angeführt, welche in einer erfindungsgemässen Vorrichtung ausgeführt werden können.
Die Verfahren können eine Vorschaltung einer Zerkleinerung und
physikalischen Auftrennung des Rohmaterials benötigen. So können entsprechende Vorrichtungen dem rotierbaren Separator vorangeschlatet sein, sodass z.B. das vorbearbeitete Gemisch/Rohmaterial aus den
entsprechenden Vorrichtungen der Welle des rotierbaren Separators zugeführt wird. In einem erfindungsgemässen rotierbaren Separator können Rohmaterialien, insbesondere Ölsaaten oder andere ölhaltige Stoffe mit dem Lösungsmittel Kohlenstoffdioxid in flüssiger Form, also superkritischer Form extrahiert werden. Dadurch wird vermieden, dass durch hohe Temperaturen die Qualität der Produkte beeinträchtigt wird, so zum Beispiel die Proteinqualität des Ölkuchens. Die superkritische Extraktion von Ölen ist besonders geeignet, Temperaturschäden an Ölkuchen zu vermeiden, da eine Temperatur von 31 °C nicht überschritten werden muss.
Die Restölgehalte von Ölsaaten oder anderen ölhaltigen Stoffen, welche mit Kohlenstoffdioxid superkritisch extrahiert werden, liegen bis unter 5 %, insbesondere zwischen 1 und 2 %, im speziellen unter 1 %.
Im erfindungsgemässen rotierbaren Separator können auf 150-80 Mikrometer, insbesondere 120 bis 100 Mikrometer, im speziellen auf 100 Mikrometer zerkleinerte Sojasamen, im Verhältnis von 0.6 flüssigen Kohlendioxyd zu 1 Feststoffen, also 600 kg Kohlendioxyd auf 1 , 000 kg zerkleinerte Sojasamen, eingepumpt werden (die Verhältnisse können selbstverständlich beliebig angepasst werden). In den radial angeordneten Kanälen des rotierbaren Separators steigen die Drücke in Funktion der Scheibendrehzahl schnell an, so zum Beispiel auf 500 Bar im Abstand von 0.7 Metern vom Drehpunkt bei einer Drehzahl von 5,000 UPM. In diesem Bereich findet eine sehr rasche superkritische Extraktion der Inhaltstoffe statt.
Auch Terpernoide, Karotenoide und Saponine können mit superkritischem C02, mit einem erfindungsgenmässen rotierbaren Separator aus
verschiedenen Biomassen gewonnen werden. Die superkritische Extraktion von Proteinen oder Proteinbausteinen aus eiweisshaltiger Biomassen kann in einem erfindungsgemässen rotierbaren Separator durchgeführt werden, wobei die Extraktionstemperatur unter der Denaturierungsgrenze von Eiweiss liegt.
Auch Zucker kann mittels eines erfindungsgemässen rotierbaren Separators aus Biomasse, insbesondere Zuckerrüben, mittels superkrtischer
Kohlenstoffdioxid-Extraktion gewonnen werden. In einem
erfindungsgemässen Verfahren, werden die Zuckerrüben fein geschnitzelt in die Welle des rotierbaren Separators eingebracht und in Mischverhältnis von 0.6 flüssiges (superkritisches) Kohlendioxyd zu 1 Feststoff, in die
Extraktionsscheibe eingebracht. Bei 500 Bar diffundiert das superkritische C02 leicht durch die Rübenschnitzel und extrahiert Zucker, insbesondere ohne andere anorganische oder organische Bestandteile mit zu extrahieren. Im erfindungsmässigen rotierbaren Separator können des Weiteren wertvolle Metalle ausgelaugt werden, indem fein vermahlenen Mineralien eingebracht, und unter Druck mit Natriumcyanid, Kaliumcyanid oder Thiourea versetzt werden. Die superkritische oder nahezu (teilweise) superkritische Extraktion mit diesen Lösungsmitteln beschleunigt das Verfahren enorm, verbraucht bedeutend weniger von diesen Auslaugemitteln und findet in einem
geschlossenen System statt.
