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Vorrichtung und Verfahren um zwei oder mehr Phasen in innige Berührung zu bringen
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und ein Verfahren, die es ermöglichen, zwei oder mehr
Phasen in innige Berührung miteinander zu bringen, z. B. zwei oder mehr miteinander nicht mischbare oder nur teilweise mischbare Flüssigkeiten, insbesondere zum Zwecke der Extraktion von Flüssigkeitsge- mischen, z. B. von mineralischen oder fetten Ölen, wobei man ein oder mehrere selektiv wirkende Lö- sungsmittel verwendet, oder zur Durchführung chemischer Reaktionen, z. B. der Reaktionen zwischen
Olefinen und Schwefelsäure.
Die in Berührung zu bringenden Phasen sind in der Regel ; trömungsfähig, und es handelt sich insbe- sondere um zwei Flüssigkeiten oder eine Flüssigkeit und ein Gas. Eine der Phasen kann jedoch auch aus einem fein verteilten festen Material bestehen.
Aus der brit. Patentschrift Nr. 659,241 ist eine Vorrichtung bekannt, mittels deren zwei oder mehr flüssige Phasen miteinander in Berührung gebracht werden können. Diese Vorrichtung besteht aus einem vorzugsweise aufrecht stehend angeordneten zylindrischen Gehäuse, das einen Rotor enthält und dessen Innenwand mit sich rechtwinklig zur Gehäuseachse erstreckenden ringförmigen Statoren versehen ist. Der Rotor besteht aus einer drehbaren Welle, die mit sich rechtwinklig zu ihrer Achse erstreckenden Scheiben versehen und in der Mitte zwischen den ringförmigen Statoren angeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung lassen sich Abteilungen oder Kammern unterscheiden, von denen jede durch zwei benachbarte Statorringe begrenzt wird.
Wenn man eine Vorrichtung nach der genannten brit. Patentschrift für ein grösseres Fassungsvermögen bzw. eine höhere Leistung baut und daher grössere Rohrdurchmesser vorsieht, können sich bei zuneh- mendem Durchmesser gewisse Nachteile ergeben. Wenn man nämlich die Höhe der Kammern unverändert lässt, kann sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung verringern ; dies ist auf die unvollkommene Ausbildung der Wirbel zurückzuführen, die in der Vorrichtung während des Betriebes erzeugt werden müssen. Dieser unerwünschten Wirkung kann in erheblichem Ausmass dadurch begegnet werden, dass man die Höhe der Kammern vergrössert. Bei einer solchen Abänderung wird jedoch eine axiale Durchmischung der Phasen gefördert, woraus sich eine Herabsetzung der Zahl der je Längeneinheit theoretisch vorsehbaren Stufen ergibt.
Infolgedessen muss man der Vorrichtung eine erheblich grössere Länge geben. Dies führt jedoch sowohl zu mechanischen als auch zu betriebsmässigen Schwierigkeiten, die auf die grössere Länge des Rotors und den grösseren Durchmesser der Rotorscheiben zurückzuführen sind, denn es muss eine erheblich grössere Masse angetrieben werden, wodurch unerwünschte Schwingungen entstehen können, so dass man kostspielige Spezialkonstruktionen für den Antrieb, für die waagrechte und senkrechte Zentrierung des Rotors und zur Lagerung des Rotors benötigt.
Es wurde nun gefunden, dass die erwähnten Schwierigkeiten nicht oder jedenfalls in einem erheblich geringeren Ausmass auftreten, wenn man einen Rotor benutzt, dessen wirksame Fläche eine Zylinderfläche ist, sowie ringförmige Statoren, die abwechselnd einen grösseren und einen kleineren Durchmesser haben, wobei die Statoren mit dem grösseren Durchmesser an der Wand des Gehäuses oder im wesentlichen an der
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Wand anliegend angeordnet sind, während die Statoren mit dem kleineren Durchmesser einen Ringspalt zwischen den Statoren und der Gehäusewand freilassen.
