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Vorrichtung zur kontinuierlichen Gegenstromextraktion von Flüssigkeiten
mit Flüssigkeiten Zusatz zum Patent 855098
Das Hauptpatent 855 og8 betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion von Flüssigkeiten mit Flüssigkeiten
in mehreren Stufen, durch die die miteinander zu behandelnden Flüssigkeiten im Gegenstrom
geführt werden. Das Mischen und Fördern der Flüssigkeiten erfolgt dabei durch Kreiselpumpen,
die sich in den einzelnen den Stufen entsprechenden Kammern des Extrakteurs in abgeteilten
Pumpenräutmen befinden. Die Kreiselpumpen erzeugen ein Gemisch der miteinander zut
behandelnden Flüssigkeiten und fördern es aus den Pumpenräumen durch eine Verteilvorrichtung
in die Abscheidekammern der zugehörigen Stufen. In den Abscheidekammern trennt sich
das Gemisch aus den verschiedenen, nicht ineinander löslichen Flüssigkeiten entsprechend
ihren verschiedenen spezifischen Gewichten in seine Bestandteile, die nach dem Gegenstromprinzip
in die nächsten Kammern weitergeleitet bzw. aus den Endkammern abgezogen werden.
Dem abgeteilten Raum, in dem sich jede Kreiselpumpe befindet, fließen die zu mischenden
Flüssigkeiten aus den benachbarten Kammern zu', wobei die leichtere Flüssigkeit
durch eine Leitung unten und die schwerere z. B. über ein Wehr od. dgl. oben in
jeden Pumpenraum gelangt. Die in dem Extrakteur zu behandelnden Flüssigkeiten werden
den Pumpenräumen der beiden Endstufen von außen durch Leitungen, gegebenenfalls
über einen Sammelraum zugeführt.
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Die Kreiselpumpen sind zweckmäßig so ausgebildet, daß ein starker
Mischeffekt erzielt wird, und es werden vorteilhaft Kreiselpumpen verwendet, die
eine
flache Charakteristik haben, so daß eine geringe Veränderung des Flüssigkeitsstandes
im Pumpenraum eine starke Veränderung der Fördermenge ergibt.
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Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent kann mit Einrichtungen ausgestattet
sein, die dafür sorgen, daß der Gegenstrom der miteinander zu behandelnden Flüssigkeiten
durch die Apparatur auch dann nicht unterbrochen wird, wenn die Pumpe einer Stufe
ausfällt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn eine größere Anzahl von
Stufen, z. B. drei bis zehn oder noch mehr Extraktionsstufen, vorhanden sind. Sie
besteht aus Leitungen, die die Pumpenräume der benachbarten Stufen verbinden.
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Setzt eine Pumpe aus, so bilden sich in dem zugehörigen Pumpenraum
zwei Flüssigkeitsschichten.
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Die Leitungen, die die Umleitung der Flüssigkeit durch die nicht mehr
arbeitende Stufe bewirken, sind nun so angeordnet, daß die obere der beiden Flüssigkeitsschichten,
die sich bei Stillstand der Pumpe im Pumpenraum bilden, durch ein geneigtes Rohr
in die Stufe fließt, in die die leichtere Flüssigkeit sonst aus dem Abscheideraum
der betreffenden Kammer gelangen würde, während die untere, schwerere Flüssigkeitsschicht
durch eine unten im Pumpenraum ansetzende, ansteigende Leitung in den Pumpenraum
der anderen benachbarten Kammer abströmt.
