DE3202294C1 - Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontinuierlich arbeitenden Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor zum Mischen und Trennen von zwei über

65 getrennte Zuläufe zuführbare, im spezifischen Gewicht unterschiedliche Flüssigkeiten, sowie Feststoff mit gegenüber den Flüssigkeiten höherem spezifischem Gewicht, mit einer wenigstens teilweise konischen, umlaufend antreibbaren, um eine horizontale Achse drehbaren Schleudertrommel, die Klärzonen und eine von ihnen durch Trennscheiben abgegrenzte Mischzone aufweist, wobei der Zulauf der Flüssigkeiten in die Mischzone aus Kammern, die innerhalb der Schleudertrommel angeordnet sind, erfolgt, und einer in der Trommel mit Differenzdrehzahl umlaufend antreibbaren Förderschnecke, deren Wendeln an die Innenwandung der Trommel angepaßt ausgebildet sind und die den sich unter Fliehkraft in dem zwischen der Schneckennabe und der Trommel gebildeten Trennraum absetzenden Feststoff zu einem im konisch verengten Endbereich der Trommel ausgebildeten Feststoffaustrag fördern, und mit einer in einer Schälkammer vorgesehenen Schäleinrichtung für das Abführen einer ersten Flüssigkeitsphase sowie mit einem durch ein Überlaufwehr zum Trennraum hin begrenzten, gegenüber der Schälkammer verschlossenen Ablaufraum für eine zweite Flüssigkeitsphase.

Einderartiger Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor ist beispielsweise aus der DE-PS 29 01 607 (Fig. 2) bekannt.

Zentrifugalextraktoren der genannten Bauart werden eingesetzt, um aus extrakthaltigen und feststoffhaltigen Flüssigkeiten den gelösten Extrakt mittels eines flüssigen Extraktionsmittels in dieses Extraktionsmittel zu überführen, wobei die Löslichkeit des Extraktes zum Extraktionsmittel größer sein soll als zur extrakthaltigen Flüssigkeit. Hierbei kann das Extraktionsmittel entweder die spezifisch leichte oder auch die spezifisch schwere Flüssigkeitsphase sein.

Um eine hohe Extraktionsausbeute zu erzielen, setzt die Überführung des zu extrahierenden Stoffes aus der wäßrigen, extrakt- und feststoffhaltigen Flüssigkeitsphase in das Extraktionsmittel eine gute Vermischung, also einen innigen Kontakt der beiden Flüssigkeitsphasen voraus, wobei die Anzahl der erzielbaren Extraktionsstufen und somit die Extraktionsausbeute besonders hoch ist, wenn dieser Extraktionsprozeß in der Mischzone im Gegenstrom durchgeführt wird. Bei einer Gegenstromextraktion kann der Extraktionsprozeß zudem mit der geringsten Menge an Extraktionsmittel durchgeführt werden.

In dem bekannten Zentrifugalextraktor werden die beiden Flüssigkeitsphasen über getrennte Zuleitungen in getrennte, innerhalb der Schneckennabe angeordnete Kammern überführt und aus diesen Kammern über öffnungen in die Mischzone, die im Bereich der Wendeln der Förderschnecke vorgesehen ist, eingeleitet, wobei die Flüssigkeiten im Gegenstrom unter starkem Mischeinfluß die Wendeln der Förderschnecke durchströmen sollen.

Es hat sich nun gezeigt, daß innerhalb der Mischzone nur dann ein inniger Kontakt und damit ein guter Mischeffekt zwischen den beiden Flüssigkeitsphasen erfolgt, wenn die Dichtedifferenz zwischen den beiden Flüssigkeitsphasen nicht zu groß ist und die Flüssigkeiten leicht zu einer Emulsionsbildung neigen.

Aus der DE-PS 27 01 763 ist zwar bekannt, innerhalb der Wendeln im Bereich der Mischzone zur intensiveren Vermischung eine Anzahl von Kontaktstellen, wie Segmente oder Formstücke, anzuordnen, die den Mischeffekt jedoch nur bedingt beeinflussen, wie eingehende Versuche gezeigt haben. Die gemischten

Flüssigkeiten werden innerhalb der Wendeln unter Einfluß der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte sehr schnell wieder getrennt; die gewünschte Durchmischung der Flüssigkeiten wird nur bedingt erreicht.

