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Verfahren und Vorrichtung zum Extrahieren von Bestandteilen fester
Stoffe i)iQ Erfindung besieht sich auf ein Verfahren zum Extrahieren voll Bestandteilen
fester Stoffe mittels einer Flüssigkeit, l>ei welchem das Extraktionsgut im Gegenstrom
mit der Extraktionsflüssigkeit behandelt wird. Dabei können sich das Extraktionsgut
und die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung bewegen : es ist aller auch genügend,
ween sich einer der beiden Stoffe ebwegt. Grundsätzlich muß eine relative Bewegung
stattfinden. l3ei allein bekannten, hierzu geeigneten Vorrichtungeil befindet sich
das Extraktionsgut während der ganzen Behandlungsdauer in Berührung mit der Flüssigkeit.
tSm eine genügende Leistung zu erzielen, muß die Behandlungsdauer entsprechend lang
sein. sofern man nicht außergewöhnlich große Flüssigkeitsmengen verwenden will.
Die Folge davon ist, daß sich die Flüssigkeit verhältnismäßig lange innerhalb der
NTorrichtung befindet und dadurch leicht nachteilige Veränderungen erfahren kann.
l)ie Erfindung bezweckt u. a. solchen Veränderungen vorzubeugen und die Extraktion
unerwünschter Stoffe zu verringern. Sie gestattet es, die Zeit, während welcher
sich die Flüssigkeit innerhalle der Vorrichtung befindet, herabzusetzen, ohne deshalb
die Menge der verwendeten Flüssigkeit erhöhen zu müssen. Hierbei wird jedoch die
Behandlungszeit der festen Stoffe voll aufrechterhalten, so daß die Leistung nicht
beeinträchtigt ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man den Flüssigkeitsstrom
in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilströme zerlegt. die parallel
und
in gleicher Richtung wandern und daß man diesen Teilströmen derartige Bewegungen
erteilt, daß das Extraktionsgut nacheinander und periodisch mit jedem der Teilströme
in Berührung kommt.
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Die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströme in bezug auf das
Extraktionsgut ist bei gleicher Leistung erhöht, und die Dauer der Berührung zwischen
jedem Teilstrom und dem Extraktionsgut ist erheblich verringert.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens unterteilt
man die Extraktionsflüssigkeit in wenigstens zwei Teilströme, die parallel zueinander
in gleicher Richtung wandern und eine derartige Bewegung erhalten, daß das Extraktionsgut
nacheinander und periodisch mit jedem der Teilströme in Berührung kommt.
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Abgesehen von der Verringerung der Zeit, während der sich die Flüssigkeit
in der Vorrichtung befindet, ergibt die beschriebene Arbeitsweise den weiteren Vorteil
einer erhöhten Extraktionsleistung.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Diese weist wenigstens zwei parallel verlaufende, mit Flüssigkeit beschickte
Förderwege und Zusatzfördermittel auf, die es gestatten, das Extraktionsgut im Gegenstrom
zu der Flüssigkeit zu verschieben und es nacheinander und periodisch in Berührung
mit der Flüssigkeit jedes Förderweges zu bringen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine drehbar
gelagerte Trommel vorgesehen, die inwendig rundum durch wenigstens zwei in der Trommel
angebrachte, praktisch gleichlaufende, nach Schraubenflächen verlaufende Scheidewände
abgeteilt ist, die den Trommelumfang in wenigstens zwei Reihen Fächer mit ebensovielen
Ein- und Ausgängen einteilen, so daß der Inhalt jedes Faches einer Reihe in dieser
Reihe fortbewegt wird, wenn die Trommel sich dreht.
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Für die Beförderung des Extraktionsgutes von der einen in die andere
Reihe ist in Ider Trommel mindestens eine durchlöcherte, radiale Längswand angebracht,
die die Windungen der nach Schraubenflächen verlaufenden Wände miteinander verbindet.
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In dem Mittelteil der Trommel sind schräge Leitflächen derart angeordnet,
daß beim Drehen das Extraktionsgut aus einem Fach der einen Reihe in ein Fach der
anderen Reihe fällt.
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Die Zeichnungen erläutern die Erfindung an Hand von Beispielen, die
keineswegs die Ausführungsmöglichkeiten dieser Erfindung beschränken.
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Die Abb. I bis 3 zeigen schematisch die Gesamtanordnung in verschiedenen
Ausführungsformen.
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Abb. 4 zeigt schematisch einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV
der Abb. 5 eines Bruchstücks einer anderen Ausführungsform.
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Abb. 5 zeigt einen Querschnitt nach der Linie V-V der Abb. 4.
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Abb. 6 entspricht der Abb. 5, zeigt jedoch einen anderen Betriebszustand.
