DE2121626C3 - Boden für Stoffaustauschkolonnen, insbesondere lonenaustauschkolonnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Boden für 30 d. h. in die darunterliegende Kammer, zu gelangen.

Stoffaustauschkulonnen, insbesondere Ionenautausch- Bei diesem Boden wird es als nachteilig angesehen,

kolonnen, für kontinuierlichen Gegenstrombetrieb daß bei Druckkonstanz, was bei optimalen Aus-

mit einem nach unten gezogenen Fallschacht sowie tauschreaktionen notwendig ist, der von oben nach

einer das freie Ende dieses Fa..schachts mit radialem unten durch die Kolonne rieselnde Ionenaustauscher

freiem Spiel ummantelnden Tasse, welche über Stege 35 sich auf dem Kapselboden ablagern und dadurch den

am Fallschacht angeflanscht ist und nach oben min- Ablauf verstopfen kann (deutsche Offenlegungs-

destens eine freie Öffnung aufweist. schrift 1 442 500).

Es ist bekannt, Austauschreaktionen zwischen zwei Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zuMedien in sogenannten Austauschräumen, wie Ko- gründe liegt, einen Boden für Austauschkolonnen zu lonnen od. dgl., durchzuführen und diese Austausch- 40 schaffen der sich nicht nur einfach gestalten läßt, räume als eine oder mehrere Reaktionskammern sondern auch große Durchsatzmengen, insbesondere auszubilden. Bei Anwendung von röhrenförmigen . für das körnige Ionenaustauschermaterial, ermög-Kolonnen für derartige Austauschzwecke ist es ferner licht, ohne daß die Gefahr eines Verstopfens der bekannt, die Reaktionskammern dadurch zu bilden, Durchtrittsöffnungen gegeben ist.
daß sie nach oben und unten durch Zwischenböden 45 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei begrenzt werden. Um das Strömen der Medien von einem Boden der eingangs genannten Art dadurch einem Reaktionsraum in den anderen zu ermöglichen, gelöst, daß mindestens eine weitere Öffnung am sind die hierfür verwendeten Zwischenböden mit Boden der Tasse vorgesehen ist.
Perforationen und Öffnungen für den Durchtritt der Durch diese Ausbildung des Bodens der Tasse ist austauschenden Medien versehen. 50 es möglich, eine intensive Durchmischung des Ionen-

Bei einer bekannten Austauscherkolonne dieser austauschermaterials mit dem zu behandelnden

Art, bei der ein körniges Austauschermaterial im Medium, wie beispielsweise Flüssigkeit oder Gas, bei

Gegenstrom zu einer zu behandelnden Flüssigkeit be- Aufrechterhaltung einer beispielsweise turbulenten

wegt wird, sind die Reaktionskammern durch Einbau Wirbelschicht in der Kolonne zu ermöglichen, weil

von mehreren Zwischenböden gebildet. Die Zwischen- 55 durch den ständigen, ungehemmten Austritt des

. boden weisen die vorgenannte Perforation sowie Ionenaustauschers aus der Tasse Druckunterschiede

Überströmrohre auf, von denen letztere so lang aus- in den einzelnen Reaktionsräumen der Kolonne nicht

gebildet sind, daß deren Einlasse bis an die Wirbel- aufgebaut werden. Die durch die zusätzliche Öffnung

zone des turbulent gehaltenen Ionenaustauscher- bzw. Öffnungen im Boden der Tasse hervorgerufene

materials und deren Auslässe bis knapp über dem 60 Wirbelung im Raum zwischen Fallschacht und Tas-

darunterliegenden Zwischenboden reichen. Durch senboden bzw. -wänden ist geeignet, Ablagerungen

diese Ausbildung der Überströmrohre wird der je* des Ionenaustauschers in diesen Räumen zu vertun*

weils noch gut austauschfähige Ionenaustauscher in dent, wodurch Störungen im Durchfluß des herab-

den unteren Bereich der Reaktionskammer eingeleitet, rieselnden Ionenaustauschers verhindert werden,

von welchem Bereich aus er, an der Reaktion teil* 65 Durch die Schaffung eines Turbulenzraumes im

nehmend, von unten nach oben steigt, um über die Austrittsbereich des Austauschermaterials aus dem

