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Vorrichtung zur Flüssig-Flüssig-Extraktion Die Flüssig-Flüssig-Extraktion
wird in der Petroleumindustrie, aber auch in der Kernenergie-Industrie u. a. für
die Uranraffinierung und für die Wiedergewinnung von Plutonium, Uran und Thorium
aus bereits verwendetem Kernbrennstoff angewendet. Dieses Verfahren ermöglicht eine
zuverlässige Trennung der Spaltprodukte. Hierbei sind aber dichte Betonwände zur
Abschirmung der radioaktiven Strahlung notwendig.
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Es wurde gefunden, daß die dafür notwendige Vorrichtung räumlich
kleiner und damit auch die etwaige Abschirmung kleiner gemacht werden kann, wenn
eine dafür an sich bekannte Vorrichtung zur Flüssig-FlüssigExtraktion, bei der die
Flüssigkeiten in mehreren reihengeschalteten Gefäßen einer pulsierenden Bewegung
unterworfen werden, verwendet wird und erfindungsgemäß das obere und das untere
Ende zweier aufeinanderfolgender Gefäße durch eine oder mehrere Leitungen verbunden
ist, die beide Phasen führt bzw. führen und deren Volumen kleiner ist oder dieselbe
Größenordnung hat wie das Volumen, das bei jedem Impuls verdrängt wird.
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Die pulsierende Bewegung wird bekanntermaßen mit Hilfe einer Membran
oder Kolbenpumpe erzeugt, die über eine Leitung angeschlossen ist. Mechanische Impulse
werden bisweilen auch bei Füllkörperkolonnen angewendet. Im allgemeinen sind jedoch
derartige Kolonnen mit perforierten oder geschlitzten Böden versehen, durch welche
die Flüssigkeitsdispersion durch die Impulse hin und her bewegt wird. Die gute Umrührung
und die ständige Bildung von neuen Flüssigkeitstropfen beim Durchtritt durch die
oeffnungen in den Böden bewirken, daß das Verteilungsgleichgewicht sich rasch einstellt.
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Die mechanische Energie, die durch die Impulse zugeführt wird, um
einen wirksamen Kontakt zwischen den beiden Flüssigkeitsphasen zu schaffen, be wirkt
auch einen Transport der beiden Phasen nach verschiedenen Richtungen zwischen den
Kolonnenelementen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anordnung entsprechend der Erfindung.
Die dargestellte Kolonne ist in drei Elementen aufgeteilt, die nebeneinanderliegen.
Sie können auch in mehreren Reihen dicht nebeneinander angeordnet und/oder gegeneinander
in Höhe verschoben sein.
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Bei der Extraktion wird beispielsweise eine schwere Lösung bei 4
eingeführt und durch ein bei 5 eingeführtes leichtes organisches Lösungsmittel extrahiert.
Die Kolonne ist mit dünnen perforierten Böden 6 versehen. Bei jedem Hub des Impulsgebers
7 werden die beiden Phasen durch diese perforierten
Böden hin und her getrieben,
wobei eine wirksame Extraktion erzielt wird. Der Impulsgeber kann aus einem Kolben
bestehen, der sich in einem ylinder hin und her bewegt, oder aus einer Membran.
Oft arbeitet der Impulsgeber nicht direkt auf den Kolonneninhalt, sondern auf eine
als tkertrager dienende indifferente Rüssigkeit oder ein indifferentes Gas.
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8 ist ein Abfluß für die leichtere Komponente, die von der schweren,
dem gleichen Behälter zugeführten Lösung getrennt wird. Die schwerere Komponente
wird bei 9 abgenommen.
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Die Vemngenng der Bauhöhe könnte auch in bekannter Weise dadurch
erreicht werden, daß jedes der gezeigten Elemente mit einem getrennten und vollständigen
Sammelgefäß versehen wird, so daß drei komplette Kolonnen entstehen, die dann in
Reihe geschaltet werden. Dies schafft aber schwieengere Regelprobleme, die mit dem
gemeinsamen Betrieb der Kolonnen verknüpft sind. Wenn man annimmt, daß das durch
einen Impuls verdrängte Volumen und das in der Verbindungsleitung enthaltene Volumen
von der gleichen Größenordnung sind, so findet man, daß während eines Impulses ein
Flüssigkeitselement aus der LageA in die LageB getrieben wird. Die Flüssigkeitssäule
pendelt also in der Verbindungsleitung zwischen benachbarten Kolonnenelementen hin
und zurück. Der Unterschied der Dichte der beiden Flüssigkeitsphasen gibt zu einer
Art von Ventilwirkung an den Kolonnenenden Anlaß, so daß ein Transport der leichten
und schweren Phase in entsprechenden Richtungen durch die Verbindungsleitung zustande
kommt. Die Amplitude
des Impulses in der Verbindungsleitung ist
natürlich wesentlich größer als in der Kolonne. (Die Amplituden sind umgekehrt proportional
den Quadraten der entsprechenden Mitteldurchmesser.) Wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit
in der Verbindungsleitung zu hoch ist, kann die Gefahr bestehen, daß eine Emulgierung
in der Verbindungsleitung eintritt.
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Eine solche ist im allgemeinen nicht erwünscht, da hierdurch die Extraktionsleistung
verschlechtert und die endgültige Trennung der beiden Phasen erschwert wird. Um
die Emulgierung zu verhindern, müssen in diesen Fällen kürzere Elemente undloder
weitere Verbindungsleitungen verwendet werden. Wenn bei besonders weiten Verbindungsleitungen
darin eine Trennung stattfinden sollte, kann dies durch Anordnungen zur Erzielung
einer turbulenten Strömung in der Verbindungsleitung verhindert werden.
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Man kann zwar erwarten, daß ein Gas, das in das Kolonnensystem eintritt
oder sich in diesem bildet, den Transport in der Verbindungsleitung verschlechtern
wird, da sich Kissen an den oberen Enden der Elemente ausbilden können, bei geeignet
gewählten Durchmessem der Verbindungsleitungen wird das Gas aber rasch zusammen
mit der leichteren Phase gegen das obere Ende des letzten Elementes transportiert,
wo es abgeschieden wird. Bei sehr weiten Verbindungsleitungen können sich jedoch
dauernd Gaskissen bilden. In diesem Fall kann die weite Leitung durch mehrere parallel
geschaltete engere Verbindungsleitungen ersetzt werden. Das obere Ende eines jeden
Kolonnenelementes kann auch mit einer Entlüftung versehen werden.
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Besondere Anforderungen an die Kurvenform der Impulse werden nicht
gestellt. Die Impulse können sinusförmig sein oder einen anderen Verlauf haben.
Man kann mit solchen Impulsen arbeiten, daß eine Trennung während jedes Impulses
erfolgt.
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In diesem Falle werden verhältnismäßig große
Tropfen oder zusammenhängende
Flüssigkeitsteile der schwereren bzw. der leichteren Phase durch die Pendelung in
den Verbindungsleitungen transportiert.
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Bei einer zu hohen Frequenz und einer zu großen Amplitude findet eine
Trennung jedoch nicht statt.
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Der Transport erfolgt dann vorzugsweise in Form einer feineren oder
gröberen Dispersion.
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Durch die Unterteilung der Kolonnen wird eine bessere Anpassungsmöglichkeit
erzielt, so daß man auf einfache Weise die Anzahl der Elemente je nach den Erfordernissen
des Behandlungsverfahrens erhöhen oder vermindern kann. Dank der kompakten Konstruktion
erhält man auch bessere Möglichkeiten, die Bedienungs- und Regelorgane rationell
auszubilden und anzuordnen.