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Diese Einrichtung, die es ermöglicht, den Extrakteur auch bei Ausfall
einer Stufe (oder mehrerer) in Betrieb zu, halten, hat sich im praktischen Betrieb
bewährt. Indessen kann es bei Extrakteuren mit mehreren Stufen vorkommen, daß infolge
der vielen Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Pumpenkammern unerwünschte
Rück-bzw. Kreisläufe von Flüssigkeiten auftreten, die die Leistung des Extrakteurs
beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß
aus den Pumpenkammern bzw. aus einem mit den Pumpenkammern in Verbindung stehenden,
gegen die Abscheidekammern abgeschlossenen Raum für die Umleitung der Flüssigkeiten
bei Stillstand der Pumpe nur eine Ableitung für die schwerere Flüssigkeit in die
Pumpenkammer der folgenden Stufe vorgesehen ist und daß die Einzugsmündung dieser
Leitung so hoch in die Pumpenkammer gelegt ist, daß sich die schwerere Flüssigkeit
in der Pumpenkammer - so weit anstaut, daß sie die Leitung, durch die bei normalem
Betrieb die leichtere Flüssigkeit in die Pumpenkammer gelangt, absperrt und darin
emporsteigt. Die leichtere Flüssigkeit kann dann also nicht mehr in eine Pumpenkammer
gelangen, deren -Pumpe nicht mehr fördert. Sie wird aus oder vor der Zuführungsleitúng
zu dem Pumpenraum der stillstehenden Stufe in die nächste Stufe umgeleitet, was
leicht dadurch geschehen kann, daß in jeder Abscheidekammer auger der Ableitung
für die leichtere Flüssigkeit in die folgende Kammer eine zweite Ableitung in die
nächstfolgende-bzw. nach außen vorgesehen ist.
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Beispielsweise wird die Einzugsöffnung der zweiten Ableitung (der
Umleitung) höher gelegt als die der ersten Ableitung, durch die die leichtere Flüssigkeit
im normalen Betrieb abfließt. Bei Stillstand der Pumpe in einer Kammer staut sich
die leichtere Flüssigkeit in der vorhergehenden, bis die zweite Abteilung in Tätigkeit
treten kann.
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Man kann auch die erste mit der zweiten Ableitung durch ein Absperrorgan,
z. B. Schwimmventil od. dgl., verbinden, das in der ersten Ableitung liegt, durch
die die leichtere Flüssigkeit im normalen Betrieb in den Pumpenraum der folgenden
Stufe gelangt. Im normalen Betrieb hält das Ventil die Ableitung zu diesem Pumpenraum
offen und schaltet die zweite Ableitung vom Zufluß der leichteren Flüssigkeit ab.
Gelangt die Pumpe zum Stillstand, so wird durch den Rückstau der schwereren Flüssigkeit
in der Ableitung für die leichtere Flüssigkeit das Ventil betätigt, so daß die Ableitung
für den Durchgang der leichteren Flüssigkeit abgesperrt wird und die leichtere Flüssigkeit
auf die Umleitung zur nächsten in Betrieb befindlichen Pumpe umgeschaltet wird.
Auch kann die Betätigung dieses Absperr- oder Umschaltorgans statt durch den Rückstau
der schwereren Flüssigkeit auf andere Weise, z. B. automatisch, vom Stillstand der
betreffenden Pumpe oder auf ein vom Stillstand ausgelöstes Signal, z. B. von Hand,
vorgenommen werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
und schematisch dargestellt.
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Fig. I ist ein senkrechter Längsschnitt, Fig. 2 ein Grundriß eines
erfindungsgemäß ausgestatteten- Extrakteurs, bei dem der Rückstau der schwereren
Flüssigkeit in dem Raum der stillstehenden Pumpe den normalen Zufluß der leichteren
Flüssigkeit in diesen Pumpenraum unterbindet; die Fig. 3 und 4 und Fig. 5 und 6
zeigen den gleichen Extrakteur ebenfalls im Schnitt und im Grundriß.
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Doch hat der Extrakteur nach Fig. 3 und 4 in den Leitungen für die
leichtere Flüssigkeit zu den Pumpenräumen ein Absperr- oder Umschaltorgan, und es
ist der Extrakteur nach Fig. 5, 6 und 7 mit automatisch bzw. auf ein Alarmsignal
von Hand zu' betätigenden Umsehaltorganen für die leichtere Flüssigkeit ausgestattet..