Versuche haben weiter gezeigt, daß ein sehr intensiver Mischeffekt erreicht wird, wenn beim Einlauf der Flüssigkeit aus der Kammer innerhalb der Schneckennabe in die Mischzone die Flüssigkeit direkt in die jeweils andere Flüssigkeitsphase eingeleitet wird, wie es beim Einlauf der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase in die Mischzone der Fall ist, wo diese infolge ihres höheren spezifischen Gewichtes durch die spezifisch leichtere Flüssigkeitsphase in den äußeren Bereich der Trommel strömen muß, so daß die spezifisch schwere Flüssigkeitsphase mit der spezifisch leichteren Flüssigkeitsphase in einen innigen Kontakt kommt.

Die leichte Flüssigkeitsphase kommt dagegen beim Einströmen in die Mischzone im wesentlichen nur mit der Oberfläche der spezifisch schwereren Flüssigkeitsphase in Kontakt, so daß hier nur ein geringerer Mischeffekt erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktoren der genannten Bauart so auszubilden, daß mehrere intensive Kontaktstellen im Bereich der Mischzone geschaffen werden, so daß der Extraktionseffekt des Extraktors verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß innerhalb der Mischzone zwischen dem Einlauf der leichten und schweren Flüssigkeit mindestens ein zur Schneckennabe hin verschlossenes Überlaufwehr angeordnet ist, das die Mischzone in Misch- und Trennkammern unterteilt, und daß für die Zufuhr der leichten Flüssigkeitsphase aus der Kammer innerhalb der Schneckennabe in die erste Misch-Trennkammer Zulaufkanäle vorgesehen sind, die nahe an der Innenwand des Trommelmantels im Bereich der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase münden, und daß für die Ableitung der leichten, aus der ersten Misch-Trennkammer abgetrennten Flüssigkeitsphase in die nächste, die zweite Misch-Trennkammer mindestens ein Überlaufkanal im Überlaufwehr · angeordnet sind, der ebenfalls in dem Bereich der schweren Flüssigkeitsphase mündet.

Die Anordnung eines Zulaufkanals für den Zulauf der spezifisch leichten Flüssigkeitsphase, der bis in die Nähe der Innenwand des Trommelmantels und damit in den Bereich der spezifisch schwereren Flüssigkeitsphase reicht, und die zusätzliche Anordnung eines Überlaufwehres in dem Bereich der Mischzone mit einem Überlaufkanal für die in der ersten Misch-Trennkammer abgetrennte spezifisch leichte Flüssigkeitsphase, der ebenfalls bis in den Bereich der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase reicht, bewirkt, daß in dem Extraktor zwei zusätzliche intensive Mischkontaktstellen geschaffen werden, die den Extraktionseffekt in dem Extraktor wesentlich verbessern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.
Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktors in einem vertikalen Längsschnitt,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt der F i g. 1, eine vergrößerte Darstellung der Mischung des Zentrifugalextraktors.

Die F i g. 1 zeigt einen Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor, bestehend aus einer zylindrisch-konisch ausgebildeten Trommel 1, in der eine zum Trommelmantel 2 mit Differenzdrehzahl umlaufend antreibbare Förderschnecke 3 angeordnet ist. Diese Förderschnecke 3 weist Wendeln 4 auf, die an der Innenwand des Trommelmantels 2 angepaßt sind. Die Differenzdrehzahlregelung zwischen Förderschnecke und Trommelmantel erfolgt durch ein mit der Förderschnecke 3 und dem Trommelmantel 2 verbundenes Cyclogetriebe 5. Die Trommel 1 ist in einem Gehäuse 6, bestehend aus Gehäusemantel 7 und Gehäusedeckel 8, rotierend gelagert. Der Antrieb des Trommelmantels und der Förderschnecke über das Cyclogetriebe 5 erfolgt dabei über einen nicht dargestellten Elektromotor, der über Keilriemen 9, 10 den Cycloantrieb und damit auch den Trommelmantel 2 und die Förderschnecke 3 auf festgelegte Drehzahlen bringt.

Im Trennraum, im Bereich der Wendeln 4 zwischen der Schneckennabe 11 und dem Trommelmantel 2, sind Trennscheiben 12,13 angeordnet, die den Trennraum in Klärzonen 14,15 und eine Mischzone 16 unterteilen.

Innerhalb der Mischzone 16 ist ein Überlaufwehr 17 angeordnet, das zur Innenwand des Trommelmantels 2 einen Ringspalt aufweist und zur Schneckennabe hin verschlossen ist und winkelförmig ausgebildet ist sowie die Mischzone in eine erste und zweite Misch-Trennkammer 18, 19 unterteilt. Im axial verlaufenden Schenkel des Überlaufwehres ist ein Überlaufkanal 20 vorgesehen, dessen Mündung in den Bereich der spezifisch schwereren Flüssigkeitsphase in der zweiten Misch-Trennkammer 19 reicht und zur Ableitung der in der ersten Misch-Trennkammer 18 abgetrennten spezifisch leichteren Flüssigkeitsphase dient.

