DE1174706B

DE1174706B - Vorrichtung zum Stoffaustausch zwischen Gasen und Fluessigkeiten oder zwischen Fluessigkeiten mit verschiedenem spezifischem Gewicht

Info

Publication number: DE1174706B
Application number: DES65829A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Jost Haenny
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1959-10-29
Filing date: 1959-11-12
Publication date: 1964-07-23
Also published as: CH372645A; GB908917A; NL110228C; NL245958A

Description

UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

»EUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B 04 b

Deutsche Kl.: 82b-9

Nummer: 1174 706

Aktenzeichen: S 65829III / 82 b

Anmeldetag: 12. November 1959

Auslegetag: 23. Juli 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Stoffaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten oder zwischen Flüssigkeiten mit verschiedenem spezifischem Gewicht durch intensives Mischen und anschließendes Trennen der Phasen, enthaltend einen Mischraum, in dem mindestens ein Schleudernd umläuft.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise ür Destillations-, Extraktions-, Absorptions- und Austauschverfahren (z. B. zur Anreicherung einer Phase an einem Isotop) benötigt. Bei allen diesen Verfahren ist es zur Erzielung eines schnellen und guten Austausches erforderlich, die zu mischenden Phasen in einen innigen Kontakt miteinander zu bringen. Zum Fördern der Phasen, die entweder im Gegen- oder Gleichstrom geführt werden, sind, soweit z. B. bei der Destillation nicht die Temperaturdifferenz für die dampfförmige Phase und die Schwerkraft für die flüssige Phase ausgenutzt werden, zusätzliche Pumpen erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in nur einem Element die folgenden drei erforderlichen Verfahrensschritte für eines der genannten Verfahren durchzuführen, nämlich

1. eine intensive Durchmischung der Phasen für den Austausch,

2. die Erzeugung einer Druckdifferenz zum Fördern der Phasen und

3. eine Drallerzeugung für das Trennen der Phasen nach erfolgter Durchmischung.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Mischraum Tangential- ^ iuleitungen für die gegenläufig zum umlaufenden jchleuderrad bzw. zu den Schleuderrädern erfolgende Zuführung der Phasen angeordnet sind und am Ende des Mischraumes ein Schleuderrad zum Ausscheiden des Gemisches in einen anschließenden Trennraum vorgesehen ist, an den eine Leitung für die an seinem Innenmantel als Film nach unten fließende schwerere flüssige Phase angeschlossen ist, während zur Ableitung der leichteren flüssigen oder gasförmigen Phase eine Leitung in das Innere des """rennraumes geführt ist.

In den Fällen, in denen die Vorrichtung zur Durchführung eines Stoffaustausches zwischen einer flüssigen und einer gasförmigen Phase dienen soll, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung darin, daß die zum Ableiten der gasförmigen Phase aus dem Trennraum dienende Leitung in ihrem oberen Ende, an dem sie mit Einlaßöffnungen versehen ist, einen glockenförmigen Körper trägt, Vorrichtung zum Stoff austausch zwischen Gasen
und Flüssigkeiten oder zwischen Flüssigkeiten
mit verschiedenem spezifischem Gewicht

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Schwelm (Westf.), Westfalendamm 10

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Jost Hänny, Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 29. Oktober 1959

der den oberen Teil der Leitung umgibt. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß auf der Innenwand des Trennraumes unter einem Winkel auf treffende Flüssigkeitsteilchen in das Innere des Trennraumes reflektiert werden, von wo sie sonst unter Umständen in die Gasableitung eindringen könnten.

Der Antrieb der Welle für die Schleuderräder erfolgt zweckmäßigerweise durch einen in die Vorrichtung eingebauten gekapselten Elektromotor, der mit einer Zuführungsleitung für ein Schutzgas verbunden ist. Wird in den Mischraum ein nicht korrodierendes Gas eingeleitet, so ist es zweckmäßig, das gleiche Gas als Schutzgas für den Antriebsmotor zu verwenden.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann für Austauschreaktionen verwendet werden,

z. B. bei den sogenannten Heiß-Kalt-Verfahren, bei denen zur Anreicherung des schwereren Isotops (z. B. bei Wasserstoff des Deuteriums) die Temperaturabhängigkeit des Ausgleichgewichts benutzt wird (z. B. das Austauschgleichgewicht zwischen Wasserstoff und Ammoniak, Wasserstoff und Wasser oder Wasserstoff und Schwefelwasserstoff). Ferner kann die Vorrichtung auch zur Durchführung von Destillationen verwendet werden, wobei sie einem Trennboden in einer Destillationskolonne entsprechen kann. An Stelle einer mittels Füllkörper bzw. Glockenböden od. dgl. bewirkten Durchmischung bei den bekannten Kolonnen wird bei der Vorrich-