Bei einer superkritischen oder nahezu superkritischen Extraktion im
erfindungsmässigen rotierbaren Separator kann Kohlenstoffdioxid zusammen mit weiteren, neuartigen und unschädlichen Co-Solventen zum Einsatz kommen, zum Beispiel stark eutektische Lösungsmittel («Deep Eutectic Solvents»; DES) wie zum Beispiel Fulvinsäure. Ein solches Verfahren verzichtet damit ganz auf die konventionellen Auslaugemittel wie
Natriumcyanid, Kaliumcyanid oder Thiourea. Die je nach Drehzahl zu erreichenden Drücke liegen im Bereich von 50 bis 700 Bar, und vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 Bar.
Im erfindungsmässigen rotierbaren Separator kann Meerwasser entsalzt werden, indem vorgereinigtes Meerwasser eingepumpt wird, wobei der bevorzugte mittlere osmotische Druck von 30 Bar schon nach kurzer radialer Abfuhr in den rotierbaren Separator erreicht werden kann. Bei diesem erfindungsgemässen Verfahren wird eine semipermeable Membran als
Separationsmittel verwendet. Die Umkehrosmose wird durch Anlegen eines Druckes oberhalb des osmotischen Druckes auf der Konzentratseite erzwungen. Die Betriebsdrücke auf der semipermeablen Membran legen bei einer einstufigen Meerwasserentsalzung somit im Bereich von 60 bis 200 Bar, und vorzugsweise im Bereich 90 bis 150 Bar. Dieselbe Technik zur
Meerwasserentsalzung kann auch zum Reinigen von verschmutztem Wasser angewandt werden.
Ausserdem kann ein erfindungsgemässer Separator zum Eindicken von Flüssigkeiten, so wie Säften oder Milchprodukten, eingesetzt werden. Dabei kommen auch semipermeable Membranen zum Einsatz, und ebenso die notwendigen Drücke, um die Ausgangsmaterialien zu konzentrieren und einzudicken.
Bei der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten müssen die Aromen nicht vorgängig separiert werden, da sie auf der Konzentratseite verbleiben, ohne grossen Temperaturschwankungen ausgesetzt zu sein. Die Eindickung über Wasserentzug mittels der Umkehrosmose ersetzt somit den Einsatz von Wärme, was die Qualität des Konzentrats steigert. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Kohlehydraten in g/100 g Saft und seiner Osmolalität in mmol/kg. Ein Saft mit 16 g Kohlehydratgehalt pro 100 g Saft hat eine Osmolalität von etwa 1 ,000 mmol/kg, wobei der
Kohlehydratgehalt auch nur 8 g/100 g betragen kann. Die Betriebsdrücke auf der semipermeablen Membran liegen somit in einem relativ breiten Bereich, von 100 bis 700 Bar. Wie bei der konventionellen Herstellung von Kondensmilch wird der Milch etwa 60% des Wasseranteils entzogen. Es ist aber keine Verdampfung, sondern eine Umkehrosmose, welche den Wasserentzug verursacht. Weil mit der rotierbaren Separator die Drücke über die Drehzahlregelung beliebig und stufenlos eingestellt werden können, ist es möglich, den Konzentrationsgrad der eingedickten Milch zu bestimmen. Die Betriebsdrücke auf der
semipermeablen Membran liegen im Bereich von 100 bis 400 Bar.
Der erfindungsgemässe rotierbare Separator kann auch für das Trocknen von Feststoffen verwendet werden. Hierbei eignet sich als Separationsmedium auch eine semipermeable Membran. Der Effekt der Sprühtrocknung oder der Gefriertrocknung tritt erst am Rand der rotierenden Scheibe auf. Bei der Sprühtrocknung wird Warmluft in Gegenstrom auf der Konzentrationsseite in das Auffanggehäuse eingeblasen. Damit verdunstet das verbleibende
Wasser, während die Feststoffe mit einem langsam laufenden Schrupper an der Basis des Auffanggefässes gesammelt und nach aussen befördert werden kann.