Es sei bemerkt, dass ein Rotor mit einer wirksamen Fläche in Form eines Zylinders vom konstrukt- ven Standpunkt aus einfach ist ; einer der Gründe hiefür besteht darin, dass man keine besonderen Mass- nahmen zu ergreifen braucht, um den Rotor gegenüber den Statoren zu zentrieren. Die Erfindung sieht da- her eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, um zwei oder mehr Phasen miteinander in Berührung zu brin- gen, bei denen es sich z. B. um zwei oder mehr nicht miteinander mischbare oder nur teilweise misch- bare Flüssigkeiten handelt, wobei ein vorzugsweise aufrecht stehendes zylindrisches Gehäuse verwendet wird, das einen Rotor enthält, und die Innenwand des Gehäuses mit sich rechtwinklig zur Gehäuseachse erstreckenden ringförmigen Statoren ausgerüstet ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch ge- kennzeichnet, dass der Rotor eine wirksame Fläche in Form eines Zylinders besitzt und dass ringförmige
Statoren vorhanden sind, die abwechselnd einen grösseren und einen kleineren Durchmesser haben und so angeordnet sind, dass sich die Statoren mit dem grösseren Durchmesser in Anlage an der Gehäuseinnenwand oder im wesentlichen in Anlage an dieser Wand befinden, während die Statoren mit dem kleineren Durch- messer einen Ringspalt zwischen jedem Stator und der Gehäusewand freilassen.
Gemäss der noch zu erläuternden Zeichnung bestehen die Statoren aus ringförmigen ebenen Platten, die sich in dem aufrecht stehenden zylindrischen Gehäuse rechtwinklig zur Gehäuseachse., d. h. waag- recht, erstrecken, so dass sie das Gehäuse in eine Anzahl von Kammern unterteilen. Es ist zweckmässig, die Abstände zwischen benachbarten Statoren gleich gross oder im wesentlichen gleich gross zu machen.
Infolge der regelmässig gestaffelten Anordnung der Statoren, die abwechselnd einen sich längs des
Rotors erstreckenden ringförmigen Durchgang und einen entlang der Gehäusewand verlaufenden ringför- migen Durchgang freilassen, wird ein besonders günstiger Strömungsverlauf der Phasen und eine hervor- ragende Massenübertragung erzielt ; wenn der Durchmesser des Gehäuses vergrössert wird, ist es grundsätz- lich nicht erforderlich, die Höhe der Kammern zu vergrössern, denn bei dem erfindungsgemässen zy- lindrischen Rotor werden Wirbel erzeugt, und das. Entstehen dieser Wirbel ist von den Abständen zwischen den Statoren praktisch unabhängig.
Bei gleicher Leistungsfähigkeit und gleichem Wirkungsgrad kann daher die Länge der erfindungsgemässen Vorrichtung, insbesondere bei grösseren Gehäusedurcbmessem, kleiner sein als bei den bis jetzt gebräuchlichen Vorrichtungen.
Es sei bemerkt, dass man bei grösseren Durchmessern des Gehäuses den Abstand zwischen benachbarten Statoren im allgemeinen etwas grösser wählt. Bei kleinen Durchmessern von weniger als 50 cm liegen die Abstände zwischen den Statoren gewöhnlich zwischen 3 und 5 cm, während sie bei grösseren Durchmessern über 50 cm gewöhnlich 5 - 20 cm betragen.
Der Flächeninhalt der Statoren von kleinerem Durchmesser ist vorzugsweise gleich oder im wesentlichen gleich dem Flächeninhalt der Statoren von grösserem Durchmesser. Um eine optimale Kombination von hoher Durchsatzleistung bezüglich der Phasen und einer intensiven Durchmischung zu erzielen, ist es in der Regel zweckmässig, dass der Flächeninhalt der Statoren gleich oder im wesentlichen gleich dem halben freien Durchtrittsquerschnitt des Gehäuses ist. Mit dem freien Durchtrittsquerschnitt wird hier der ringförmige Querschnitt bezeichnet, der durch die Gehäusewand und die wirksame Fläche des Rotors abgegrenzt wird.