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tung gemäß der Erfindung die Mischung der dampf- kammer 2 und gelangen von dort in das gegenläufig _j förmigen und flüssigen Phase im Mischraum mittels umlaufende Schleuderrad 8, durch welches eine gute, rotierender Flügel bewirkt. An Stelle der in der be- Durchwirbelung der Phasen erfolgt. Das Schleuderkannten Kolonne durch Temperaturdifferenz bzw. rad ist derart ausgebildet, daß mit ihm der entgegenSchwerkraft bewirkten Förderung der Phasen erfolgt 5 gesetzte Effekt erreicht wird, der bei den üblichen hier die Förderung durch ein Schleuderrad, welches Strömungsmaschinen bewirkt werden soll. Muß gleichzeitig zur erneuten Trennung des Gemisches nämlich bei Strömungsmaschinen für eine praktisch in die einzelnen Phasen dient. stoßfreie Einführung des strömenden Mediums ge-

Bei Verwendung der erfindungsgemäß ausgebilde- sorgt werden, so soll im Gegensatz hierzu durch das ten Vorrichtung für Destillationen müssen zur Er- io Schleuderrad im Mischraum eine gute Durchzeugung des Rücklaufs Kondenser und zur Erzeu- mischung der in den Mischraum eingeführten Phasen gung der dampfförmigen Phase Verdampfer vorge- erzeugt werden, wobei Stöße vom Schleuderrad auf sehen werden. Jedoch kann bei Verwendung der die eingeleiteten Phasen zu einer wirksamen DurchVorrichtung ein großer Durchsatz erzielt werden, da mischung beitragen. Sollte es zur Erzielung einer sie infolge der mechanischen Trennung der Phasen 15 guten Durchmischung zweckmäßig sein, so können hoch belastbar ist. auf der Welle auch mehrere Schleuderräder ange-

Auch bei Extraktionsverfahren, bei denen ein ordnet werden. Im Mischraum finden zwischen den

bestimmter Anteil aus flüssigen Substanzgemischen eingeführten Phasen die Austauschreaktionen statt,

mit Hilfe von Lösungsmitteln extrahiert wird, z. B. durch welche mindestens ein Stoff der einen Phase

Uranextraktion aus einer wäßrigen Lösung mittels 20 mindestens teilweise in die andere Phase überführt

Äther, kann die Vorrichtung benutzt werden. Ebenso wird.

kann sie zur Durchführung von Gasabsorptionen Unmittelbar anschließend an die erfolgte Reak-

dienen, bei welchen Gase von Flüssigkeiten aufge- tion in der Mischkammer wird das Gemisch vom ^r·'

nommen werden (z. B. Auswaschen von Kohlen- Schleuderrad 5 erfaßt und in den Trennraum 9 ge-

dioxyd aus Synthesegas). Auch für Waschvorgänge, 25 schleudert. Durch den vom Schleuderrad auf das

z. B. beim Abtrennen von Staub- oder anderen Gemisch bewirkten Drall wird dieses wieder in die

festen Verunreinigungen eines Gases mittels einer verschiedenen Phasen zerlegt. Gleichzeitig erzeugt

Waschflüssigkeit, kann die Vorrichtung nach der das Schleuderrad die für die Förderung der Phasen

Erfindung verwendet werden. Die genannten An- erforderliche Druckdifferenz.

Wendungsbeispiele stellen jedoch nur eine Auswahl 30 Die flüssige Phase fließt als Film am Innenmantel

von Verwendungsmöglichkeiten für die Vorrichtung des Trennraumes nach unten und kann durch die

dar. Bei Anwendung der Erfindung in einer von zwei Leitung 10 z. B. einer weiteren Vorrichtung zuge-

Phasen durchströmten Anlage werden gegebenen- führt werden, während die gasförmige Phase durch

falls mehrere Vorrichtungen in Serie angeordnet. den glockenförmigen Körper 12 in die Leitung 11

Eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach 35 geführt wird,

der Erfindung ist in F i g. 1 dargestellt; In F i g. 2 ist eine Serienschaltung von drei Vor-

F i g. 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung richtungen la, Ib, Ic zur Durchführung eines Serienschaltungen von je drei Vorrichtungen für Gleichstromverfahrens dargestellt. Derartige Serien-Anlagen zur Durchführung von Gleich- bzw. Gegen- schaltungen werden dann angewendet, wenn zum stromverfahren. 40 Einstellen des Reaktionsgleichgewichtes eine Ver-

Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfin- besserung des Wirkungsgrades durch Hinterein-

dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zwischen anderschaltung von mehreren Vorrichtungen er-

einer Flüssigkeit und einem Gas ist an Hand von wünscht ist. Im dargestellten Beispiel werden eine

