DE2701763B2

DE2701763B2 -

Info

Publication number: DE2701763B2
Application number: DE2701763A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 4740 Oelde Hemfort
Original assignee: Westfalia Separator AG
Current assignee: GEA Westfalia Separator Group GmbH
Priority date: 1977-01-18
Filing date: 1977-01-18
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2377232A1; US4147293A; SE431719B; GB1596798A; JPS5620882B2; SU738497A3; SE7714108L; DE2701763A1; FR2377232B1; JPS5390166A; DE2701763C3; DK21278A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen kontinuierlich arbeitenden Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor zum Mischen und Trennen von zwei Flüssigkeiten mit um eine horizontale Achse drehbarer Schleudertrommel, die zwischen den beiden Klärzonen eine so Misch-Kontaktzone sowie getrennte Zuläufe für die Flüssigkeiten bis in die Misch-Kontaktzone und getrennte Abläufe von den Klärzonen aufweist.

Ein solcher Gegenstrom-Zentrifugalextraktor ist beispielsweise aus der DE-AS 10 37 417 bekannt.

Gegenstrom-Zentrifugalextraktoren werden eingesetzt, um aus extrakthaltigen Flüssigkeiten den gelösten Extrakt mittels eines flüssigen Extraktionsmittels in dieses Extraktionsmittel zu überführen wobei die Löslichkeit des Extraktes zum Extraktionsmittel größer &o sein soll als zur extrakthaltigen Flüssigkeit.

Die Überführung des zu extrahierenden Stoffes aus der wäßrigen extrakthaltigen Flüssigkeit in das Extraktionsmittel setzt zudem eine gute Vermischung oder einen innigen Kontakt der beiden Flüssigkeiten voraus, um eine hohe Extraktionsausbeute zu erzielen. Weiter ist bekannt, daß die Anzahl der erzielbaren Extraktionsstufen und somit die Extraktionsausbeute besonders groö ist und die Extraktion mit der geringsten Menge an Extraktionsmittel durchgeführt werden kann, wenn dieser Extraktionspro/.eß in der Misch-Kontakwone im Gegenstrom durchgeführt wird,

Gegenstrom-Zentrifugalextraktoren werden vorwiegend für die Flüssig-Flüssig-Extraktion eingesetzt, da feststoffhaltige zu extrahierende Flüssigkeiten zu einer schnellen Verschlammung der Extraktionstrommeln führen, die dann stillgesetzt und gesäubert werden müssen, was mit einem größeren Zeit- und¹ Arbeitsaufwand verbunden ist. Un? die Laufzeit der Extraktoren zu verlängern, wird deshalb die festoffhaltige Flüssigkeit, z. B. die Kulturbrühe zur Gewinnung von Antibiotika, zunächst filtriert, um die festen Bestandteile abzutrennen, erst dann erfolgt die Extraktion der geklärten Kulturbrühe mit dem Extraktionsmittel.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht nun darin, daß die bei der nitration abgetrennten festen Bestandteile nicht der Extraktion unterworfen sind und neben dem Mehraufwand der zusätzlichen Filtration noch erhebliche Verluste an Extrakt im nicht extrahierten. Flüssigkeit enthaltenden Feststoff auftreten.

Die DE-AS i0 37 417 zeigt einen Gegenstromextraktor, in dem die spezifisch leichtere Flüssigkeit unter höherem Druck in die äußere Misch-Kontaktzone und die spezifisch schwerere Flüssigkeit in die innere Misch-Kotaktzone eingeleitet werden, die beiden Flüssigkeiten durch einen spiralförmig angeordneten Kanal, der zur Verbesserung des Kontaktes der Flüssigkeiten beispielsweise mit Bohrungen versehen ist, im Gegenstrom geführt wird.

