DE1168392B - Vorrichtung zum Durchfuehren des Stoffaustausches zwischen nicht miteinander mischbaren Fluessigkeiten oder zwischen einer Fluessigkeit und einem Gas - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Durchführen des Stoffaustausches zwischen nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten oder zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas Zur Durchführung eines Stoflaustausches zwischen flüssigen und flüssigen oder flüssigen und gasförmigen Phasen nach dem Gegenstromprinzip werden Kolonnen verwendet, bei denen, z. B. mit einer Membranpumpe, Faltenbalgpumpe oder Kolbenpumpe, in der Flüssigkeit Schwingungen erzeugt werden. Die Turbulenz und der Stoffaustausch werden dadurch bedeutend verbessert.
• Derartige Kolonnen lassen sich vomLaboratoriumsmaßstab leicht in einen halbtechnischen Maßstab vergrößern, wobei man den Querschnitt entsprechend dem gesteigerten Durchfluß vergrößert. Beträgt z. B. der Durchsatz in einer Laborkolonne (Querschnitt = 19,6 cm2) 401/Stunde und will man den Durchsatz verzehnfachen, so benötigt man eine Kolonne mit einem Querschnitt von 196 cm2. Bisherige Versuche, solche Kolonnen auch zur Lösung großtechnischer Extraktionsaufgaben heranzuziehen, scheiterten an mechanischen Schwierigkeiten bei der Vergrößerung der erforderlichen Schwingungserzeuger oder an dem enormen Kraftbedarf der dann notwendigen Schwingungserzeuger, so daß die Ansicht vertreten wurde (Fortschritte der Verfahrenstechnik 1956/57, S. 344, Verlag Chemie, 1958), daß solche Kolonnen auf kleine Durchsätze beschränkt bleiben werden.
• Es ist weiterhin bekannt, mehrere Kolonnen im unteren Teil kommunizierend miteinander zu verbinden und im kommunizierenden Teil in einem Zylinder einen hin- und hergehenden Kolben anzuordnen. Der Kolben liegt hierbei in einem geschlossenen Zylinder mit entsprechendem Querschnitt, der durch dünne Rohrleitungen mit den Kolonnen verbunden ist. Eine derartige Ausführung besitzt den Nachteil, daß der Kolben ganz eng in den Zylinder eingepaßt werden muß, da bei einer auch nur geringen Undichtheit des Kolbens die Flüssigkeit nicht in die engen Rohrleitungen einströmt, sondern zwischen Kolben und Zylinderwand in den der Druckseite abgewandten Teilraum des Zylinders strömt. Eine derartige Ausführung ist besonders bei großen Betriebsanlagen, die für einen längeren Zeitraum kontinuierlich in Betrieb sein müssen, nicht geeignet, da eine betriebssichere Abdichtung für einen langen Zeitraum in der Praxis nicht erreicht werden kann, auch ist der Aufwand an Betriebsenergie infolge der relativ hohen Reibung groß.
• Es wurde nun gefunden, daß in einfacher Weise bei wesentlich kleinerem Kraftbedarf mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Stoffaustausches zwischen nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten oder zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas in mehreren Pulsationskolonnen bei der die Kolonnen im unteren Teil kommunizierend miteinander verbunden und im kommunizierenden Teil ein oder mehrere hin- und hergehende Kolben enthalten sind, gearbeitet werden kann, wenn erfindungsgemäß der kommunizierende Teil etwa den gleichen Querschnitt aufweist wie der Kolben. Man kann in diesem Fall den bzw. die Kolben ohne Dichtung in dem kommunizierenden Rohr anordnen, da eine Undichtheit am Kolbenumfang praktisch keine Wirkung hat. Der Querschnitt der Rohre ist nämlich immer wesentlich größer als die Undichtheit am Rande des Kolbens.
• Auf beiden Seiten des Kolbens befindet sich die gleiche Flüssigkeit.
• Die Vorrichtung wird an den folgenden Beispielen erläutert.
• Beispiel 1 Eine pulsierend arbeitende Füllkörperkolonne gemäß Abb. 1 sollte für eine Großanlage mit einem einhundertmal so großen Durchsatz gebaut werden.
