DE8803095U1 - Vorrichtung zum Kontaktieren von unmischbaren oder teilweise mischbaren Strömungsmitteln - Google Patents
Vorrichtung zum Kontaktieren von unmischbaren oder teilweise mischbaren StrömungsmittelnInfo
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Description
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unmischbaren oder teilweise mischbaren Strömungsmitteln
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
Kontaktieren von unmischöaren oder teilweise mischbaren
Strömungsmitteln und findet beispielsweise Anwendung bei der
Lösungsmittelextraktion.
Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung gekennzeichnet
durch eine Mischeinrichtung zum Vermischen der Strömungsmittel
aufgrund der anfänglichen kinetischen Energie von mindestens einem der Strömungsmittel zur Erzeugung einer Dispersion,
ferner durch eine Zykloneinrichtung zum Trennen der Strömungsmittelkomponenten der Dispersion voneinander und
durch einen Kontaktierungsabschnitt zur Leitung der Dispersion
von der Mischeinrichtung zur Zykloneinrichtung, wobei der
Kontaktierungsabschnitt Mittel zur wiederholten oder
kontinuierlichen Änderung der Strömungsrichtung der Dispersion
auf ihrem Weg von der Mischeinrichtung zur Zykloneinrichtung
enthält.
Die Mischeinrichtung, Zykloneinrichtung und der
Kontaktierungsabschnitt brauchen erfindungsgemäß keinerlei
bewegliche Teile, um die Strömungsmittel in innigen Kontakt miteinander zu bringen,» sie zu rühren öder zu trennen, d.h.
keine mechanische Energie, außer derjenigen, die mindestens |
einem der Strömungsmittel vor Eintritt in die Mischeinrichtung f auferlegt wird, ist erforderlich. *
Die Mischvorrichtung kann einen fluidischen Injektor aufweisen.
Der Kontaktierungeabschnitt wird vorzugsweise so
ausgelegt/ daß der Dispersion eine Turbulenz auferlegt wird/
und kann turbulenzbegünstigende Elemente enthalten.
Die turbulenzbegünstigenden Elemente können beispielsweise
innere Prall- oder Leitkörper und/oder willkürlich oder regelmäßig angeordnete Packungselemente innerhalb des
Kontakt 1erungsabschnittes sein.
Vorzugsweise 1st die Verweilzeit der Dispersion innerhalb des Kontaktierungsabschnittes wesentlich größer (vorzugsweise
mindestens eine Größenordnung) als in der Mischeinrichtung und/
oder der Zykloneinrichtung.
Der durch den Kontaktierungsabschnitt bestimmte
Strömungsweg kann mäanderförmig oder labyrinthartig ausgebildet
sein, um innerhalb einer kompakten Konstruktion eine relativ lange Verweilzeit zu erzielen/ in welcher die Strömungsmittel
in innigem Kontakt miteinander stehen.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist/ daß die
Verweilzeit für innigen Kontakt zwischen den Strömungsmitteln
( in erster Linie durch den Kontaktierungsabschnitt vorgesehen
wird. Dies ergibt die Möglichkeit/ die Strömungsmittel in die
Zykloneinrichtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit
einzuspeisen/ wie es für eine wirkungsvolle Trennung der
Strömungsmittelkomponenten erwünscht ist. Bisher war es
üblich/ die Dispersion direkt in die Zykloheinrichtung
einzuspeisen/ mit der Folge/ daß die Zeit, die für innigen
Kontakt zwischen den Strömungsmitteln zur Verfugung steht/
durch die Einspeisungsgeschwindigkeit in die Zykloneinrichtung diktiert wird. So haben Versuche/ relativ
ausgedehnte Verweilzeiten sicherzustellen, zu reduzierten
Einspeisungsgeschwindigkeiten geführt und somit zu einer
weniger effizienten Trennung, d*h. eine erhöhte Verweilzeit führt zu einer reduzierten Trennwirkung und umgekehrt.