Für die Zufuhr der spezifisch leichteren Flüssigkeitsphase ist eine Zulaufleitung 21 vorgesehen, die in eine Kammer 22, innerhalb der Schneckennabe 11 angeordnet, mündet. Von der Kammer 22 gehen ein oder mehrere Zulaufkanäle 23 aus, die in den Bereich der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase in der ersten Misch-Trennkammer 18 nahe der Innenwand des Trommelmantels 2 münden. Die Zulaufleitung 21 wird von einer Zulaufleitung 24 für die Zufuhr der spezifisch schwereren Flüssigkeitsphase umfaßt und mündet in eine Kammer 25 innerhalb der Schneckennabe 11 in einem Abstand zur Kammer 22 und weist ein oder mehrere Auslaßöffnungen 26 auf, die in dem Bereich der zweiten Misch-Trennkammer 19 münden.

Während die Ableitung der spezifisch leichteren Flüssigkeitsphase über eine Schäleinrichtung 27 erfolgt, die in einer Schälkammer 28 innerhalb des Gehäusedekkels 8 angeordnet ist, wobei die Schälkammer zur Klärzone 15 durch ein Überlaufwehr 29 begrenzt wird, erfolgt die Ableitung der spezifisch schwereren Flüssigkeitsphase aus der Klärzone 14 der Trommel mittels Überlaufrohre 30, die in einen Ringkanal 31 münden, aus dem die Flüssigkeit über einen Ablaßkanal 32 aus der Trommel in den Gehäusedeckel 8 geleitet wird, aus dem die schwere Flüssigkeitsphase über den Ablauf 33 weitergeleitet wird.

Der in der Trommel abgeschleuderte Feststoff wird durch die im konischen Bereich der Trommel angeordnete Förderschnecke 3 mittels der auf der Schnecke befestigten Wendeln 4 zur Austragsöffnung 34 im Trommelmantel befördert und über die Austragsöffnung 35 im Gehäusemantel 7 ausgetragen.

Der Extraktor arbeitet folgendermaßen:
Nachdem die Trommel 1 des Extraktors auf Betriebsdrehzahl gebracht worden ist, erfolgt zunächst die Zufuhr der spezifisch schwereren und feststoffhaltigen Flüssigkeit über Zulaufleitung 24 in die Kammer 25 innerhalb der Schneckennabe 11 und gelangt von dort über Auslaßöffnungen 26 in den Bereich der Mischzone 16. Sobald die Trommel mit einer gewissen Menge an spezifisch schwerer Flüssigkeit gefüllt ist, strömt diese in Richtung des konischen Trommelteils und wird über die Überlaufrohre 30, Ringkanal 31 und Ablaßkanal 32 aus der rotierenden Trommel drucklos ausgetragen. Zugleich wird der in der Trommel abgeschleuderte und sich an der Innenwand des Trommelmantels 2 abgesetzte Feststoff von den Wendeln 4 der Förderschnecke 3 erfaßt und in Richtung Austragsöffnung 34 im Trommelmantel befördert und relativ trocken aus der Trommel ausgetragen.

Nach der Füllung der Trommel mit der spezifisch schwereren Flüssigkeit wird über Zulaufleitung 21 die spezifisch leichtere Flüssigkeit, z. B. das Extraktionsmittel, der Trommel im Gegenstrom zur spezifisch schwereren Flüssigkeit zugeführt und gelangt dabei zunächst in die Kammer 22 innerhalb der Schneckennabe 11 und von dort über Zulaufkanäle 23 und infolge der in der Kammer 22 gestauten Flüssigkeit und des damit verbundenen Druckgefälles in den Bereich der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase innerhalb der Mischzone 16 in die Misch-Trennkammer 18 zwischen den Wendeln 4 der Förderschnecke. Da hierbei die gesamte spezifisch leichtere Flüssigkeit die spezifisch schwere Flüssigkeitsphase durchströmt und zusätzlich zwischen der rotierenden Förderschnecke 3 und dem mit Differenzdrehzahl umlaufenden Trommelmantel 2 eine zusätzliche Durchwirbelung der Flüssigkeiten stattfindet, erfolgt in dieser ersten Misch-Trennkammer 18 eine intensive Vermischung zwischen den Flüssigkeiten.