Bei der Gefriertrocknung wird analog verfahren, wobei die Entspannungskälte dazu genutzt wird, die im Gegenstrom in das Auffanggehäuse eingebrachte Luft so zu kühlen, dass das im ausgeschleuderten Konzentrat enthaltene Restwasser nicht verdunstet, sondern sublimiert. Wie im Falle der
Sprühtrocknung können die Feststoffe mit einem langsam laufenden
Schrupper an der Basis des Auffanggefässes (des Gehäuses) gesammelt und nach aussen befördert werden.
Der erdindungsgemässe rotierbare Separator kann auch als Kühlsystem dinen, indem als Separationsmittel ein poröser Einsatz verwendet wird über welchen, das komprimierte C02 in Kondensationsräume befördert werden kann, bevor es am Rand der rotierenden Scheibe verdampft und damit die Entspannungskälte erzeugt, die an das sekundäre Kühlmedium im Gehäuse weitergegeben wird. Die Drücke, die für diesen Prozess notwendig sind, liegen zwischen 50 und 200 bar, insbesondere zwischen 80 und 160 bar.
Wie in den vorangehenden beschriebenen Beispielen dienen die porösen Einsätze zum Aufbau der benötigten Betriebsdrücke im Innern des rotierbaren Separators. Somit kann auch ein FITC-Prozess (hydrothermale Konversion) in einem erfindungsgemässen rotierbaren Separator durchgeführt werden. Eine Betriebstemperatur von 100-200°C, insbesondere von 150-190°C, besonders bevorzugt von 180°C, ist technisch ohne Weiteres einstellbar, sei es durch einen vorgeschalteten Kavitationserhitzer und/oder mittels einer
Dampfexplosion, welche beide das Gemisch vor Einbringen in die Welle des rotierbaren Separators aufschliessen. Im erfindungsmässigen rotierbaren Separatorkann kann unter Verwendung eines Einsatz von Eisen-Katalysatoren als Separationsmittel, die
Reformierung von Synthesegas aus der Pyrolyse von Biomasse verwirklicht werden, da diese Art von Katalysatoren bei den typischen, relativ tiefen H2- CO-Relationen (<1 ) immer noch wirksam ist. Somit liegen im
erfindungsmässigen rotierbaren Separator die Betriebsdrücke zwischen 1 und 200 Bar, und vorzugsweise zwischen 60 und 180 Bar.
Weitere vorteilhafte Massnahmen und bevorzugte Verfahrensführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung sowohl in apparativer als auch in
verfahrenstechnischer Hinsicht anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
rotierbaren Separators mit gebogenen Kanälen, und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen rotierbaren Separators mit angewinkelten Kanälen in der Seitenansicht, und Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen rotierbaren Separators mit Sicht auf die Separationsmittel, und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen rotierbaren Separators mit geraden Kanälen, und
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen rotierbaren Separators mit spiralförmigen Kanälen, und Fig. 6 einen Ausschnitt eines porösen Separationseinsatzes;
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
rotierbaren Separators mit angewinkelten Kanälen und porösen Separationseinätzen in der Seitenansicht, und Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit gebogenen Kanälen.
Bei dem gezeigten rotierbaren Separator 1 ist der rotierbare Stützkörper als rotierbare Flohlscheibe 20 ausgeführt. Die gebogenen Separationskanäle 4 befinden sich also im inneren der rotierbaren Flohlscheibe 20.