hwsführungebeispiete der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 4 wiederum ein anderes Ausführungsbeispiel der
Vorri chtung,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Mischabschnitt nach
Fig. 6 und die
Nach Fig. 1 werden zwei Strömungsmittel, z.B. ein
Lösungsmittel, wie beispielsweise TributyIphosphat in einer
geruchlosen Kerosinverdünnung sowie eine aus einer Salpetersäurebehandlung von bestrahltem Kernbrennstoff
abgeleitete wäßrige Lösung, gemischt, um eine Lösungsmittelextraktion von Plutonium und/oder Uran aus der
wäßrigen Lösung auszuführen. Die eine Flüssigkeit wird über
eine Efnlaßduse 12 so gepumpt/ daß sie durch Düsen 16 und
in eine Düse 13 strömt. Die Strömungsmittelgeschwindigkeit
ist auf einem Maximum im Bereich des Spaltes zwischen den Düsen 16/ 13, und somit ist der Druck auf einem Minimum/
wodurch die zweite Flüssigkeit in einen Injektor 14 über einen Einlaß 10 eingeführt wird, so daß auf diese Weise
eine Dispersion der beiden Flüssigkeiten innerhalb des
Injektors erzeugt wird.
Die zweiphasige Dispersion gelangt denn 1n el nt &Ggr;&igr;
Kontakt1erungsabschn1tt 20/ der so ausgelegt 1st/ daß er
notwendige Haltezelt vorsieht, damit die Extraktion soweit
wie erforderlich voranschreitet. Wenn das Volumen des
Abschnittes 20 V Kubikmeter 1st, dann ist die Haltezeit t gegeben durch:
t · v/ Cf1 + f2>,
(wobei f1 und f2 volumetrische Strömungsraten (Kubikmeter/Sekunde)
der beiden Phasen sind.
ß '-' Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist der
Kontaktierungsabschnitt eine langgestreckte Kammer auf, die
eine Reihe von die Strömungsrichtung ändernden Elemente 22
enthält, die die Form von gewendelten bondartigen Leitflächen
' haben, die auf einem zentralen Stab 24 so sitzen, daß
benachbarte gewendelte Leitflächensätze in entgegengesetzten
Richtungen gewendelt sind, damit die Dispersion periodisch ihre Richtung beim Durchgang durch die Kontaktierungskammer
indert. Ein intensives Mischen erfolgt an jeder Stelle, «o
sich die Wendelrichtung ändert, und die Kontaktierungskammer
ist mit einer ausreichenden Anzahl von gewendelten Leitflächen versehen, um einen hohen Turbulenzpegel in den gemischten
,"v Phasen aufrecht zu erhalten.
Nach Verlassen der Kontaktierungskammer treten die
gemischten Phasen in einen Hydrozyklon 26 ein, und zwar in allgemein tangentialer Richtung, um einen Wirbel zu bilden,
wobei der Zyklon 26 ein entsprechersd dfV§§ördnetes ftehr 28
enthält, das als Wirbeisucher fungiert. Der Drall, der den
Strömungsmitteln im Zyklon auferlegt wird, führt zu einer
Zentrifugaltrennung der beiden Phasen, wobei die eins &PSgr;·-
den Zyklon über einen Auslaß 30 und die andere Phase Ober den Wirbelsucher 28 verläßt.
Da die Haltezeit, die zum Bewirken des gewünschten Grades
von innigem Kontakt zwischen den Phasen erforderlich ist, in
erster Linie durch den Kontaktierungsabschnitt 20 bestimmt wird,
versteht es sich, daß die Strömungsgeschwindigkeit der
Dispersion beim Eintritt in den Zyklon 26 relativ hoch sein kann, wodurch eine wirkungsvolle Trennung der Phasen begünstigt wird.