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Abb. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung schematisch eine Einzelheit
der Vorrichtung nach den Abb. 4 bis 6.
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Abb. 8 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Teiles der Vorrichtung
nach den Abb. 4 bis 7, wobei die Txommelwandung weggenommen ist.
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In den verschiedenen Abbildungen sind gleichartige Teile mit denselben
Bezugsziffern versehen.
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Gemäß Abb. I werden zwei Reihen von Behältern I, 3, 5, 7 und 2, 4,
6, 8 durch zwei Leitungen I0, II in der Richtung der Pfeile I3, 14 mit Flüssigkeit
beschickt, so daß also die Flüssigkeit in zwei Teilströme geteilt wird. Zusätzliche
Fördermittel führen das Extraktionsgut von I nach 2, von 2 nach 3 usw. Dies erfährt
also schließlich Verschiebungen in der der Pfeile I3 und 14 entgegengesetzten Richtung.
Das Gut gelangt nacheinander und periodisch von einem Behälter des einen Teilstromes
in einen Behälter des anderen Teilstromes.
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Die Vorrichtung kann auch mehrere Flüssigkeitsströme aufweisen. Gemäß
Abb. 2 sind drei Reihen von Behältern I, 4, 7; 2,5, 8 und 3, 6, 9 vorgesehen, die
durch drei parallele Leitungen in der Richtung der Pfeile I3 bis 15 durch drei Leitungen
10 bis 12 beschickt werden. Zusätzliche Fördermittel führen das Extraktionsgut von
I nach 2, von 2 nach 3, von 3 nach 4 usw., also nacheinander aus einem Behälter
des ersten Teilstromes in einen Behälter des zweiten Teilstromes und hierauf in
einen Behälter des dritten Teilstromes.
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Abb. 3 zeigt schematisch, wie man das Verfahren gemäß der Erfindung
mit einer bekannten Einrichtüng verwirklichen kann.
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Sechs U-förmige Behälter I bis 6 werden von einer durchgehenden Förderleitung
I6 für das Extraktionsgut durchsetzt. Dies gelangt somit nacheinander von I nach
2, von 2 nach 3 usw.
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Die beiden Teilströme I7 und I8 der Extraktionsflüssigkeit werden
in die Behälter 6 und 5 eingeführt, fließen im Gegenstrom mit dem Extraktionsgut
und werden dann in die Behälter 4 und 3 eingeführt, usw. Auch in diesem Fall erfahren
das Extraktionsgut und die Extraktionsflüssigkeit in bezug zueinander Verschiel,ungen
in entgegengesetzter Richtung, obgleich sie nicht demselben Weg folgen und obgleich
sie auf einem Teil ihrer Wege sich in derselben Richtung bewegen.
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Die Vorrichtung nach den Abt). 4 bis 8 kann beispielsweise zur Zuckergewinnung
aus den Zuckerrüben nach dem bekannten Diffusionsverfahren verwendet werden. Sie
gestaltet das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuierlich und selbsttätig.
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In den letzten Jahren wurden mehrere Vorrichtungen für kontinuierliche
Diffusion vorgeschlagen.
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Sie haben alle den Nachteil, daß die Diffusionsbrühe ungefähr so lange
in der Vorrichtung verbleibt wie die Rübenschnitzel, somit also verhältnismäßig
lange, wenn man eine befriedigende. Auslaugung der Rübenschnitzel erzielen und ausreichende
Saftmengen abziehen will. Hierbei ergibt sich aber die Gefahr, daß der leicht vergärbare
Zuckersaft eine Veränderung erleidet. Mit keiner dieser Vorrichtungen kann man das
Ziel der vorliegenden Erfindung erreichen, daß die Brühe nur
halb
so lange in der Vorrichtung verbleit bwie die Schnitzel. f)ie Vorrichtung nach den
Abb. 4 bis 8 besteht aus einer Trommel I01, die auf beliebige nicht dargestellte
Art in Drehung versetzt wird. An der Innenseite 102 der Trommel sind zwei Scheidewände
103, 104 angeordnet, die anch praktisch gleichlaufenden Schraubenflächen verlaufen
und ähnlich einer zweigängigen Schraube ineinanderliegen, so daß sie zusammen eine
Schraube mit Doppeleingang bilden. Der Unterteil der Trommel ist mit einer Flüssigkeit,
z. B. der Zuckerbrühe, bis zum Spegel 105 gefüllt. Die von de Scheidewänden 103,
104 gebildeten Schneckengänge ergelben am Boden der Trommel zwei ineinanderliegende
Reihen von mit Flüssigkeit gefüllten Fächern 106 bis 109 und 110 bis II2.