Im Betriebszustand kann den gebogenen Separationskanälen 4 von der Flohlwelle 3 ein Gemisch zugeführt werden. Durch Rotation der rotierbaren Flohlscheibe 20 wandert das Gemisch durch den Separationskanal 4 in Richtung des Randes R der rotierbaren Flohlscheibe 20. Durch den Druck der Coriolis- und Zentrifugalkräfte auf das Gemisch, kann das Gemisch in mehrere Komponenten aufgetrennt werden.
Die Auftrennung erfolgt hierbei am Separationsmittel 41. Über das
Separationsmittel 41 können Komponenten des Gemischs aus dem
Separationskanal abgetrennt werden, indem diese Komponenten über die Abführkanäle 43 abgeführt werden. Insbesondere können flüssige
Bestandteile und gelöste Bestandteile über die Separationsmittel von den festen Bestandteilen des Gemischs abgetrennt werden. So können die flüssigen Bestandteile des Gemischs über die Abführkanäle 43 abgetrennt werden, während die festen Bestandteile des Gemisches an Rand R des rotierbaren Flohlscheibe 20 über eine Öffnung 42 ausgeworfen werden. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit angewinkelten Kanälen in der Seitenansicht.
Der angewinkelte Separationskanal 4 befindet sich im rotierbaren Stützkörper 2. Der rotierbare Stützkörper 2 wird durch eine erste Scheibe 21 und durch eine zweite Scheibe 22 gebildet, sodass der Separationskanal 4 zwischen der ersten Scheibe 21 und der zweite Scheibe 22 angeordnet ist. Im Randbereich ist der Separationskanal in Axialrichtung in einem Winkel w angewinkelt.
Im Betriebszustand ist der rotierbare Stützkörper 2 mit der Hohlwelle 3 um eine Achse X rotierbar. Durch die Hohlwelle 3 wird dem Separationskanal 4 ein Gemisch zugeführt. Mit der Zufuhr 5 für ein Extraktionsfluid wird das Extraktionsfluid zu den Zuführkanälen 44 geführt, sodass das Extraktionsfluid von den Zuführkanälen über die porösen Zuführringe 441 in den
Separationskanal 4 eingebracht werden kann. Bei der Rotation wird das Gemisch im Separationskanal 4 vom Extraktionsfluid extrahiert, und das
Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs wird, durch die bei der Rotation ausgeübten Coriolis- und Zentrifugalkräfte, über das
Separationsmittel 41 in den Abführkanal 43 abgeführt. Das Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs und die im Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs können getrennt ausgeworfen werden. Das Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs wird über eine Öffnung 431 des Abführkanals ausgeworfen werden. Die im Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs hingegen werden durch Trennen der ersten Scheibe 21 von der zweiten Scheibe 22 ausgeworfen. Die ersten Scheibe 21 wird von der zweiten Scheibe 22 durch einen Mechanismus 6 zum gepulsten Öffnen, getrennt, sodass die im Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs über eine Öffnung 42 gepulst ausgeworfen werden. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit Sicht auf die Separationsmittel.
Bei den gezeigten Separationsmittel handelt es sich um poröse
Separationseinsätze 413, wobei der rotierbare Stützkörper also rotierbare Hohlscheibe 20 ausgeführt.
Das Gemisch kann im Betriebszustand an diesen poröse Separationseinsätze 413 aufgetrennt werden. Insbesondere werden bei der gezeigten Vorrichtung ein erster poröser Separationseinsatz 411 und ein zweiter poröser
Separationseinsatz 412 verwendet. Der erster poröser Separationseinsatz 411 und der zweiter poröser Separationseinsatz 412 weisen verschiedene Porengrössen auf, sodass verschiedene Komponenten des Gemischs am ersten porösen Separationseinsatz 411 und am zweiten porösen
Separationseinsatz 412 abgetrennt werden können.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit geraden Kanälen.