Während die spezifisch schwerere Flüssigkeit in einer Kammer im äußeren Trommclbcreich nachgeklärt und aus dieser abgeleitet wird, strömt die spezifisch leichtere Flüssigkeit zur Achse des Extraktors in eine innere Kammer zur Nachklärung und wird aus dieser abgeleitet.

Die äußere Kammer weist zudem eine sich schräg von der Achse entfernende Wandung auf, die sich nach außen hin bis zum Auslaß für die schwerere, Feststoffe mit sich führende Flüssigkeit erstreikt, um abgeschleuderte Feststoffe mit der spezifisch schwereren Flüssigkeil auszutragen.

Nachteilig bei diesem Extraktor ist, daß nur die Feststoffe kontinuierlich mit der spezifisch schwereren Flüssigkeit ausgetragen werden können, die entweder von leichter Konsistenz sind oder mit der Flüssigkeit in Schwebe gehalten und als Suspension abgeführt werden können. Diese Bauart von Zentrifugalextrakloren ist jedoch nicht geeignet. Feststoffe kontinuierlich auszutragen, die im spezifischen Gewicht schwerer als die spezifisch schwerere Flüssigkeit sind und in größeren Mengen anfallen.

Es sind zwar auch Einstufencxtraktoren bekannt, die beispielsweise mit selbstentleerenden Schleudertrommeln ausgerüstet sind, wobei die Feststoffe kontinuierlich ausgetragen werden, jedoch ist für viele Extraktionsprozesse diese einstufige Extraktion nicht ausreichend, um die gewünschte Extraktionsausbeute zu erzielen.

Daher werden mehrere Einstufenextraktoren hintereinandergeschaltet und die Flüssigkeit im Gegenstrom geführt, um zur gewünschten Stufenzahl und Ausbeute zu gelangen. Da bei dieser Arbeitsweise auch der abgeschleuderte und dabei zerschlagene Feststoff wieder zur nächsten Maschine gefördert und mit der übrigen Flüssigkeit vermischt werden muß, entstehen sehr häufig Emulsionen, die in dem Extraktor sehr

schlecht oder nur mit zusatzlichem Aufwand, ζ, Β, durch Zusatz von Netzmitteln, getrennt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Gegenstrom-Zentrifugalexiraktar so auszubilden, daß auch Flüssigkeiten mit Feststoffen höheren spezifischen Gewichts extrahiert werden können und der Feststoff wie die Flüssigkeiten kontinuierlich aus dem Extraktor ausgetragen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß dit Schleudertrommel des Extraktors wenigstens einen zur A"stragseite der spezifisch schwereren Flüssigkeit und der Feststoffe hin sich verjüngenden Trommelmantel mit einer darin konisch-axial angeordneter«-sowie zum Trommelmantel mit Differenzdrehzahl umlaufenden konischen Transportschnecke aufweist und daß zwischen den Wendeln der Transportschnecke im Bereich der Misch-Kontaktzone eine Anzahl von Kontaktstellen angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Extraktors ermöglicht es, extrakthaltige Flüssigkeiten mit sehr hohem Anteil an Feststoffen und Feststoffe mit höherem spezifischem Gewicht störungsfrei zu extrahieren, wobei die Wendeln der mit Differenzdrehzahl zum Trommelmantel umlaufenden Transportschnecke die Feststoffe mit der spezifisch schwereren Flüssigkeit kontinuierlich aus dem Exttraktor austragen.