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Wenn die Trommel langsam gedreht wird, bleibt der Flüssigketisspiegel
in dem zwischen den Schneckengängen erhaltenen Fächern horizontal, und die 10 jedem
dieser Fächer enthaltene Flüssigkeit wandert parallel zur Trommelachse, ohne daß
die Teilströme miteinander in Berührung kommen oder sich mischen können. Bei jeder
Umdrehung der Trommel wird die Flüssigkeit jedes Teilstromes um einen gleichen Abstan
(l verschoben, der der Ganghöhe der Schnecke, d. Il. der Breite von zwei Fächern,
entspricht. Nuf diese Weise gelangt die Flüssigkeit des Faches 106 nach einer vollen
Um-Umdrehung in das Fach 107, die Flüssigkeit des Faches 110 nach 11 r usw Die Flüssigkeit
kann somit als in zwei Ströme unterteilt angesehen werden, die parallel arbeiten
und nacheinander durch die Behälter einer Reihe strömen. Die beiden schraubengangförmigen
Scheidewände 103, 104 dienen den beiden Flüssigkeitsströmen als Fördermittel.
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Die Rübenschnitzel werden in dei beiden Schraubengänge von liks eingeführt.
Um sie nach untl nach in die verschiedenen Flüssigkeitsströme eintaucheii zu lassen,
welche durch die Trommel wandern, ist eine diametral verlaufende Längswand 114 in
der Trommel angebracht und teilt diese in zwei halbzylindrische Sektoren. die Ränder
113 dieser längswand 114 sind zwischen den Scheidewänden 103. 104 mit Durchbrechungen
versehen ; sie bilden so Roste. die die Flüssigkeit durchlassen und die Schnitzel
aufhalten. Wenn jedes Fach mit einem Gemenge von Saft und Schnitzeln gefüllt ist,
werden letztere durch die Roste 113 aus der Flüssigkeit gehoben, wobei sie abtropfen
(;Äbb. 6).
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Um die Beförderung der Schnitzel von einem Fach in das nächste Fach,
im Gegenstrom zu dem durch die Schrauben geführten Saft, zu ermöglichen. sind auf
jeder Seite der Längswand II4, im Mittelteil der Trommel, eine Rinne 116 angeordnet,
die durch auf der Längswand 114 angebrachte schräge Leitflächen 115 gebildet werden.
jede Rinne führt zu einer Durchbrechung in einer der Scheidewäner 103 oder 104.
Die z. B. aus dem Fach 109 durch einen Rost 1 13 angehobenen Scllioitzel gleiten,
wenn die Neigung der Wand genügend groß geworden ist, in eine Rinne 116, die ihnen
eine seitliche Verschiebung um zwei Fachbreiten gibt und sie in die Flüssigkeit
des Faches 108 fallen läßt. Es sei bemerkt, daß es nur einer halben Umdrehung der
Trommel bedarf, damit ein Rost 113 aus der unteren in die obere Stellung gelangt
und die Schnitzel, welche in den Saft im Fach 109 eintauchen und rechts von der
diametral verlaufenden Längswand in Abb. 5 liegen, in das Fach 108 auf die andere
Seite dieser Längswand gefördert werden. Während der folgenden halben Umdrehung
werden die Schnitzel nicht durch einen Rost angehoben, sondern nehmen an der Bewegung
des Saftes teil, in den sie eintauchen. Sie gelangen vom Fach 108 in das Fach 112,
in dem sie sich wiederum auf der rechten Seite der diametral verlaufenden Längswand
(Abb. 5) befinden und können dann durch den unteren Rost wieder angehoben werden.
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Nach einer vollen Trommeldrehung sind die Flüssigkeiten um die Breite
zweier Fächer in der Richtung des Pfeiles II8 vorwärtsgekommen, während die Schnitzel
in der Richtung des Pfeiles 1 17 nur um eine Fachbreite in der Gegenrichtung vorgerückt
sind. Saft und Schnitzel wandern also im Gegenstrom, obwohl sie während einer Bewegungsphase
gleichlaufen. Der Saft bewegt sich dabei doppelt so schnell wie die Schnitzel durch
die Vorrichtung, verbleibt also nur halb so lange in derselben.
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Die Relativbewegung des Saftes und der Schnitzel beträgt drei Fachbreiten
je Umdrehung.
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Die aus dem Saft des Faches 109 ausgehobenen Schnitzel fallen in den
Saft zurück, der aus dem Fach 111 kommt. Die Schnitzel, welche den Saft der einen
Fächerreihe verlassen, fallen somit in den Saft der anderen Fächerreihe.
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Wenn die Förderschnecke nur eingängig wäre, würden Saft und Schnitzel
bei einer Umdrehung in entgegengesetzter Richtung nur um eine Fachbreite wandern,
und zwar mit gleicher Geschwindigkeit, so daß beide gleich lange in der Vorrichtung
bleiben würden. die Relativbewegung ware zwei Fachbreiten je Umdrehung.