Je nach dem Unterschied der spezifischen Gewichte zwischen den beiden Flüssigkeiten und je nach der Verweilzeit der Flüssigkeiten in der Trommel erfolgt zwischen den Wendeln 4 bei dem Gegenstrom der Flüssigkeiten auch wieder eine gewisse Trennung zwischen beiden Flüssigkeiten, so daß die zumindest teilweise wieder abgetrennte spezifisch leichtere Flüssigkeitsphase in der ersten Misch-Trennkammer 18 zu

ίο einer weiteren intensiven Vermischung mit der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase benutzt werden kann, indem diese aus der ersten Misch-Trennkammer 18 abgetrennte spezifisch leichtere Flüssigkeitsphase über das die Misch-Trennkammern 18 und 19 trennende Überlaufwehr 17 und über den Überlauf kanal 20 in die spezifisch schwerere Flüssigkeitsphase der zweiten Misch-Trennkammer 19 geleitet wird, wobei ebenfalls wieder eine intensive Vermischung zwischen den Flüssigkeiten erfolgt. Auf dem Wege zur Austragsseite in die Klärzone 15 durchströmt die spezifisch leichtere Flüssigkeitsphase die aus den Auslaßöffnungen 26 einströmende spezifisch schwere Flüssigkeitsphase, so daß an dieser Stelle eine dritte intensive Vermischung zwischen den Flüssigkeiten erfolgt. Die spezifisch leichtere Flüssigkeit gelangt weiter über die Klärzone 15 in die Schälkammer 28, aus der sie mittels der Schäleinrichtung 27 unter Druck aus der Trommel ausgetragen wird.

Die F i g. 2 zeigt im wesentlichen die Mischzone 16 der Fig. 1, jedoch in vergrößerter Darstellung, wobei zum besseren Verständnis die Flüssigkeiten und der Feststoff in der Trommel graphisch dargestellt sind.

Die extrahierte spezifisch schwere Flüssigkeitsphase kann auch zusammen mit dem Feststoff aus der Trommel ausgetragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor zum Mischen und Trennen von zwei über getrennte Zuläufe zuführbare, im spezifischen Gewicht unterschiedliche Flüssigkeiten sowie Feststoff mit gegenüber den Flüssigkeiten höherem spezifischem Gewicht, mit einer wenigstens teilweise konischen, umlaufend antreibbaren, um eine horizontale Achse drehbaren Schleudertrommel, die Klärzonen und eine von ihnen durch Trennscheiben abgegrenzte Mischzone aufweist, wobei der Zulauf der Flüssigkeiten in die Mischzone aus Kammern, die innerhalb der Schleudertrommel angeordnet sind, erfolgt, und einer in der Trommel mit Differenzdrehzahl umlaufend antreibbaren Förderschnecke, deren Wendeln an die Innenwandung der Trommel angepaßt ausgebildet sind und die den sich unter Fliehkraft in dem zwischen der Schnekkennabe und der Trommel gebildeten Trennraum absetzenden Feststoff zu einem im konisch verengten Endbereich der Trommel ausgebildeten Feststoffaustrag fördern, und mit einer in einer Schälkammer vorgesehenen Schäleinrichtung für das Abführen einer ersten Flüssigkeitsphase sowie mit einem durch ein Überlaufwehr zum Trennraum hin begrenzten, gegenüber der Schälkammer verschlossenen Ablaufraum für eine zweite Flüssigkeitsphase, dadurch gekennzeichnet, daß in- nerhalb der Mischzone (16) zwischen dem Einlauf der leichten und schweren Flüssigkeit mindestens ein zur Schneckennabe (11) hin verschlossenes Überlaufwehr (17) angeordnet ist, das die Mischzone in Misch- und Trennkammern (18,19) unterteilt, und daß für die Zufuhr der leichten Flüssigkeitsphase aus der Kammer (22) innerhalb der Schneckennabe (11) in die erste Misch-Trennkammer (18) Zulaufkanäle (23) vorgesehen sind, die nahe an der Innenwand des Trommelmantels (2) im Bereich der spezifisch schweren Flüssigkeitsphase münden, und daß für die Ableitung der leichten, aus der ersten Misch-Trennkammer (18) abgetrennten Flüssigkeitsphase in die nächste, die zweite Misch-Trennkammer (19) mindestens ein Überlaufkanal (20) im Überlaufwehr (17) angeordnet ist, der ebenfalls in dem Bereich der schweren Flüssigkeitsphase mündet

2. Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufwehr (17) zur Innenwand des Trommelmantels (2) hin einen Ringspalt aufweist

3. Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufwehr (17) winkelförmig ausgebildet ist

4. Kontinuierlich arbeitender Vollmantel-Gegenstrom-Zentrifugalextraktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufkanäle (20) im axial verlaufenden Schenkel des Überlaufwehres (17) angeordnet sind.