Einlaßöffnung des betreffenden Ubefströmrohres in Fallschacht wird eine Gegenströmung zur Austritts*

den nächstliegenden Reaktionsraum und hier in den strömung aufgebaut, durch die ein dosiertes Aus-

Ί.

treten des von oben nach unten fallenden Austauschermaterwls ohne besondere Hilfsmittel ermöglicht wird. Dieser Turbulenzraum hut ferner den Vorteil, daß entsprechend dem Grad der Turbulenzbildung eine mehr oder weniger starke Ablaufströmung an Austauschermaterial ermöglicht wird, so daß der Übertritt des Austauschermaterials von der einen Reaktionskammer in die darunterliegende durch die eigene Turbulenz der Wirbelschichten selbsttätig gesteuert sowie die Rückvermischung die- to ser Austauschermasse mit der in der darüberliegenden Reaktionskammer verhindert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß jede öffnung im Boden der Tasse im Bereich der nach oben gerichteten Wand der Tasse vorgesehen ist.

Durch diese Ausbildung der Tasse wird ein Drosselorgan geschaffen, das zwar den Ionenaustauscher nach unten durchläßt, das Aufsteigen der Flüssigkeit durch die Tasse hingegen verhindert. ~ _ao

in der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung am Beispiel eines Boden? für Ionenaustauscherkolonnen schematisch dargesEellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine Austauscherkolonne mit zwei in dieser vorgesehenen Ablauftassen,

F i g. 2 einen vergrößerten Quermittelschnitt durch eine kreisförmige Ablauftasse in der Schnittebene I-I in Fig. 3,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Ablauftasse nach F i g. 2 und

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht auf eine rechteckige Ablauftasse in vergrößerter Darstellung.