Nach einer besonderen Ausführungsform des Extraktors ist in der Trommel eine besondere Trockenzone für den Feststoff angeordnet, so daß der Feststoff von der spezifisch schwereren Flüssigkeit noch zusätzlich jo getrennt und in trockener Form ausgetragen wird. Der zur Erreichung einer größeren Anzahl von Extraktionsstufen notwendige Kontakt zwischen dem Extraktionsmittel und der zu extrahierenden festsioffhaltigen Flüssigkeit und damit erzielbaren hohen Extraktionsausbeute wird erreicht durch die mit einer Differenzdrehzahl zum Trommclmantcl umlaufenden Transportschnecke und über eine Anzahl von Kontaktstellen und Bohrungen zwischen den Wendeln, die für eine ausreichende Aufwirbelung im Misch-Kontaktbereich sorgen, d. h. die spezifisch schwerere Flüssigkeit und der Feststoff wurden auf dem Wege vom Einlauf zum Austrag innerhalb der Kontaktzonc durch laufende Aufwirbelungen mit dem spezifisch leichten Extraktionsmittel in wirksamen Kontakt gebracht. Die Erzielung der Differenzdrehzahl kann beispielsweise durch ein Planetengetriebe oder Regelgetriebe erfolgen.

Nach einer besonderen Ausführungsform des Extraklors erfolgt der Ablauf des spezifisch leichteren Extraktionsmittels über eine mit der Transportschnecke verbundene Ablaufpun^c, angeordnet in einer abgedichteten Pumpenkammer, so daß mit Hilfe eines Drosselorgans in der Ablaufleitung des Extraktionsmittcls die Differenzdrehzahl und damit der wirksame Kontakt der Flüssigkeiten während des Betriebes geregelt werden kann.

Weitere Einzelheiten sind der Beschreibung im Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen vertikalen Längsschnitt durch den Zentrifugalextraktor,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt der F i g. 1,

F i g. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch die rechte Hälfte des Zentrifugalextraktors mit einer Trockenzone für den Feststoff

Der Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Fig. 1 besteht aus einem aus den Gehäuseteilen 1 und 2 bestehenden Extraktorengestell, in dem mit Hilfe von Wälzlagern 3 und 4 eine Extraktionstrommei 5 mit waagerechter Längsachse drehbar gelagert ist. Die Trommel ist zweiteilig ausgebildet und weist zwei koaxiale, kegelförmige, mit ihren als Wellen ausgebildeten schmaleren Enden 6 und 7 in entgegengesetzten Richtungen nach außen weisende und mit ihren breiteren Enden untereinander fest verbundene Trommelmantelteile 8 und 9 verschiedener Länge auf. Innerhalb der Trommel 5 ist erfindungsgemäß eine entsprechende kegelförmige Transportschnecke 10 angeordnet, die auf einer Welle Il befestigt ist. Die Welle der Transportschnecke ist durch ein weiteres Wälzlager 12 in einem am Zentrifugengehäuse 1 befestigten Lagergehäuse 13 und durch ein Gleitlager 14 im Innern der Trommelhohlwelle 7 drehbar gelagert. Die Trommel wird beispielsweise durch einen nicht dargestellten Elektromotor über ebe auf dem wellenförmigen Ansatz 6 des Trommelmantels 8 befestigte Keilriemenscheibe 15 angetrieben und auf eine festgelegte Drehzahl gebracht.

Der Extraktor besteht aus einer Misch-Kontaktzone A für den Stoffaustausch, der Klärzone B für die Nachklärung der spezifisch leichteren Flüssigkeit (Extraktionsmittel), der Klärzone Cfürdie Nachkiärung der spezifisch schwereren Flüssigkeit. Die Welle 11 mit der fest verbundenen Transportschnecke 10 ist mit einer Bohrung 16 für die Zuführung der zu extrahierenden spezifisch schwereren feststoffhaltigen Flüssigkeit versehen, die über eine oder mehrere Kanäle 17 in der Transportschnecke mit dem einen Ende der Misch-Kontaktzone A in Verbindung steht und mit einem oder mehreren Kanälen 18 für die Zuführung der spezifisch leichteren Flüssigkeit, die in eine oder mehrere Bohrungen 19 in der Transportschnecke münden und mit dem anderen Ende der Misch-Kontaktzone in Verbindung stehen. Am Ende der Klärzone C ist ein einstellbarer Auslaß 20 für den Ablauf der spezifisch schwereren Flüssigkeit sowie der Feststoffe i;nd zur Einstellung der Trennzone zwischen den beiden Flüssigkeiten angeordnet, am Ende der Klärzone Seine Puvipe 21 für den Ablauf der spezifisch leichteren Flüssigkeit.