Der rotierbare Stützkörper ist als rotierbare Hohlscheibe 20 ausgeführt. Die Kanäle befinden sich im inneren der rotierbaren Hohlscheibe. Im Betriebszustand kann ein Gemisch von der Hohlwelle 3 in den geraden Separationskanal 4 eingeführt werden. Durch die Rotation wandert das Gemisch in Richtung des Randes R der rotierbaren Hohlscheibe 20. Über die Zuführkanäle 44 kann ein Extraktionsfluid in den Separationskanal 4 eingeführt werden, insbesondere in einem superkritischen Zustand eingeführt werden. Nach Extraktion des Gemisches wird der Extrakt am
Separationsmedium 43 abgetrennt und über die Abführkanäle 43 abgeführt. Der Rest des Gemisches wird an der Öffnung 42 am Rand R der Scheibe ausgeworfen.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit spiralförmigen Kanälen.
Bei dem gezeigten rotierbaren Separator 1 ist der rotierbare Stützkörper als rotierbare Hohlscheibe 20 ausgeführt. Die gebogenen Separationskanäle 4 befinden sich also im inneren der rotierbaren Hohlscheibe 20.
Im Betriebszustand kann den spiralförmigen Separationskanälen 4 von der Hohlwelle 3 ein Gemisch zugeführt werden. Durch Rotation der rotierbaren Hohlscheibe 20 wandert das Gemisch durch den Separationskanal 4 in Richtung des Randes R der rotierbaren Hohlscheibe. Durch den Druck der Coriolis- und Zentrifugalkräfte auf das Gemisch, kann das Gemisch in mehrere Komponenten aufgetrennt werden. Die relative Stärke der
Corioliskraft ist bei einem spiralförmigen Kanal, im Vergleich zu einem gebogenen Kanal, grösser.
Die Auftrennung erfolgt hierbei am Separationsmittel 41. Über das
Separationsmittel 41 können Komponenten des Gemischs aus dem
Separationskanal 4 abgetrennt werden, indem diese Komponenten über die Abführkanäle 43 abgeführt werden. Insbesondere können flüssige
Bestandteile und gelöste Bestandteile über die Separationsmittel 41 von den festen Bestandteilen des Gemischs abgetrennt werden. So können die flüssigen Bestandteile des Gemischs über die Abführkanäle 43 abgetrennt werden, während die festen Bestandteile des Gemisches an Rand R der rotierbaren Hohlscheibe 20 über Öffnungen 42 ausgeworfen werden. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines porösen Separationseinsatzes 413.
Es ist zu erkennen, dass ein Gemisch G in den Separationskanal 4 eingeführt wird. Ausserdem wird dem Separationskanal 4 über den Zuführkanal 44 ein Extraktionsfluid zugeführt werden. Das Gemisch G wird im Separationskanal 4 vom Extraktionsfluid extrahiert. Der so entstandene Extrakt wird über den porösen Separationseinsatz 413 abgetrennt und über den Abführkanal 43 abgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht der poröse Separationseinsatz 413 aus 3 Lagen an verschiedenen Porengrössen. Dieser Aufbau des porösen Separationseinsatzes 413 erlaubt eine spezifischere Auftrennung des
Gemisches G. Ausserdem kann der gezeigte Aufbau auf für Verfahren zur Katalyse verwendet werden, da eine der drei Lagen aus einem Katalysator bestehen kann beziehungsweise einen Katalysator enthalten kann.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen rotierbaren Separators 1 mit angewinkelten Kanälen und porösen Separationseinätzen in der
Seitenansicht. Die angewinkelten Separationskanäle 4 befinden sich im rotierbaren
Stützkörper 2. Der rotierbare Stützkörper 2 wird durch eine erste Scheibe 21 und durch eine zweite Scheibe 22 gebildet, sodass der Separationskanal 4 zwischen der ersten Scheibe 21 und der zweite Scheibe 22 angeordnet ist. Im Randbereich ist der Separationskanal 4 in Axialrichtung in einem Winkel w angewinkelt.