F i g. 1 erläutert. flüssige und eine gasförmige Phase zum Austausch

Die Vorrichtung 1 enthält einen Mischraum 2, an 45 gebracht, wobei die gasförmige Phase durch eine welchen Zuführungsleitungen 3 und 4 für zwei Leitung 20 α in die Vorrichtung 1 α strömt, von hier Phasen (im Ausführungsbeispiel eine flüssige und durch eine Leitung 20 b in die Vorrichtung 1 b und eine gas- bzw. dampfförmige Phase) angeschlossen von hier durch eine Leitung 20 c in die Vorrichsind, ein Schleuderrad 5, welches am Ende des tung 1 c, aus welcher das Gas durch eine Lei- * Mischraumes auf einer von einem eingebauten ge- 50 tung 20 d weggeführt wird. Im Gleichstrom dazu m kapselten Elektromotor 6 angetriebene Welle 7 an- wird eine flüssige Phase durch entsprechende Lei- Ψ geordnet ist, ein auf der Welle 7 angeordnetes tungen 21 a, 21 b, 21 c durch die Vorrichtungen 1 a, Schleuderrad8 im Mischraum sowie einen Trenn- Ib, Ic geleitet und schließlich durch eine Abströmraum 9, an welchen eine Leitung 10 zum Abführen leitung 21 d aus der letzten Vorrichtung weggeführt, der flüssigen Phase angeschlossen ist. Zum Ableiten 55 F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine der gasförmigen Phase ist in den Trennraum eine Serienschaltung für drei Vorrichtungen la,lb,lc, Leitung 11 geführt, welche an ihrem oberen Ende welche zur Durchführung eines Gegenstromverfaheinen glockenförmigen Körper 12 trägt und die selbst rens dienen, wie es z. B. in einer Rektifiziervormit Einlaßöffnungen 13 versehen ist. Ferner ist am richtung durchgeführt wird. Die gasförmige Phase Gehäuse des Antriebsmotors 6 eine Zuführungslei- 60 wird dabei durch eine Leitung 23 α in die Vortung 14 für ein Schutzgas angeschlossen. Im Motor- richtung 1 c geführt, von hier durch eine Leitung 23 b gehäuse ist außerdem eine Schmiermittelpumpe 15 in die Vorrichtung 1 b und mittels einer Leitung 23 c angeordnet, welche für die Schmierung des oberen in die Vorrichtung 1 a, aus welcher das Gas mittels der beiden Lager 16 sorgt. Mittels einer Stopf- einer Leitung 23 d weggeführt wird. Im Gegenstrom büchse 17 sind Motorgehäuse und Mischraum gegen- 65 zur gasförmigen Phase wird die flüssige Phase miteinander abgedichtet. tels der Leitungen 22 a, 22 b, 22 c nacheinander

Die zu mischenden Phasen strömen durch die durch die Vorrichtungen la, Ib, Ic geführt, in

Zuführungsleitungen 3 und 4 tangential in die Misch- welchen sie mit der gasförmigen Phase in Stoffaus-

tausch gebracht und schließlich aus der Vorrichtung 1 c mittels einer Leitung 22 d abgeführt wird. Ein besonderer Vorteil der in F i g. 2 und 3 dargestellten Schaltung von mehreren Vorrichtungen liegt in der Möglichkeit einer Aufstellung der Vor- S richtungen nebeneinander, so daß im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, z. B. Rektifiziersäulen, eine beträchtliche Einsparung an Raumhöhe erzielt werden kann.

IO

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stoffaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten oder zwischen Flüssigkeiten mit verschiedenem spezifischem Gewicht durch intensives Mischen und anschließendes Trennen der Phasen, enthaltend einen Mischraum, in dem mindestens ein Schleuderrad umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mischraum (2) Tangentialzuleitungen (3, 4) für die gegenläufig zum Schleuderrad (8) bzw. zu den Schleuderrädern erfolgende Zuführung der Phasen angeordnet sind und am Ende des Mischraumes ein Schleuderrad (5) zum Ausscheiden des Gemisches in einen anschließenden Trennraum (9) vorgesehen ist, an den eine Leitung (10) für die an seinem Innenmantel als Film nach unten fließende schwerere flüssige Phase angeschlossen ist, während zur Ableitung der leichteren flüssigen oder gasförmigen Phase eine Leitung

(11) in das Innere des Trennraumes geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei Anwendung auf einen zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas stattfindenden Stoffaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ableiten der gasförmigen Phase dienende Leitung (11) an ihrem oberen Ende, an dem sie mit Einlaßöffnungen (13) versehen ist, einen glockenförmigen Körper

(12) trägt, der den oberen Teil der Leitung umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Welle ein gekapselter Elektromotor (6) und eine Zuführungsleitung (14) für ein Schutzgas in die Vorrichtung eingebaut sind.

4. Anwendung der Vorrichtung in einer von zwei Phasen durchströmten Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen in Serie geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 423 433, 440 768, 868, 499 143, 579 025, 897 836;
britische Patentschrift Nr. 461772.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 637/161 7. 64

ι Bundesdruckerei Berlin