CH372645A - Abtrennvorrichtung für Destillations-, Extraktions-, Absorptions- oder Austauschverfahren - Google Patents

Description

  
 



  Abtrennvorrichtung für Destillations-,   Extraktions-,    Absorptions- oder Austauschverfahren
Die Erfindung betrifft eine Abtrennvorrichtung, in welcher mindestens ein Stoff dadurch mindestens teilweise von einer Phase in eine andere Phase übergeführt wird, dass er sich nach Durchströmung der Vorrichtung in geänderter Konzentration auf diese zwei eingeführten Phasen verteilt.



   Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise für Destillations-, Extraktions-, Absorptions- und Austauschverfahren (z. B. zur Anreicherung einer Phase an einem Isotop) benötigt. Bei allen diesen Verfahren ist es zur Erzielung eines raschen und guten Austausches erforderlich, die zu mischenden Phasen in einen innigen Kontakt miteinander zu bringen. Zur Förderung der Phasen, die bekanntlich entweder im Gegen- oder Gleichstrom geführt werden, sind, soweit z. B. bei der Destillation zur Förderung nicht eine Temperaturdifferenz für die dampfförmige Phase und die Schwerkraft für die flüssige Phase benutzt wird, ausserdem zusätzlich Pumpen erforderlich.



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in nur einem Konstruktionselement die folgenden drei erforderlichen Verfahrensschritte für eines der oben genannten Verfahren durchzuführen, nämlich intensive Durchmischung der Phasen für den
Austausch,
Erzeugung einer Druckdifferenz für die För derung der Phasen sowie eine Drallerzeugung für die Trennung der
Phasen nach erfolgter Durchmischung.



   Nach der Erfindung ist die Abtrennvorrichtung derart ausgebildet, dass in der Vorrichtung mittels auf einer angetriebenen Welle angeordneter Strömungsflügel in einem Mischraum eine Durchmischung der in diesen Raum eingeführten Phasen und eine zur Förderung dienende Druckdifferenz erzeugt werden, wobei ausserdem dem Gemisch in der Weise ein Drall vermittelt wird, dass in einem anschliessenden Abscheideraum die Phasen erneut getrennt und aus der Vorrichtung weggeführt werden können.



   Es bestehen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Abtrennvorrichtung. Zum Beispiel kann durch ein als Kranz von Strömungsflügeln ausgebildetes Laufrad sowohl die Durchmischung der eingeführten Phasen bewirkt, wie die zur Förderung dienende Druckdifferenz erzeugt werden, wobei ausserdem dem Gemisch zur anschliessenden erneuten Trennung der Phasen ein Drall vermittelt wird. Es kann auch zweckmässig sein, mehrere Laufräder auf der Welle anzuordnen, wobei ein Laufrad zur Durchmischung der Phasen und ein weiteres Laufrad zur Erzeugung einer Druckdifferenz dient, welch letzteres gleichzeitig dem Gemisch einen Drall vermittelt.



   Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind an dem Mischraum tangential Zuleitungen für die gegenläufig zur Drehung der Strömungsflügel erfolgende Zuführung der Phasen angeschlossen und weiterhin die Zuführungskanäle für die Phasen im Mischraum derart ausgebildet, dass die Zuführung radial von aussen nach   innen - in    Gegenrichtung zu der von den Strömungsflügeln auf das Gemisch ausgeübten Zentrifugalkraft - erfolgt. Auch kann es zweckmässig sein, zur Erzielung einer guten Durchmischung die spezifisch schwerere Phase in Achsnähe zuzuführen, während die leichtere Phase am Rande des Mischraumes eingeführt wird.

   Um schon eine Durchmischung einer flüssigen und   gas- bzw.    dampfförmigen Phase vor ihrem Eintritt in den Mischraum einzuleiten, kann es zweckmässig sein, die Flüssigkeitsleitung in die Gaszuführungsleitung vor deren Anschluss an den Mischraum einzuführen. In der Vorrichtung ist zum Antrieb der Welle vorteilhaft ein gekapselter Elektromotor eingebaut, in dessen Gehäuse Schutzgas eingeleitet wird, dessen Druck mindestens so gross wie der Druck im Mischraum ist. Wird in den Mischraum  ein nicht korrodierendes Gas eingeleitet, so ist es zweckmässig, das gleiche Gas als Schutzgas für den Motor zu verwenden.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann vorteilhaft für Austauschreaktionen benutzt werden, z. B. bei den sogenannten Heiss-Kalt-Verfahren. Bei diesen Verfahren wird bekanntlich zur Anreicherung des schwereren Isotops (z. B. bei Wasserstoff des   Deu-    teriums) die Temperaturabhängigkeit des Austauschgleichgewichtes benutzt (z. B. Austauschgleichgewicht zwischen Wasserstoff und Ammoniak, Wasserstoff und Wasser oder Wasserstoff und   Schwefetwasser-    stoff).