Der Extraktor arbeitet folgendermaßen:
Nachdem der äußere Trommelmantel auf voile Drehzahl gebracht worden ist, wird der Extraktor durch die Bohrung 16 in der Welle 11 mit der extrakthaltigen und zu extrahierenden spezifisch schwereren Flüssigkeit beschickt, durchströmt den Kanal 17 und gelangt in den ersten Schneckengang 22 der Misch-Kontaktzone A und strömt innerhalb der Wendeln 23 der sich über den ganzen Trommelbereich erstreckenden Transportschnecke in Richtung Auslaß 20. Unter Einwirkung aer unter Zentrifugalkraft stehenden Flüssigkeit wird die Transportschnecke auf etwa die gleiche Drehzahl wie die des Trommelmr.ntels gebracht, und die gröberen und spezifisch schwereren Feststoffe werden an der Peripherie der Trommel innerhalb der Schneckengänge abgeschleudert. Nach Zuführung des Extraktionsmittel.s (spezifisch leichte Flüssigkeit) unter Druck durch die Kanäle 18, Bohrungen 19 in den Schneckengang 24 strömt das Extraktionsmittel innerhalb der Wendeln 23 der Transportschnecke in Richtung Ablaufpumpe 21 und wird durch den Ablaufstutzen 25, Leitung 26 mit eingebautem Ventil 27 abgeleitet. Sobald sich innerhalb der Pumpenkammer 28 durch Drosseln des Ventils 27 ein Flüssigkeitsstau gebildet hat und die Pumpe 21 in

dem ausgetragenen Extraktionsmittcl rotiert, wird dureh die Flüssigkeitsreibung zwischen der rotierenden Pumpe und dem stillstehenden Lagergehäuse 13 die mit der Pumpe verbundene und umlaufende Transportschnecke 10 laufend abgebremst, so daß sich zum umlaufenden Trommelmantcl eine Differenzdrehzahl einstellt, die bewirkt, daß die zwischen den Wendeln der Transportschnecke abgeschleuderten Feststoffe in Richtung Auslaß 20 für die spezifisch schwerere Flüssigkeil gefördert und ausgetragen werden. Durch die Veränderung der Eintauchtiefe der Pumpe 21 in dem Extraktionsmittcl mittels Drosselung des Ventils 27 kiinn die Differenzdreh/:ihl während des Betriebes reguliert werden.

/.wischen den Wendeln sind im Hereich der Misch-Kontaktzone A auswechselbare Segmente oder Formstücke 29 und an der Peripherie der Wendeln Bohrungen 30 angeordnet, die in Verbindung mit der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommelmantcl den wirksamen Mischkontakt zwischen der zu extrahierenden Flüssigkeit und dem F.xtraktionsmiticl begünstigt, wobei die Überführung des zu extrahierenden Extraktes aus der spezifisch schwereren Flüssigkeit in das F.xtraktionsmittcl erfolgt.

Das aus der Misch-Kontaktzonc ausströmende und mit F.xlrakt angereicherte F.xtraktionsmittcl wird im Bereich der Klärzone B innerhalb der Schncckcngängc nachgeklärt, wobei evtl. Anteile spezifisch schwerer Flüssigkeit und Feststoffe an die Peripherie des Trommclmantels abgeschleudert und von den Wendeln in Richtung Austragspumpc 21 transportiert werden. Die aus der Misch-Kontaktzone ausströmende extrahierte spezifisch schwerere Flüssigkeit und der abgeleitete Feststoff werden in der Klarzone C nachgckläri. wobei evtl. vorhandenes Extraktionsmittcl abgetrennt und über Kanal 31 in den ersten Schncckcngang 32 der Klärzonc B geleitet wird. Die extrahierte spezifisch schwerere Flüssigkeit und der Feststoff werden über Auslauf 20, Ringkanal 33 sowie Ablaufstutzen 34 abgeführt.