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Der Extrakteur ist durch die Wände 2 in die Extraktionsstufen a,
b, c... unterteilt. In den Figuren sind nur drei Stufen a, b, c gezeichnet In der
Praxis empfiehlt es sich jedoch in vielen Fällen, die Stufenanzahl erheblich höher
zu wählen, was durch Anordnung einer entsprechenden Zahl von z. B. der Stufe b in
allen Einzelheiten entsprechenden weiteren Stufen möglich ist. Konaxial mit der
senkrechten Mittellinie der Wände 2 oder in der Nähe dieser Mittellinie sind die
Pumpenräume 30, 3I und 32 mit den Pumpen 20, 2I und 22 vorgesehen. Die schwerere
Flüssigkeit wird z. B. durch eine Stirnwand des Extrakteurs bei 4 in den Pumpenraum
30 eingeführt. Die leichtere Flüssigkeit tritt in den Pumpenraulm 32 der letzten
Stufe c durch die Leitung 6 ein, in die sie aus der mit dem Wehr 41 versehenen Einführungskammer42
ab-
fließt. Diese Kammer ist an die Zuleitung für die leichtere
Flüssigkeit mittels Stutzen 43 angeschlossen. Im normalen Betrieb durchläuft die
leichtere Flüssigkeit die Stufen c und b, wie nachstehend näher beschrieben, und
gelangt durch den Trichter 8 der Stufe b und das Rohr 46 in den unten und seitlich
gegen die Abscheidekammer 34 abgeschlossenen Raum 44 dieser Stufe, der mit dem Wehr
45 ausgestattet ist. Vor dem Wehr zweigt aus dem Raum die Leitung g ab, die unten
in den Pumpenraum 30 der Stufe a mündet. Aus diesem Pumpenraum werden die durch
g und 4 zugeführten Flüssigkeiten von der Kreiselpumpe 20 durch die Rohre -I2 und
I3 in den Verteilerraum 14 gefördert. Das Gemisch dieser beiden Flüssigkeiten tritt
durch die in der Wandung des Verteilerraumes vorgesehenen Öffnungen in den Abscheideraum
33 der ersten Stufe a und trennt sich hier in zwei Schichten I und II. Die Flüssigkeit
der oberen Schicht 1 verläßt den Extrakteur durch den überlauf I6 und die Leitung
I7. Im Rohr 18 aufsteigend gelangt die schwerere Flüssigkeit aus der unteren SchichtII,
über den trichterförmigen Rand 19 des Rohres r8 überlaufend, in den Raum 47, aus
dem sie durch die Öffnungen 48 in den Pumpenraum 3I ausfließt.
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In dieser sowie in der nächsten Stufe oder den nächsten Stufen, wenn
mehr als drei Stufen vorgesehen sind, wiederholen sich die Misch- und Trennvorgänge
auf die beschriebene Weise. Die Stufen b und c sind in der gleichen Weise wie die
Stufe a mit Rohren I8 ausgestattet. Die Stufe b hat ebenfalls einen Raum 47, der
dem Pumpenraum 32 vorgeschaltet ist und in den die schwerere Flüssigkeit aus dem
Abscheideraum 34 der Stufe b durch das Rohr I8 überlaufen kann, um durch die (5ffnungen48
in der Wandung des Pumpenraumes 32 in den Pumpenraum åbzufließen. Das Rohre8 der
Stufe c ist in dem Raum 49 angeordnet, aus dem die schwerere Flüssigkeit durch die
Leitung 50 austritt. Die Pumpenräume 3I, 32 sind ähnlich wie der Pumpenraum 30 ausgebildet,
und es fördern die in den Räumen 3I und 32 angeordneten Kreiselpumpen 2I und 22
in der gleichen Weise wie die Pumpe 20 der Stufe a durch die Leitungen 12 und I3
in die Verteilerräume 14. Für den Abfluß der leichteren Flüssigkeit ist auch in
der Stufe c ein Trichter 8, ein Rohr 46, ein Raum 44 mit Wehr 45 vorgesehen, und
es steht der Teil des Raumes 44, der zwischen Wehr 45 und Leituhg 46 liegt, durch
die Leitung g mit dem Pumpenraum 3I in Verbindung.