Fig. 2 zeigt eine alternative Zyklonanordnung, bei welcher der Zyklon allgemein koaxial innerhalb der
Kontaktierungskammer 20 angeordnet ist, um eine gleichlaufende
Geometrie (In-line-Geometrie) zu erzeugen. Die gemischten
Phasen gelangen in den Zyklon 26 Ober eine sich tangential erstreckende Einlaßöffnung 32. Die eine Phase verläßt die
Anordnung Ober das Auslaufrohr 26, während die andere Phase
Ober den Wirbelsucher 34 abzieht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die gewendelten Leitflächensätze 22
so angeordnet, daß der letzte Satz, d.h. der den Zyklon 26 nächstgelegene Satz, den gemischten Phasen einen Drall
auferlegt in einer Richtung/ die mit der tangentialen Einlaßöffnung 32 in Einklang steht, so daß die Strömungsmittel
auf natürliche Weise In die Öffnung 32 und von dort in den
Zyklon 26 spiralförmig hineinfließen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderungsform, bei der der Injektor 14 quer zur Kontakt 1erungekammer 20 angeordnet 1st/
so daß die eine Phase den Zyklon 26 Ober eine Verlängerung
verlassen kann/ die sich In Längsrichtung durch die
Kontakt 1erungskammer 20 hindurch erstreckt und dazu dient/ die
gewendelten Leitflächen 22 zu tragen.
Öle Fign. 4 und 5 zeigen eine Alternativ-AusfOhrungsform
eines Kontaktlerungsabachnitts 40/ der den Injektor 14 und den
Zyklon 26 miteinander verbindet. Bei diesem Autführungsbeispiel sieht der Kontakt1erungsabschn1tt einen
Strömungsweg (siehe Pfeile) vor, der spiralförmig um den
Zyklon 26 verläuft/ so daß eine kompakte Konstruktion geschaffen wird/ wobei der Strömungvweg durch eine spiräUge Leitfläche
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42 bestimmt wird. Am innersten Ende des spiraLförmigen
Strömungsweges treten die gemischten Stromungsmittel in den
Zyklon tangential über eine Einlaßöffnung 44 ein, wobei die
eine Phase über den Wirbelsucher 28 und die andere Ober einen Auslaß 30 austritt. Falls erwünscht, kann die Anordnung auch so
getroffen werden, daß die gemischten Strömungsmittel vom Injektor in der Mitte der Spirale eintreten und an deren
Peripherie austreten, um tangential in den Zyklon zu gelangen (siehe Fig. 9).
&Ggr;\ In den Fign. 6 und 7 hat der Kontaktierungsabschnitt 60
die Form einer Trommel, wobei der Injektor 14 so angeordnet ist, daß er die Dispersion im zentralen Bereich der Trommel einbringt,
wobei das Trommelinnere mit allgemein radialen Leitflächen 62, 64 ausgestattet ist, deren äußere Enden und innere Enden jeweils
kurz vor der Innenwand 66 bzw. der Außenwand 68 der Trommel enden, um einen labyrinthartigen Strömungskanal zu schaffen
(wie durch Pfeile in Fig. 6 angedeutet), der sich von einer Einlaßöffnung 70 zu einem Auslaß 72 erstreckt, wobei der
Auslaß mit den Zyklon (nicht dargestellt) verbunden ist. Eine solche Leitflächenanordnung bestimmt einen in radialer
Richtung wellig verlaufenden Strömungsweg und läßt erkennen, daß ein hoher Grad von Turbulenz jedesmal bei
&ngr; StrömungsHchtungsänderung erzeugt wird, wobei dies dazu dient,
die Dispersion der einen Phase mit der anderen
aufrechtzuerhalten. Nach den Fign. 6 und 7 1st der Injektc mit
dem zentralen Bereich des Kontakt1erungsabschn1ttee verbunden,
während der Zyklon mit dessen peHpherem Bereich verbunden 1st;
die Anordnung kann aber auch umgekehrt sein, d.h. der Injektor
an der Peripherie und der Zyklon In der Mitte.