• Für Kolonne 1 nach A b b. 1 diente zur Erzeugung der Pulsation eine Kolbenpumpe 2, Kolbendurchmesser 80 mm, mit Hub- und Frequenzverstellung. Für die Großanlage würde man bei hundertfachem Durchsatz eine Kolonne mit einem Durchmesser von 1900 mm benötigen. Die dann zur Schwingungserzeugung notwendige Kolbenpumpe mit 800 mm Kolbendurchmesser kann in diesen Dimensionen nicht mehr gebaut werden, ohne daß man zu großen Dichtung schwierigkeiten gelangt. Faltenbalgpumpen oder Membranpumpen werden ebenfalls in diesen Dimensionen nicht mehr gebaut. Auch das erforderliche Antriebs aggregat würde einen viel zu hohen Kraftbedarf erfordern, so daß man letzten Endes das Extraktionsproblem mit einer solchen Pulsationskolonne nicht lösen kann.
• Beispiel 2 Erfindungsgemäß wurden zwei Türme 3, 4 (Abb. 2), die einen Durchmesser von je 1340 mm haben, parallel geschaltet und miteinander kommunizierend verbunden. Der Schwingungserzeuger 5 ist in dem kommunizierenden Teil angeordnet und kann z. B. aus einem Faltenbalg, einer Membran oder einem Kolben bestehen. Wählt man einen Kolben 6 als Schwingungserreger (Abb. 2 a und 2b), so braucht der Kolbendurchmesser in diesem Fall nur etwa 500 mm zu betragen. Man kann sogar den Kolbendurchmesser bis auf 200 mm reduzieren und wählt eine größere Hublänge, um die gleiche Amplitude in den Kolonnen zu erreichen.
• Der Kolben braucht nicht mehr abgedichtet zu werden. Eine Abdichtung ist lediglich für die Kolbenstange notwendig, die verständlicherweise wegen des kleinen Durchmessers keine Schwierigkeiten macht.
• Beispiel 3 Besteht die verfahrenstechnische Aufgabe darin, daß man eine Extraktion in zwei hintereinandergeschalteten Kolonnen durchführen oder zwei verschiedene Extraktionen nebeneinander fahren muß, dann kann man in dem kommunizierenden Teil der beiden Kolonnen eine bzw. mehrere Membranen 7,8 nach A b b. 2 a unterbringen, die die Flüssigkeitsräume in den beiden Kolonnen trennen. Die Membranen (oder Faltenbälge) können auch zur Schwingungserzeugung in beiden Kolonnen dienen. Die Beanspruchung der Membranen braucht nur nach dem Antriebsaggregat ausgelegt zu werden, da in den Kolonnen die statischen Flüssigkeitsdrücke bei vorteilhaft gleichen Höhen der Kolonnen auf beiden Seiten der Membranen gleich und die Membranen damit entlastet sind.
• Beispiel 4 Zur Durchführung von Extraktionen, die unter Pulsierung in mehr als zwei Kolonnen durchgeführt werden sollen, kann man sich der Ausführungsform gemäß Abb. 2c bedienen. In Abb. 2c ist die hydraulische Kopplung der Schwingungserreger in mehreren Kolonnen 9, 10, 11, 12 skizziert. Als Schwingungserreger dient eine mit vier Membranen 13, 14, 15, 16 ausgerüstete Kolbenmembranpumpe 17.
• Beispiel 5 Für besonders aggressive Medien läßt sich nach Abb. 3 der pulsierende Kolben 18 außerhalb der Flüssigkeit im Gasraum 19 (evtl. mit Schutzgasatmosphäre) anordnen. Bei dieser Anordnung müssen allerdings Energieverluste durch Kompression des Gases mit in Kauf genommen werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Durchführen des Stoffaustausches zwischen nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten oder zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas in mehreren Pulsationskolonnen, bei der die Kolonnen im unteren Teil kommunizierend miteinander verbunden und im kommunizierenden Teil ein oder mehrere hin-und hergehende Kolben enthalten sind, d a -durch gekennzeichnet, daß der kommunizierende Teil etwa den gleichen Querschnitt aufweist wie der Kolben.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kolben ohne Dichtung in dem kommunizierenden Rohr angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 729 550; britische Patentschrift Nr. 404 005; französische Patentschrift Nr. 955 443; Ind. Engng. Chem. 1955, S. 1153.