Im Betriebszustand ist der rotierbare Stützkörper 2 mit der Hohlwelle 3 um eine Achse X rotierbar. Durch die Hohlwelle 3 wird dem Separationskanal 4 ein Gemisch G zugeführt. Mit der Zufuhr 5 für ein Extraktionsfluid wird das Extraktionsfluid zu den Zuführkanälen 44 geführt, sodass das Extraktionsfluid von den Zuführkanälen über die porösen Zuführringe 441 in den
Separationskanal 4 eingebracht werden kann. Bei der Rotation wird das Gemisch im Separationskanal 4 vom Extraktionsfluid extrahiert, und das Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs G wird, durch die bei der Rotation ausgeübten Coriolis- und Zentrifugalkräfte, über das
Seiherstäbe 45 in den Abführkanal 43 abgeführt. Das Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs G und die im Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs G können getrennt ausgeworfen werden. Das Extraktionsfluid mit gelösten Komponenten des Gemischs G wird über eine Öffnung 431 des Abführkanals 43 ausgeworfen werden. Die im
Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs G hingegen werden durch Trennen der ersten Scheibe 21 von der zweiten Scheibe 22
ausgeworfen. Die ersten Scheibe 21 wird von der zweiten Scheibe 22 durch einen Mechanismus 6 zum gepulsten Öffnen, getrennt, sodass die im
Separationskanal 4 verbliebenen Reste des Gemischs G über eine Öffnung 42 gepulst ausgeworfen werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Rotierbarer Separator umfassend eine Hohlwelle (3) und einen sich von der Hohlwelle (3) aus radial weg erstreckenden rotierbaren Stützkörper (2), wobei der rotierbare Stützkörper (2) und die Hohlwelle (3) um eine Achse (X) rotierbar sind, und am Stützkörper (2) ein sich von der
Hohlwelle (3) aus in eine radiale Richtung erstreckender Separationskanal (4) angeordnet ist, wobei der Separationskanal (4) derart mit der
Hohlwelle (3) strömungsverbunden ist, dass dem Separationskanal (4) im Betriebszustand ein Gemisch (G) aus der Hohlwelle (3) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
im Separationskanal (4) ein Separationsmittel (41 ) angeordnet ist, sodass das in den Separationskanal (4) zuführbare Gemisch (G) am
Separationsmittel (41 ) in mindestens eine erste und eine zweite
Komponente separierbar ist, wobei ein mit dem Separationskanal (4) strömungsverbundener Abführkanal (43) derart vorgesehen ist, dass über das Separationsmittel (41 ) eine vorgebbare Menge der ersten
Komponente aus dem Separationskanal (4) in den Abführkanal (43) abführbar ist. 2. Rotierbarer Separator nach Anspruch 1 , wobei der rotierbare Stützkörper
(2) und die Hohlwelle (3) drehfest miteinander verbunden sind
3. Rotierbarer Separator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der rotierbare
Stützkörper (2) eine rotierbare Hohlscheibe (20) ist und der
Separationskanal (4) in der rotierbaren Hohlscheibe (20) angeordnet ist.
4. Rotierbarer Separator nach Anspruch 3, wobei die rotierbare Hohlscheibe (20) durch eine erste Scheibe (21 ) und eine zweite Scheibe (22) gebildet wird, sodass der Separationskanal (4) zwischen der ersten Scheibe (21 ) und der zweiten Scheibe (22) angeordnet ist.
5. Rotierbarer Separator nach Anspruch 4, wobei an der ersten Scheibe (21 ) und der zweiten Scheibe (22) ein Scheibentrenner derart angeordnet ist, dass die erste Scheibe (21 ) und die zweite Scheibe (22) separierbar sind, sodass im Betriebszustand das Gemisch (G) beziehungsweise
Bestandteile des Gemischs (G), durch Separieren der Scheiben, insbesondere durch gepulstes Separieren der Scheiben, aus einer Öffnung (42) des Separationskanals (4) entfernbar ist.
6. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei am Separationskanal (4) ein Zuführkanal (44) angeordnet ist, sodass dem Separationskanal (4) über den Zuführkanal (44) ein Extraktionsfluid zur Extraktion des Gemisches (G) zuführbar ist.
7. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei in Rotationsrichtung des rotierbaren Stützkörpers (2) und/oder in
Axialrichtung mehrere Kanäle (4) nebeneinander am rotierbaren
Stützkörper (2) angeordnet sind und/oder um den rotierbaren Stützkörper (4) ein Gehäuse derart angeordnet ist, sodass im Betriebszustand ausschleuderbare flüssige Bestandteile eines Gemisches (G) auffangbar sind.
8. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei im Separationskanal (4) mehrere Separationsmittel (41 ), insbesondere ein erstes Separationsmittel (411 ) und ein zweites Separationsmittel (412), angeordnet sind, sodass ein Gemisch (G) im Betriebszustand
fraktionierbar ist.
9. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei am Separationskanal (4) mehrere Abführkanäle (43) angeordnet sind, sodass das Gemisch (G) im Betriebszustand in eine Mehrzahl von Komponenten fraktionierbar ist und/oder mehrere rotierbare Stützkörper (2) an einer Hohlwelle (3) angeordnet sind.
10. Rotierbarer Separator nach Anspruch 8, wobei im Gehäuse des
rotierbaren Stützkörpers (2) eine Trennwand angeordnet ist, sodass eine Vermischung der im Betriebszustand aus der Öffnung (42) des
Separationskanals (4) ausschleuderbaren Bestandteile verhinderbar ist.
11. Rotierbarer Separator nach der Ansprüche 6 bis 11 , wobei am
Separationskanal (4) mehrere Zuführkanäle (44), insbesondere eine gleiche Anzahl von Zuführkanäle (44) und Separationsmittel (41 ) angeordnet sind, sodass dem Separationskanal (4) ein Extraktionsfluid oder verschiedene Extraktionsfluide zur Extraktion des Gemisches (G) derart zuführbar sind, dass das Gemisch (G) stufenweise extrahierbar ist, insbesondere stufenweise fraktionierbar ist.
12. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei der Separationskanal (4) gerade oder spiralförmig und/oder gebogen ist und/oder der Separationskanal (4) angewinkelt ist, insbesondere in einem Winkel (w) von 90° bis 170° angewinkelt ist, besonders bevorzugt in einem Winkel (w) von 90° bis 150° angewinkelt ist, im speziellen in einem Winkel (w) von 100° bis 145° angewinkelt ist
13. Rotierbarer Separator nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei das Separationsmittel (41 ) als ein Sieb und/oder Seiherstäbe (45) und/oder ein poröser Separationseinsatz (413) ausgestaltet ist.
14. Verfahren zur Extraktion eines Gemisches (G)
dadurch gekennzeichnet, dass
ein rotierbarer Separator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Gemisch (G) superkritisch extrahiert wird oder das Verfahren folgende Schritte umfasst:
a) Einbringen eines Gemischs (G) über die Hohlwelle (3) in einen
Separationskanal (4)
b) Erzeugen von, in Bezug auf ein Extraktionsfluid, zumindest teilweise superkritischen Bedingungen, durch Rotation des rotierbaren Stützkörpers (2)
c) Extraktion des Gemischs (G) im Separationskanal (4) mit einem zumindest teilweise superkritischem Extraktionsfluid
d) Abtrennen des Extrakts über das Separationsmittel (41 ) bei Rotation des rotierbaren Stützkörpers (2).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB1027293A (en) * 1962-05-19 1966-04-27 Mueller Hans Filter
WO1996033861A1 (de) 1995-04-27 1996-10-31 Sucher & Holzer Bauplanungs- Und Handelsgesellschaft Mbh Schneckenpresse
RU2140824C1 (ru) 1997-02-21 1999-11-10 Бийский технологический институт Маслоочиститель центробежный

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