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Wenn man mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einer gleich
großen Menge Schnitzel gleich viel Extrakt gewinnen will wie mit einer Vorrichtung,
die nur eine einzige Förderschnecke aufweist, muß man die bei jeder Umdrehung in
die Schnecke eintretende Flüssigkeit in zwei Ströme unterteilen, von denen jeder
bei einer halben Umdrehung in eine der Eingangsöffnungen der zweigängigen Schnecke
eingeführt wird. Der Teilstrom, welcher in eine Eintrittsöffnung geleitet wird,
durchströmt die Fächer einer Reihe. Der in die andere Oeffnung eingeführte Strom
fließt durch die Fächer der anderen Reihe. In jedem Fach befindet sich dann nur
mehr die Hälfte der Flüssigkeitsmenge, die im Falle einer Vorrichtung mit einfacher
Schnecke vorhanden wäre.
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Da die Relativbewegung von Schnitzeln und Saft drei Fachbreiten je
Umdrehung beträgt, gegen zwei Fachbgreiten bei einer Vorrichtung mit eingängiger
Schnecke, treffen die Schnitzel nach und nach
auf weil-ger angereicherten
Saft als im zweiten Falle, so daß eine verstärkte Auslaugung stattfinden kann. Dieser
größere Unterschied der Konzentration von Schnitzeln und Saft gleicht, wie festgestellt
wurde, die verringerte Berührungszeit überwiegend aus. Dagegen ist diese Verkürzung
geeignet, einerseits Gärung oder andere Veränderung des Zuckersaftes zu verhüten,
andererseits die Auslaugung von Verunreinigungen zu verringern.
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Da nun die Gefahr von Veränderungen des Saftes vermieden ist, kann
man ohne Nachteil die Anzahl der Fächer, also die Behandlungsdauer der Schnitzel,
erhöhen, was die Endausheute steigert.
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Gegenüber einer bekannten Vorrichtung mit eingängiger Schnecke bietet
die Erfindung noch einen weiteren Vorteil. Um jedes Überfließen des Saftes von einem
Fach in das andere zu verhindern, was den guten Fortgang der Diffusion stören würde,
muß der Flüssigkeitsspiegel unter einer gewissen Grenze bleiben. Die Verringerung
der Flüssigkeitsmenge in den einzelnen Fächern gestattet es, die Menge der Schnitzel
je Fach zu erhöhen. Andererseits ist die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel durch
die Zeit begrenzt, welche für den Durchtritt (Filtration) der Flüssigkeit durch
den Pack von Schnitzeln erforderlich ist, der vom Rost angehoben wird. Die Verringerung
der Flüssigkeitsmenge bedingt eine kürzere Filtrationszeit und daher eine höhere
Grenzgeschwindigkeit der Trommeidrehung. Aus beiden Gründen ergibt sich eine Leistungssteigerung.
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Die Anwendung der zweigängigen Förderschnecke vereinfachte die Bauart,
da die Vorrichtung vollkommen symmetrisch wird.
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Die Erfindung läßt hinsichtlich der Form, Anordnung und Anzahl der
Elemente verschiedene Ausführungsformen zu, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
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Die Vorrichtung kann zur Extraktion flüssiger und fester Stoffe verschiedener
Art verwendet werden. Die Flüssigkeit kann ein Gemisch oder eine Zusammensetzung
aus verschiedenen Stoffen sein.
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Die festen Stoffe können Gemenge verschiedener Stoffe und gegebenenfalls
mit einer gewissen Menge Flüssigkeit gemischt sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die Extraktion fester Stoffe durch Flüssigkeiten
beschränkt und ist bei jeder physikalischen oder chemischen Behandlung fester Stoffe
mit einer oder mehreren Flüssigkeiten oder von Flüssigkeiten mit einem oder mehreren
festen Stoffen anwendbar, weil die zur Bearbeitung verwendeten Stoffe sich, in bezug
zueinander, im Gegenstrom bewegen. Die zu extrahierenden Stoffe können den festen
Stoffen auch nur anhaften. Die Behandlung kann auch durch zwei oder mehrere verschiedenartige
Flüssigkeiten erfolgen, die in zwei oder mehrere parallel je Förderwege einleitet
werden.
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PATENTANSPRÜCI {E 1. Verfahren zum Extrahieren, im Gegenstrom, von
Bestandteilen fester Stoffe mittels einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Extraktionsflüssigkeit in wenigstens zwei Teilströme unterteilt, die parallel
zueinander in gleicher Richtung wandern und eine derartige Bewegung erhalten, daß
das Extraktionsgut nacheinander und periodisch mit jedem der Teilströme in Berührung
kommt.