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Die Lage des Trennspiegels in den Abscheidekammern wird durch die
Uberlaufränder I9 der Rohre 18 und der Trichter 8 bzw. I6 bestimmt.
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Durch die in der Höhe verstellbare Ausführung z. B. des Trichters
8 kann man damit auch während des Betriebes die Lage des Trennspiegels heben oder
senken; beispielsweise sind die Trichter 8 bzw. I6 auf dem Rohr 79 mit einem feinen
Gewinde aufgeschraubt, so daß man dadurch Drehen der Trichter die Ausflußhöhe einstellen
kann.
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Ferner sind die Leitungen 5I, 52 und 53 vorgesehen. 51 und 52 verbinden
die Pumpenräume 30 und 3I bzw. 3I mit 32, während die Leitung 53 vom Pumpenraum
32 in den Raum 49 führt. Die Leitungen 51, 52 und 53 verlaufen geneigt von einem
Pumpenraum zu dem nächsten bzw. zu dem Raum 49. Sie haben oben Trichter, und es
liegt der Trichter 54 etwas höher als der Trichter 55 und dieser etwas höher als
der Trichter 56, so daß ein genügendes Gefälle für den Durchfluß der schwereren
Flüssigkeit durch den Extrakteur vorhanden ist. Die Trichter 55 und 56 liegen nicht
unmittelbar in den Pumpenräumen 3I und 32, sondern in den Räumen47 neben den oberen
Mündungen 19 der Rohre I8 und etwas tiefer als diese Mündungen.
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Fällt nun eine Pumpe aus, z. B. die des mittleren Pumpenraumes 3I,
so fließt die schwerere Flüssigkeit durch das Rohr I8 weiter in den Pumpenraum 31.
Dieser füllt sich mit der schwereren Flüssigkeit, bis der Flüssigkeitspiegel in
diesem Raum den oberen Rand des Trichters 55 erreicht. Dann fließt die geringere
Menge leichterer Flüssigkeit, die sich über der schwereren Flüssigkeit abgesetzt
hat, und nachfolgend die schwerere Flüssigkeit durch den Trichter 55 und das Rohr
52 in den Pumpenraum 32 ständig weiter ab, so daß der Austritt der schwereren Flüssigkeit
aus dem Abscheideraum der Stufe a nicht unterbrochen wird und die Flüssigkeit aus
der Stufe a unter Umgehung der Stufe b in den Pumpenraum der Stufe c gelangt.
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Beim Stillstand der Pumpe im Puanpenraum 3I steigt die schwerere
Flüssigkeit sehr schnell über die Mündung des Rohres g an und unterbricht damit
den Zufluß der leichteren Flüssigkeit durch das Rohr 9 aus der Stufe c in die Stufe
b Dadurch, daß der Abfluß der leichteren Flüssigkeit aus der Stufe c in die Stufe
b auf diese Weise unterbunden wird, steigt der Spiegel der leichteren Flüssigkeit
in dem Raum 44. Die Flüssigkeit fließt nunmehr über das Wehr 45 und gelangt durch
das Verbindungsrohr 58 unmittelbar in den Raum 44) aus dem leichtere Flüssigkeit
durch das Rohr g in den Pumpenraum 30 der Stufe a ausfließen kann. Auf diese Weise
wird also eine Umleitung der leichteren Flüssigkeit um die Stufe b beim Stillstand
der zu dieser Stufe gehörigen Pumpe bewirkt.
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Analog ist ein Verbindungsrohr 59 vom Raum 44 der Stufe b zur Ableitung
I7 vorgesehen für den Fall, daß die Pumpe der Stufe 30 ausfällt. Ebenso führt ein
Verbindungsrohr 46 vom Raum 42 zum Raum 44, aus dem die leichtere Flüssigkeit im
normalen Betrieb durch die Leitung g in den Pumpenraum 3I gelangt.