   Weiterhin kann die Vorrichtung nach der Erfindung auch zur Durchführung von Detillationen benutzt werden, wobei eine Vorrichtung einem theoretischen Trennboden in einer Destillationskolonne entsprechen kann. Anstelle einer mittels Füllkörper bzw. Glockenböden oder dergleichen bewirkten Durchmischung bei den bekannten Kolonnen, wird bei der Erfindung die Mischung der dampfförmigen und flüssigen Phase im Mischraum der Vorrichtung mittels rotierender Strömungsflügel bewirkt. Anstelle der in der bekannten Kolonne durch Temperaturdifferenz bzw. Schwerkraft bewirkten Förderung der Phasen erfolgt die Förderung bei der Erfindung durch ein Laufrad in der Vorrichtung, welches gleichzeitig zur erneuten Trennung des Gemisches in die einzelnen Phasen dient.



   Zusätzlich müssen selbstverständlich bei Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung für Destillationen Kondenser zur Erzeugung des Rücklaufes und Verdampfer zur Erzeugung der dampfförmigen Phase angeordnet sein. Jedoch kann bei Verwendung der Trennvorrichtung ein grosser Durchsatz erzielt werden, da die Trennvorrichtung infolge der mechanischen Trennung der Phasen hoch belastbar ist.



   Auch bei Extraktionsverfahren, bei welchen ein bestimmter Anteil aus flüssigen Substanzgemischen mit Hilfe geeigneter Lösungsmittel extrahiert wird, z. B. Uranexraktion aus einer wässrigen Lösung mittels Äther, kann die Abtrennvorrichtung vorteilhaft benutzt werden.



   Ebenso kann sie zur Durchführung von Gasabsorptionen dienen, bei welchen bekanntlich Gase von Flüssigkeiten aufgenommen werden (z. B. Auswaschung von Kohlendioxyd aus Synthesegas). Auch für Waschvorgänge, z. B. die Abtrennung von Stauboder anderen festen Verunreinigungen eines Gases mittels einer Waschflüssigkeit kann die Abtrennvor-richtung nach der Erfindung verwendet werden. Die vorgenannten Anwendungsbeispiele stellen selbstverständlich nur eine Auswahl von   Verwendungsmög.-    lichkeiten für die Abtrennvorrichtung dar, die allgemein dann angewendet werden kann, wenn durch Mischung von mindestens zwei Phasen mindestens ein Stoff teilweise von einer in eine andere Phase übergeführt werden soll.



   Bei Anwendung der Erfindung auf eine von zwei Phasen durchströmte Anlage werden erfindungsgemäss mehrere Abtrennvorrichtungen in Serie geschaltet. Eine Ausführungsform einer Abtrennvorrichtung nach der Erfindung ist in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.



   Die Fig. 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung Serienschaltungen von je drei Abtrennvorrichtungen für Anlagen zur Durchführung von Gleichbzw.   Gegenstromverfahren.   



   Der Aufbau und die Wirkungsweise einer Abtrennvorrichtung wird im folgenden anhand der Fig. 1 erläutert.



   Die Vorrichtung 1 enthält als wesentliche Bestandteile einen Mischraum 2, an welchem Zuführungsleitungen 3 und 4 zur Einführung von zwei Phasen (im Ausführungsbeispiel eine flüssige und eine gas- bzw. dampfförmige Phase) angeschlossen sind, ein Laufrad 5, welches am Ende des Mischraumes auf einer von einem gekapselten Elektromotor 6 angetriebenen Welle 7 angebracht ist, einem auf dieser Welle angeordnetem Laufrad 8 im Mischraum sowie einem Abscheideraum 9, an welchem eine Leitung 10 zur Abführung der flüssigen Phase angeschlossen ist.