F1g. 8 zeigt eine weitere Abänderungsform eines
Kontakt1erungsabschn1tts 80/ bei dem Innere Leitflächen 82
eine labyrinthartige Form der Diepersioneströmung bilden. Die
Leitflächen 82 «Ind so angeordnet, daß sie eine Reihe von
ringförmigen 8trömungek§nälen bilden, die über öffnungen 84
miteinander verbunden sind/ welche 1n Umfangsriehtung von einem
Ringkanal zum nächsten versetzt angeordnet sind, wobei die
in jeden Ringkanal eintretenden Strömungsmittel gezwungen
werden, in beiden Richtungen über einen Winkel in der
Größenordnung von 90° zu strömen, bevor sie die Möglichkeit
haben, in den nächsten Ringkanal zu gelangen. Wiederum können der Injektor und der Zyklon jeweils in der Mitte oder
ar> der Peripherie des Kontaktierungsabschnittes, wie in Fig. dargestellt, oder umgekehrt angeordnet sein.
Bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der
Kontaktierungsabschnitt zusätzlich willkürlich geschüttete oder geordnete Packungsmaterialien im Strömungsweg eier Dispersion
durch den Kontaktierungsabschnitt hindurch enthalten.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum Kontaktieren von unmischbaren oder teilweise mischbaren Strömungsmitteln, gekennzeichnet durch
eine Mischeinrichtung C14) zum Vermischen der
Strömungsmittel aufgrund der anfanglichen kinetischen Energie von mindestens einem der Strömungsmittel zur Erzeugung einer
Dispersion, durch eine Zykloneinrichtung (26) zum Trennen der
Strömongsmittelkoroponenten der Dispersion voneinander und
durch einen Kontaktierungsabschnitt (20) zur Leitung der
&Ggr;\ Dispersion von der Mischeinrichtung (14) zur Zykloneinrichtung
(26), wobei der Kontaktierungsabschnitt (20) Mittel zur
wiederholten oder kontinuierlichen Änderung der
Strömungsrichtung der Dispersion auf ihrem Weg von der Mischeinrichtung (14) zur Zykloneinrichtung (26) enthält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungsweg der Dispersion durch den Kontaktierungsabschnitt (20) hindurch so gestaltet ist, daß
die Verweilzeit der Dispersion innerhalb des Kontaktierungsabschnitts (20) größer ist als in der
Mischeinrichtung (14) und/oder Zykloneinrichtung (26).
V'
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verweilzeit innerhalb des Kontaktie-ungsabschnitts
(20) mindestens eine Größenordnung größer 1st als in der Misch* und/oder Zykloneinrichtung (14 bzs. 26).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg durch den
Kontaktierungsabschnitt (20) hindurch mäander- oder Iabyr1nthförm1g gestaltet 1st.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4/ dadurch
gekennzeichnet/ daß der Kontaktierungsabschnitt (20) unregelmäßig oder regelmäßig angeordnete Packungaelemente
oder -materialien 1m strömungeweg der Dispersion enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Arvsprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die ZykLoneinrichtung (26) zumindest
teilweise in den Kontaktierungsabschnitt (20) hinein erstreckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Stromungsweg der Dispersion im
Kontaktierungsabschnitt zumindest teilweise um die
Zykloneinrichtung (26) Herum erstreckt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des durch die Zykloneinrichtung
(26) erzeugten Wirbels sich allgemein in Längsrichtung des durch den Kontaktierungsabschnitt (20) bestimmten Stromungsweges
erstreckt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kontaktierungsabschnitt (60) Mittel
enthält, die die Dispersion zwingen, in einem Weg zu strömen, der die Achse der ZykLoneinrichtung oder der Nischeinrichtung
umkreist.
~)
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Strömungsweg spiralig erstreckt.
r
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Strömungsweg schraubenförmig erstreckt.
(
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Strömungsweg radial wellenförmig erstreckt.
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| GB8706251A GB2202166B (en) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | Liquid-liquid contacting apparatus |
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| DE8803095U1 true DE8803095U1 (de) | 1988-04-21 |
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