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Analog wird der Extrakteur ausgebildet, wenn mehr als drei Stufen,
z. B. 7 bis 10 Stufen, vorgesehen sind. Zweckmäßig derart, daß statt einer mittleren
Stufe b eine entsprechende Zahl dieser Stufen angeordnet werden.
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Bei dem Extrakteur nach Fig. 3 und 4 sind die Pumpenräume 30, 3I
und 32 mit den Pumpen 20, 21 und 22, den Leitungen 12 und 13, dem Verteilerraum
14 und die Abscheideräume33, 34, 35 der Stufen a, b, und c, sowie die Rohre t8,
durch die die schwerere Flüssigkeit aus den Abscheideräumen der Stufen a und b in
die Pumpenkammern der
Stufen b und c bzw. die Samme me 72 und aus
dem Abscheideraum der Stufe c i« den Raulmqg emporsteigt und ferner die Zuleitung
4 für die schwerere, sowie die Ableitungen 50 für die schwerere und I7 für die leichtere
Flüssigkeit, die Umleitungen 5I, 52, 53 für die schwerere Flüssigkeit, sowie die
Trennwände 2 in der gleichen Weise au-sgebildet wie in Abb. I und 2 bzw. 5, 6 und
7. Die Leitung I43, durch die die leichtere Flüssigkeit in den Extrakteur eintritt,
mündet in einem Behälter I42, in dem ein Absperr und Regelorgan 141 vorgesehen ist.
Aus dem Behälter 142 führt die Leitung 6 in den Pumpenraum 32. In ähnlicher Weise
stehen die Uberlauftrichter8 der Stufen b und c durch die Leitungen 46 mit Behälter
63 und 64 in Verbindung, die ebenfalls mit Umschalt- und Absperrorganen 141 ausgestattet
sind. Von den Umschaltorganen im Behälter I42 und 63 führen Leitungen 58 zu den
Leitungen 46, die die Trichter 8 mit den Absperr- und Umschaltorganen 141 der Behälter
63 bzw. 64 verbinden, und es ist an das Umschaltorgan des Behälters 64 ein Abfluß
59 zu der Ableitung 17 angeschlossen, durch die die aus der Stufe a ablaufende,
leichtere Flüssigkeit den Extrakteur verläßt.
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Die schwerere Flüssigkeit gelangt aus den Abscheidekammern 33 und
34 aufsteigend durch die Rohre I8 in Kammern 72, die mit Wehren 73 ausgestattet
sind. Im normalen Betrieb läuft die schwerere Flüssigkeit, die aus den Rohren x8
oben aus tritt, durch die Ableitungen 73 in die Pumpenräume 3I und 32.
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Fällt eine Pumpe aus, so staut sich die Flüssigkeit in dem zu dieser
Pumpe gehörenden Pumpenraum. Das hat zunächst zur Folge, daß durch den Rückstau
in der Leitung 6, durch die die leichtere Flüssigkeit aus der im Sinne ihrer Strömungsrici0r.
tung vorhergehenden Stufe in den Raum der stillstehenden Pumpe eintritt, das Absperr-
und Umschakorgan 141 betätigt wird, so daß der weitere Zufluß der Flüssigkeit durch
das Rohr 6 abgesperrt und der Strom der Flüssigkeit über die betreffenden Leitungen
58 und 46 in die folgende Stufe mit laufender Pumpe umgeschaltet wird.
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Da der Zustrom der schwereren Flüssigkeit in den Raum der stillstehenden
Pumpe nicht unterbrochen wird, steigt die schwerere Flüssigkeit in diesem Pumpenraum
an, und zwar so hoch, daß die Flüssigkeit in der Kammer 72 nunmehr über das Wehr
73 läuft und durch die Umleitung, z. B. 52, in die - im Sinne der Strömungsrichtung
der schwereren Flüssigkeit folgende Stufe mit laufender Pumpe übertritt. Die Leitung
5I verbindet den Pumpenraum 30 mit dem Pumpenraum 3I, und es führt aus dem Behälter
72 der letzten Stufe die Leitung 53 zu dem Sammelraum 49, in den die schwerere Flüssigkeit
aus dem Abscheideraum der letzten Stufe durch das Rohre8 gelangt, -um aus dem Abscheideraum
49 durch die Leitung 50 abgezogen zu werden. Auch bei diesem Extrakteuir sind die
Umleitungen in der Höhe so gegeneinander abgestuft, daß ein geordneter Durchgang
der Flüssigleiten durch den Extrakteur sichergestellt ist.