In allen Fällen, in denen der Durchmesser der kleinen Statoren kleiner ist als der Durchmesser der Öffnung der grösseren Statoren, macht die Anbringung der Statoren keine Schwierigkeiten. Man kann z. B. alle Statoren von kleinerem Durchmesser an zwei oder mehr Stangen 04. dgl. so befestigen, dass man sie als Ganzes in das zylindrische Gehäuse einbringen kann. Diese Statoren können in solchen Abständen verteilt sein, dass sie sich nach dem Einbau in das Gehäuse jeweils in der Mitte zwischen Statoren von grö- sserem Durchmesser befinden. Ferner ist es möglich, alle Statoren, d. h. sowohl diejenigen von kleinem Durchmesser als auch diejenigen von grossem Durchmesser, durch Stangen oder andere Mittel so miteinander zu verbinden, dass man sie auch in diesem Falle als ein Ganzes in das Gehäuse einbauen kann.
Gegebenenfalls können die Verbindungsstangen stromlinienförmig profiliert sein, um eine unerwünschte Turbulenz während des Betriebes zu vermeiden.
Die radialen Abmessungen der Statoren von kleinerem Durchmesser werden vorzugsweise so gewählt, dass nur ein enger Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator verbleibt, dessen Breite vorzugsweise 0, 5-2% des Rotordurchmessers nicht überschreitet.
Der Rotor wird vorzugsweise als gleichachsig mit dem Gehäuse angeordneter Zylinder ausgebildet. In vielen Fällen kann die Umfangsfläche des Zylinders glatt sein. Gegebenenfalls kann man den Zylinder z. B. mit einer oder mehreren sich parallel zu seiner Achse'erstreckenden Leisten versehen. In diesem Falle wird bei gleicher Drehgeschwindigkeit eine erheblich grössere Dispersionswirkung erzielt.
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-hindern.
In manchen Fällen besteht eine der Phasen aus einer Suspension eines festen Materials in einer Flüs- sigkeit. Dies ist z. B. der Fall, wenn eine Suspension aus Polypropylenteilchen in einem Kohlenwasser- stoff ausgewaschen wird, um z. B. Katalysatorreste, Salzsäure und/oder Alkohole zu entfernen. Diese
Suspension kann durch eine Gegenstrombehandlung unter Verwendung von Wasser als Waschflüssigkeit ge- reinigt werden. Die zu reinigende Suspension wird dem unteren Teil der Vorrichtung zugeführt, während die
Waschflüssigkeit am oberen Ende eingeleitet wird ; die gereinigte Suspension wird am Boden der Vorrich- tung kontinuierlich abgezogen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch dazu dienen, eine Extraktion mit zwei Lösungsmitteln durchzuführen. Hiebei wird das zu zerlegende Gemisch zwischen dem unteren und dem oberen Ende der
Vorrichtung zugeführt. Die Extraktionsmittel werden am oberen bzw. unteren Ende bzw. in der Nähe die- ser Enden eingeleitet. Ein Beispiel für eine solche Extraktion ist die Behandlung flüchtiger Öle mit Pen- tan und Alkohol.
Am unteren Ende des Gehäuses läuft der Rotor gewöhnlich in einem Lager oder er wird wenigstens durch ein Lager in seiner Lage gehalten. Es kann vorkommen, dass das Lager von einem Medium umgeben ist, das korrodierend wirkt und/oder schlechte Schmiereigenschaften besitzt, während eine der zuge- führten Phasen diese Nachteile nicht aufweist. Unter diesen Umständen ist es zweckmässig, einen vor- zugsweise kleinen Strom der nicht korrodierend oder weniger stark korrodierend wirkenden Phase oder der
Phase mit den besseren Schmiereigenschaften abzuzweigen und diesen kleinen Strom-über das Lager in die Vorrichtung einzuleiten. Je nach den gegebenen Bedingungen kann man diesen Strom von der leich- ten oder der schweren Phase abzweigen.