  Zur Ableitung der gasförmigen Phase ist in den Abscheideraum eine Leitung 11 geführt, welche an ihrem oberen Ende einen glockenförmigen Körper 12 trägt und die selbst mit Einlassöffnungen 13 versehen ist. Weiterhin ist an dem Gehäuse des Antriebsmotors 6 eine Zuführungsleitung 14 für Schutzgas angeschlossen. Im Motorgehäuse ist ausserdem eine Schmiermittelpumpe 15 angeordnet, welche für die Schmierung des oberen der beiden Lager 16 sorgt.



  Mittels der Stopfbüchse 17 sind Motorgehäuse und Mischraum gegeneinander abgedichtet.



   Die Betriebsweise der Vorrichtung ist die folgende:
Die zu mischenden Phasen strömen durch die Leitungen 3 und 4 tangential in die Mischkammer 2 und gelangen von dort in das - vorteilhaft gegenläufig - rotierende Laufrad 8, durch welches eine gute Durchwirbelung der Phasen erfolgt. Das Laufrad ist hierbei derart ausgebildet, dass der entgegengesetzte Effekt, der bei den üblichen Strömungsmaschinen bewirkt werden soll, erreicht wird. Muss nämlich bei Strömungsmaschinen für eine praktisch stossfreie Einführung des strömenden Mediums gesorgt werden, so   solid    im Gegensatz hierzu durch das Laufrad im Mischraum eine gute Durchmischung der in den Mischraum eingeführten Phasen erzeugt werden, wobei Stösse vom Laufrad auf die eingeleiteten Phasen zu einer wirksamen Durchmischung beitragen.

   Sollte es zur Erzielung einer guten Durchmischung zweckmässig sein, können auch mehrere Räder auf der Welle angeordnet werden. Im Mischraum finden zwischen den eingeführten Phasen die Austauschreaktionen statt, durch welche mindestens ein Stoff der einen Phase mindestens teilweise in eine andere Phase übergeführt wird.



   Unmittelbar anschliessend an die erfolgte Reaktion in der Mischkammer wird das Gemisch vom Laufrad 5 erfasst und in den Abscheideraum 9 ge  schleudert. Durch den vom Laufrad auf das Gemisch bewirkten Drall wird dieses wieder in die verschiedenen Phasen zerlegt. Gleichzeitig erzeugt das Laufrad die für die Förderung der Phasen erforderliche Druckdifferenz.



   Die flüssige Phase fliesst als Film am Innenmantel des Abscheideraumes nach unten und kann durch die Leitung 10 z. B. einer weiteren Abtrennvorrichtung zugeführt werden, während die gasförmige Phase durch den Glockenkörper 12 in die Abströmleitung 11 geleitet wird.



   Anstelle der beiden Laufräder 5 und 8 im Ausführungsbeispiel kann auch nur ein Laufrad auf der Welle angebracht sein, welches durch entsprechende Formgebung sowohl zur Durchmischung der Phasen, als auch zur Erzeugung einer Druckdifferenz für die Förderung dient.



   In Fig. 2 ist eine Serienschaltung von drei Abtrennvorrichtungen la,   lb,      lc    zur Durchführung eines Gleichstromverfahrens dargestellt. Derartige Serienschaltungen wird man dann anwenden, wenn zur Einstellung des Reaktionsgleichgewichtes eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch Hintereinanderschaltung von mehreren Vorrichtungen erwünscht ist. Im dargestellten Beispiel werden eine flüssige und eine gasförmige Phase zum Austausch gebracht, wobei die gasförmige Phase durch eine Leitung 20a in die Vorrichtung la strömt, von hier durch eine Leitung 20b in die Vorrichtung   lb    und von hier durch eine Leitung 20c in die Vorrichtung   1 c,    aus welcher das Gas durch eine Leitung 20d weggeführt wird.

   Im Gleichstrom dazu wird eine flüssige Phase durch entsprechende Leitungen 21 a,   21 b,    21c durch die Vorrichtungen la,   lb,      lc    geleitet und schliesslich durch eine Abströmleitung 21d aus der letzten Vorrichtung weggeführt.