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Diese Vorrichtung gestattet infolge der Absperr-und Umschaltorgane
eine gu,te Überwachung des Flüssigkeitsdurchganges durch den Extrakteur, so daß
die Kontrolle des Extrakteurs besonders einfach und betriebssicher wird.
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Die gleichen Vorteile hat die Vorrichtung nach den Fig. 5, 6 und
7, in denen 5I, 52, 53 ebenfalls Umleitungen sind, durch die die schwerere Flüssigkeit
bei Stillstand einer Pumpe aus dem zu dieser Pumpe gehörenden Pumpenraum in den
Pumpenraum bzw. in den Sammelraum 49 der letzten Stufe abfließt. Nur sind im Gegensatz
zu der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 die Einzugsmündungen der Rohre 51., 52 und
53 unmittelbar in die Pumpenräume gelegt. Die leichtere Flüssigkeit, die durch die
Leitung 91 (Fig. 5 bis 7) ankommt, wird über das Ventil 92 und die Leitung 93 in
den Pumpenraum 32 der Stufe c geleitet. Aus der Abscheidekammer 35 der Stufe c strömt
die leichtere Flüssigkeit über den Rand des Trichters 8 und die Leitung 94 zum Ventil
95 der Stufe b. Ferner ist eine Verbindungsleitung 96 vom Ventil 92 zur Leitung
94 vorgesehen. Die gleiche Schaltung: Überlauftrichter 8, Ableitung 97 zum Ventil
98, Verbindungsleitung 99 wiederholt sich zwischen den Stufen b und a, aus der die
leichtere Flüssigkeit durch den Überlauftrichter 8 und die Leitung 100 abgezogen
wird.
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Gelangt beispielsweise die Pumpe 21 zum Stillstand, so füllt sich
der mittlere Pumpenraum 3I bis zur Einzugsmündung des Rohres 52 dadurch, daß die
schwerere Flüssigkeit aus dem Abscheideraum 33 weiter durch das Rohr I8 über das
Wehr IOI in diesen Pumpenraum fließt. Durch das Rohr 52 läuft die schwerere Flüssigkeit
in den Pumpenraum 32 der Stufe c weiter. Gleichzeitig mit dem Stillstand der Pumpe
werden die Ventile 92, 95, 98 umgeschaltet, was entweder automatisch, z. B. durch
mit Flüssigkeit, Preßluft, magnetisch oder elektrisch vom Stillstand der Pumpe ausgelöste
Effekte erreicht werden kann, oder es wird zwangläufig mit dem Stillstehen- der
Pumpe ein Signal betätigt, das die Bedienung zur Umschaltung dieser Ventile veränlaßt.
Die leichtere Flüssigkeit, die solange aus dem Abscheideraum 35 durch den Trichter
8 in das Rohr 94 und das Ventil 95 sowie die Leitung 102 in den Pumpenraum 3I floß,
geht dann nach Umschaltung des Ventils 95 durch die Leitung 99, das Ventil 98 und
die Leitung Io3 in den Pumpenraum 30 der Stufe a. Der Betrieb des Extrakteurs wird
also auch bei dem Ausfallen einer oder mehrerer Pumpen mit Sicherheit aufrechterhalten.
Statt der Umschaltventilegs, 95 und 98 können auch Absperrventile IO5, Io6 bzw.
IO7, 108 bzw. IO9 und IIO vorgesehen sein (Fig. 6), von denen IO5, I07 und IO9 in
den Leitungen 93, IO2 und IO3 und die Ventile io6, io8 und 110 in den Verbindungsleitungen
96, 99 und III angeordnet sind.