BeimExtrahierenvonSchnueröl mit Furfurol kann man z. B. einen Teil des die leichte Phase bildenden, zu extrahierenden Schmieröls als Schmiermittel verwenden, da die den Extrakt enthaltende Phase, die das Lager umgibt, korrodierend wirkt. Beim Entfernen von Asphalt aus Ölrückständen mittels leichter Paraffinkohlenwasserstoffe kann man einen kleinen Teil des die schwere Phase bildenden Öls dem Lager zuführen, weil diese Phase bessere Schmiereigenschaften besitzt als die asphalthaltige Phase im unteren Teil des Gehäuses.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Ausbildungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem aufrecht stehenden Gehäuse l, das mit einer Leitung 2 zum Zuführen der im Gegenstrom zu behandelnden schwereren Phase und einer Leitung 3 zum Zuführen der leichteren Phase versehen ist. Jede dieser Leitungen kann über mehrere Zeigleitungen an das Gehäuse angeschlossen sein. Ferner weist das Gehäuse eine Leitung 4 zum Abziehen der leichten Phase und eine Abgabeleitung 5 für die schwere Phase auf. Ein zylindrischer Rotor 6 ist in dem Gehäuse gleichachsig mit dem Gehäuse angeordnet. Der Rotor wird am oberen Ende durch ein Lager 7 abgestützt und läuft am unteren Ende in einem Lager'8.
An der Wand des Gehäuses sind mehrere Statoren 9 von grossem Durchmesser befestigt. In der Mitte zwischen benachbarten Statoren 9 sind weitere Statoren 10 von kleinerem Durchmesser so angeordnet, dass zwischen dem Rotor 6 und den Statoren 10 nur ein enger Spalt 11 verbleibt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf einen Extraktionsprozess zum Entfernen aromatischer Verbindungen aus Schmieröl mit Hilfe von Furfurol beschrieben. Das hier die schwerere Phase bildende Furfurol wird über die Leitung 2 und das die leichte Phase bildende Schmieröl Über die Leitung 3 zugeführt. Ein kleiner Teil des Schmierölstroms wird über eine Leitung 12 abgezweigtund dem unteren Lager 8 zugeführt, um es zu schmieren. Zu diesem Zweck ist an der Rotorwelle ausserdem eine Haube 13 befestigt, die das Lager 8 umschliesst. Der abgezweigte Strom wird natürlich möglichst klein gehalten.
Bei dem Schmieröl handelt es sich um die zu dispergierende Phase, die sich in Form von Tröpfchen durch das Gehäuse l nach oben bewegt. Die Tröpfchen des Schmieröls, aus dem die aromatischen Ver- bindungen zum grössten Teil entfernt worden sind, sammeln sich im oberen Teil der Säule und bilden eine kontinuierliche leichte Phase, die der Vorrichtung über die Leitung 4 entnommen wird. Die Trennfläche zwischen beiden Phasen befindet sich im oberen Teil des Gehäuses in Höhe der strichlierten Linie 4 und wird dadurch auf dieser Höhe gehalten, dass man die betreffenden Phasen in geeigneten Mengen je Zeiteinheit zu-und abführt.
Zwischen der Einlassöffnung 2 und der Trennfläche 14 ist ein weitmaschiges Gitter 15 angeordnet, das von einem Ring 16 getragen wird und daran befestigt ist. Dieses Gitter verhindert das Auf-
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treten einer Turbulenz an der Trennfläche und fördert das ungehinderte Zusammenfliessen der Tröpfchen.
Eine ähnliche Kombination eines Gitters 17 mit einem Ring 18 ist zwischen dem Einlass 3 und der Abgabeleitung 5 vorgesehen, um ein einwandfreies Abführen der schweren Phase zu begünstigen.
Das extrahierte, von aromatischen Verbindungen befreite Schmieröl wird bei 4 abgezogen, während die Extraktphase (Furfurol und aromatische Verbindungen) bei 5 aus der Vorrichtung abläuft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung, um zwei oder mehr Phasen, z. B. zwei oder mehr miteinander nicht mischbare oder nur teilweise mischbare Flüssigkeiten, in einem vorzugsweise aufrecht stehenden zylindrischen Gehäuse miteinander in Berührung zu bringen, wobei das Gehäuse einen Rotor enthält und die Innenwand des Ge- häuses mit sich rechtwinklig zu seiner Achse erstreckenden ringförmigen Statoren versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche des Rotors eine Zylinderfläche ist und dass ringförmige
Statoren vorhanden sind, die abwechselnd einen grösseren und einen kleineren Durchmesser haben und so angeordnet sind, dass die Statoren von grösserem Durchmesser an der Gehäusewand anliegen oder im we- sentlichen daran anliegen,
während die Statoren von kleinerem Durchmesser zwischen sich und der Ge- häusewand einen Ringspalt freilassen.
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