Die Fig.2 zeigt einen Teilschnitt A-Bder Fig. I. in dem die Anordnung der Segmente 29 zwischen den Wendeln 23 der Transportschnecke und die zwischen den Segmenten in den Wendeln angeordneten Bohrungen 30 dargestellt sind. Die Segmente sorgen innerhalb der Misch-Konlaktzone A in Verbindung mit der

to Diffcrenzdrehzahl zwischen Trommelmantcl 8 und Schnecke 10 für eine laufende Aufwirbclung der im Gegenstrom geführten Flüssigkeiten und somit für einen ausreichenden Stoffaustauseh.

Die in den Wendeln vorgesehenen Bohrungen 30

r> bewirken zudem einen Flüssigkcilsiuistausch zwischen den Wendeln. Durch die mögliche Regelung der Differenzdrehzahl während des Betriebes kann der Wirbeleffekt und der damit verbundene Mischcffekt serändcrt werden.

2Ii Die F i g. 3 zeigt eine besondere Ausführungsforni lies Fxirakiors. indem innerhalb der Trommel eine besondere Trockenzone D vorgesehen ist, um den abgeschleuderten Feststoff von der getrennten spezifisch schwere ren Flüssigkeit gesondert und in trockener Form

2*> auszutragen.

Während bei dieser Anordnung die spezifisch schwere Flüssigkeit über den Auslaufstutzen 35. Ringkanal 36 und Ablaufstulzcn 37 abgeführt wird, gelangt der Feststoff in eine Trockenzonc IX gebildet

Μ aus cinom verlängerten Trommclmantel 9:i und einer verlängerten Transportschnecke 10,7. die den Feststoff in trockener Form durch die Austragsöffnungen 38.

Ringkanal 39 und Auslaßstutzen 4U austrägt.

Zur besseren Darstellung des Flüssigkeitsverlaufes sowie des Flüssigkeitsstandes innerhalb der Trommel sind entsprechende Richtungspfeile und Schraffierungen in der Zeichnung vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor zum Mischen und Trennen von zwei Flüssigkeiten mit um eine horizontale Achse drehbarer Schleudertrommel, die zwischen den beiden Klärzonen eine Misch-Kontaklzone sowie getrennte Zuläufe für die Flüssigkeiten bis in die Misch-Kontaktzone und getrennte Abläufe von den Klärzonen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel des Extraktors wenigstens einen zur Austragseite der spezifisch schwereren Flüssigkeit und der Feststoffe hin sich verjüngenden Trommelmantel (9,9a) mit einer darin konisch-axial angeordneten sowie zum Trommelmantel (8,9,9a) mit Differenzdrehzahl umlaufenden konischen Transportschnecke (10, iOa) aufweist und daß zwischen den Wendeln (23) der Transportschnecke im Bereich der Misch-Kontaktzone (A) eine Anzahl von Kontaktstellen angeordnet ist

Z Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die KontaktsteRcn aus einer Anzahl von auswechselbaren oder fest angeordneten Segmenten oder Formstücken (29) gebildet werden.

3. Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wendeln (23) der Transportschnecke (10, iOa) an der Peripherie im Bereich der Misch-Kontaktzone (A) Bohrungen (30) angeordnet sind.

4. Voilmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifisch leichtere Flüssigkeit mittels einer Ablaufpumpe (21) aus der Trommel abgeleitet wird und die Pumpe mit der Transportschnecke (10, lOajeine hinheit bildet.

5. VolImantel-Gegenstrom-^entrifugalextraktor nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ablaufleitung (26) der spezifisch leichteren Flüssigkeit ein Drosselorgan (27) angeordnet ist.