   Fig. 3 zeigt ebenfalls ein Ausführungsbeispiel für eine   Serienschaitung    für drei Abtrennvorrichtungen la,   lb,      lc,    welche jedoch zur Durchführung eines   Gegenstromverfahrens-wie    es z. B. in einer Rektifiziervorrichtung durchgeführt   wird - dienen.    Die gasförmige Phase wird dabei durch eine Leitung 23a in die dritte Vorrichtung lc geführt, von hier durch eine Leitung 23b in die nächste, zweite Vorrichtung   lb    und mittels einer Leitung 23c in die erste Vorrichtung la, aus welcher das Gas mittels einer Leitung 23d weggeführt wird.

   Im Gegenstrom zur gasförmigen Phase wird die flüssige Phase mittels der Leitungen 22a, 22b, 22c nacheinander durch die Vorrichtungen la,   lb    und   lc    geführt, in welchen sie mit der gasförmigen Phase in Stoffaustausch gebracht und schliesslich aus der Vorrichtung   lc    mittels einer Leitung 22d weggeführt wird. Ein besonderer Vorteil der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltung von mehreren Abtrennvorrichtungen liegt in der Möglichkeit einer Aufstellung der Vorrichtungen nebeneinander, so dass im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen z. B. Rektifiziersäulen, eine beträchtliche Einsparung an Raumhöhe erzielt werden kann.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Abtrennvorrichtung, in welcher mindestens ein Stoff dadurch mindestens teilweise von einer Phase in eine andere Phase übergeführt wird, dass er sich nach Durchströmung der Vorrichtung in geänderter Konzentration auf diese zwei eingeführten Phasen verteilt, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, dass in der Vorrichtung mittels auf einer angetriebenen Welle angeordneter Strömungsflügel in einem Mischraum eine Durchmischung der in diesen Raum eingeführten Phase und eine zur Förderung dienende Druckdifferenz erzeugt werden, wobei ausserdem dem Gemisch in der Weise ein Drall vermittelt wird, dass die Phasen - in einem anschliessenden Abscheideraum erneut getrennt - aus der Vorrichtung weggeführt werden können.

   II. Anwendung der Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I in einer von zwei Phasen durch strömten : Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass meh- rere Abtrennvorrichtungen in Serie geschaltet sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Kranz von Strö mungsflügelh ausgebildetes Laufrad vorgesehen ist, das die Durchmischung der eingführten Phasen bewirkt, die zur Förderung dienende Druckdifferenz erzeugt und dem Gemisch zur anschliessenden erneuten Trennung der Phasen einen Drall vermittelt.

   2. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laufrad zur Durchmischung der Phasen und ein weiteres Laufrad zur Erzeugung der Druckdifferenz dient, welch letzteres gleichzeitig dem Gemisch den Drall vermittelt.

   3. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mischraum tan- gential Zuleitungen für die gegenläufig zur Drehung der Strömungsfiügel erfolgende Zuführung der Phasen angeschlossen sind.

   4. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungskanäle für die Phasen im Mischraum derart ausgebildet sind, dass die Zuführung radial von aussen nach innen - in Gegenrichtung zu der von den Strömungsflügeln auf das Gemisch ausgeübten Zentrifugalkraft - erfolgt.

   5. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass für die spezifisch schwerere Phase eine Zuführung in der Nähe der Welle und für die leichtere Phase eine Zuführung am Rande des Mischraumes vorgesehen ist.

   6. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I für die Verwendung einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gaszuführungsleitung bereits vor ihrem Anschluss an den Mischraum die Flüssigkeitszuleitung in der Art eingeführt ist, dass eine Durchmischung der Phasen schon vor ihrem Eintritt in den Mischraum beginnt.

   7. Abtrennvorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Welle ein gekapselter Elektromotor in der Vorrichtung ein gebaut ist, in dessen Gehäuse Schutzgas eingeleitet wird, dessen Druck mindestens gleich dem im Mischraum herrschenden Druck ist.

   8. Abtrennvorrichtung nach Unteranspruch 7 für die Verwendung einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, die aus einem nicht korrodierenden Gas besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das gleiche Gas als Schutzgas für den Motor dient.

   9. Anwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau der Vorrichtungen in die Anlage so erfolgt, dass diese von beiden Phasen im Gegenstrom durchströmt werden.