Flüssig/Flüssig-Zentrifugalextraktor: Mischen, Extrahieren und Separieren in einem Apparat

Anbieter zum Thema

IKA-Werke GmbH & Co. KG

L.B. Bohle Maschinen und Verfahren GmbH

Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG

CINC Deutschland GmbH & Co. KG

Mischen, Extrahieren, Separieren

Abbildung 1 zeigt einen Querschnitt des neuen Cinc-Zentrifugalextraktors. Über die zwei Zuläufe werden eine Geberphase mit Wirkstoff A (blau) und ein Lösungsmittel (gelb) dem Mischbereich (grün) der Zentrifuge zugeführt. Im variabel einstellbaren Mischbereich, zwischen dem sich drehenden Rotor und der statischen Gehäusewand, werden kleine Tropfen mit großen Oberflächen geschaffen, dadurch erfolgt der Stofftransport von A aus der Geberphase in das Lösungsmittel ideal. Um auch bei Stofftransport gehemmten Systemen, etwa der Metall-Extraktion, eine optimale Ausbeute zu erreichen, wurde der Mischbereich vergrößert und somit die Mischzeit von fünf Sekunden auf bis zu 300 Sekunden gesteigert. Dies gewährleistet, dass das Verteilungsgleichgewicht erreicht wird. Die Ausbeute pro Stufe konnte bei der Kobalt-Extraktion so von zwölf Prozent auf mehr als 99 Prozent gesteigert werden. Im sich drehenden Rotor werden bei Verweilzeiten von zehn Sekunden bis 100 Sekunden die zwei Flüssigkeiten durch die Zentrifugalkräfte von 200 bis 2000 g sicher getrennt (kein Entrainment) und über den jeweiligen Ablauf (schwere oder leichte Phase) drucklos abgeleitet.

Pilotiert werden neue oder optimierungsbedürftige Prozesse mit der Labor-/Technikumszentrifuge CS 50 (10 bis 1500 ml/min) beim Anwender vor Ort. Die hierbei gewonnenen Daten spiegeln die physikalischen und chemischen Eigenschaften des getesteten Systems wieder und dienen zuverlässig für die Berechnung der Prozessmaschinen.

Um den Wertstoff komplett zu extrahieren, also um eine optimale Ausbeute zu erzielen, werden mehrstufige Prozesse genutzt. Zudem kann mithilfe von mehrstufigen Prozessen das Lösungsmittel maximal beladen werden, was zu einen Reduzierung des Lösungsmitteleinsatzes führt. Und dank der optimalen Separation geht auch kein Lösungsmittel verloren.

Für mehrstufige Prozesse werden zwei oder mehrere Maschinen nebeneinander gestellt. Da die Abläufe höher als die Zuläufe sind, fließen die Flüssigkeiten im freien Gefälle und benötigen keine Pumpen oder Regelorgane. Kreuz- und Gegenstromextraktionen können so einfach dargestellt werden.

Fazit

Dank der stetigen Weiterentwicklung erfüllen Zentrifugalextraktoren nun alle Forderungen der Anwender und ersetzen daher zunehmend alte Apparate. Durch ihre kompakte Bauweise können mit ihnen Prozesse in bis zu zwei Tagen pilotiert und sicher auf Prozessgröße extrapoliert werden. Mixer-Settler-Batterien sowie gerührte und ungerührte Kolonnen benötigen hingegen große Volumen für die Pilotierung. Zudem sind lange Einfahrzeiten nötig, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Im Gegensatz dazu sorgen das geringe Prozessvolumen und die hohen Scherkräfte des Zentrifugalextraktors für eine sofortige Gleichgewichtseinstellung. Ein weiterer Vorteil des geringen Volumens: Das Risiko bei gefährlichen Stoffen wird deutlich minimiert. Das Zentrifugalfeld sichert eine optimale Phasentrennung. Beheizte oder gekühlte Prozesse sind sehr effizient. Der geringe Platzbedarf, die schlanke Installation, die einfache Wartung sowie das einfache Handling minimieren die Investitions- und Betriebskosten. Die gesteigerte Beladung des Lösungsmittels reduziert das Lösungsmittelvolumen und damit die Kosten für die Lösungsmittelaufarbeitung.

* Der Autor ist Geschäftsführer der CINC Deutschland GmbH & Co. KG, Brakel.

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