In einer Kolonne 1, die dem Behandeln von beispielsweise Flüssigkeiten mittels eines körnigen Austauschermaterials 2 dient, sind mehrere Reaktionsräume 3 bis 5 vorgesehen, die von einigen, den eigentlichen Reaktionsraum der Kolonne unterteilenden Zwischenboden 6 gebildet werden. Die Zwischenboden 6 weisen Perforationen 7 für die von unten nach oben steigende Flüssigkeit sowie mindestens je eine öffnung 8 für das von oben nach unten rieselnde körnige Austauschermaterial, beispielsweise einen Ionenaustauscher 2, auf. Die für den körnigen Ionenaustauscher 2 vorgesehenen öffnungen 8 werden dabei von sogenannten Ablauftassen gebildet, von denen jede aus einem vom Zwischenboden 6 aus nach unten gerichteten Fallschacht 9 und einer diesen im Bereich dessen Austrittsendes ummantelnden Tasse, z. B. einer Ringtasse 10, bestehen. Die Ringtasse 10, die vorzugsweise über Stege 11 mit dem Fallrohr 9 verbunden ist, weist an ihrem Boden 12 Durchtrittsöffnungen 13 für den Ionenaustauscher 2 auf. und es weist der Boden 12 selbst zwischen sich und dem Rand der Austrittsöffnung des Fallschachts 9 einen freien Abstand auf. Analog diesem Abstand ist auch ein weiterer Abstand zwischen den nach oben gerichteten Wänden 14 der Ringtasse 10 und dem Mantel des Fallschachts 9 vorgesehen, und es ist dieser Abstand als sogenannter Wirbelraum 15 ausgeführt. Der mit der Ringtasse 10 verbundene und hier kreisförmig ausgeführte Fallschacht 9 der Ablauftasse weist vorzugsweise an seinem dem Zwischenboden 6 zugewandten Ende einen Ringflansch es 16 auf, über den dieser Fallschacht, z. B. dieses Fallrohr 9, und mit ihw die Ablauftasse am Zwischenboden 6 befestigt sind. Die im Boden 12 der Ringtasse 10 vorgesehenen öffnungen 13 sind auf einem Teilkreis um die Mitte der Ringtasse verteilt angeordnet und sind so weit von dem Austrittsrand des Fallrohres 9 am Boden 12 der Ringtasse vorgesehen, daß ein Durchtritt des von oben nach unten fallenden Austauschers 2 erst nach erfolgter Umlenkung den Boden 12 der Ringtasse 1· verlassen kann. Auf diese Weise läßt sich eine Drosselung der Ablauf geschwindigkeit des Austauschers 2 erzielen, die noch dadurch entsprechend dem Grad der Wirbelung im Wirbelraum 15 mehr oder weniger beeinflußt wird. Je nach Länge des Fallschachts und somit Fallrohres 9 und mithin auch der Ablauftasse ist auch die Höhe der Wirbelschicht des Austauschers 2 gegeben, wobei diese Höhe etwa mit dem Boden 12 der Ringtasse 10 abschließt. Die Ablauftasse, bestehend aus dem vorgenannten Fallrohr 9 und der an ihm verbundenen Ringtasse 10 kann beispielsweise als Kunststoffspritzteil ausgeführt sein, welches sich über dessen Ringflansch 16 oder direkt am Zwischenboden 6 abstütze. Die Wirkungsweise der AbLuftasse und somit der Kolonne 1 ist wie folgt: Durch einen Einlaß 17 im Bereich des Bodens 18 der Kolonne 1 wird das zu behandelnde Medium, z. B. die Flüssigkeit, in einen Sainmelraum 19 eingegeben, welcher Sammelraum nach unten durch eine durchgehende Bodenplatte geschlossen und nach oben durch einen perforierten Boden 20 offen ist. Die aus dem Sammelraum 19 in den ersten Reaktionsraum 5 der Kolonne 1 von unten nach oben aufsteigende Flüssigkeit wird in diesem Reaktionsraum mit einem von oben nach unten rieselnden Ionenaustauscher 2 in Kontakt gebracht, welcher über Kopf durch eine Leitung 21 der Kolonne 1 zugeführt wird. Dieser Ionenaustauscher 2 durchströmt die einzelnen Reaktionszonen 3 bis 5 von ober, nach unten, wobei er im Gegensatz zu der von unten nach oben steigenden Flüssigkeit, welche durch die Perforation 7 des Bodens 6 in die nächsthöhere Reaktionskammer 4 bzw. 3 eintritt, die einzelnen Reaktionskammern durch die öffnungen 8 der Fallrohre 9 nach unten verläßt. Der nach unten rieselnde Ionenaustauscher 2 gelangt über die Randöffnung des jeweiligen Fallrohres 9 und die einzelnen öffnungen 13 im Boden 12 der Ringtasse 10 in die darunterliegende Reaktionskammer 4 bzw. S, wo er einem erneuten Ionenautausch mit der von unten nach oben fließenden Flüssigkeit unterworfen wird. Diese Austauschreaktionen zwischen Ionenaustauscher 2 und Flüssigkeit wiederholen sich entsprechend der Anzahl der Reaktionskammern 3 bis 5, wobei die Flüssigkeit stets durch die Perforation 7 in die jeweilige Reaktionskammer und der Ionenaustauscher 2 d-irch die Ablauftassen in diese gelangen. Je nach Größe der Kolonne 1 kann diese mit zwei oder mehreren Zwischenboden 6 sowie entsprechend drei oder mehreren Reaktionskammern 3 bis 5 ausgestattet sein. Es ist auch nicht ausgeschlossen, daß bei entsprechendem Durchmesser der Kolonne 1 statt nur einer Ablauf tasse im jeweiligen Zwischenboden 6 zwei oder mehr Ablauftassen an dtasbm vorgesehen sind. Versuche mit der erfindungsgemäßen Ablauftasse haben rrgeben, daß bei einem Kolonnendurchmesser von etwa 1,6 m eine Ablauf tasse im jeweiligen Zwischenboden 6 genügt, um die Kolonne 1 für eine Durchsatzleistung von etwa 600 l/h Austauschermasse auszulegen. Infolge ihrer flachen Ausbildung können die Ablauflassen sehr knapp unter dem jeweiligen Zwischenboden 6 vorgesehen werden, so daß

:in wesentlich größerer Reaküonsraum 3 bzw. 4 3ZW. S und somit an Reaktionshöhe gewonnen werden kann.

Die erfindungsgemäBe Ablauftasse ist verständlicherweise nicht nur auf lonenaustauschkolonnen, bei denen ein körniges Austauschermaterial verwendet wird, beschränkt, sondern sie läßt sich selbstverständlich auch für andere Reaktionen zwischen Flüssigkeiten oder Oasen und anderen körnigen Materialien verwenden. Andere körnige Materialien könnten Katalysatoren sein, die beispielsweise Reaktionen zwischen Oasen beschleunigen.

Für den Fall, daß die AusfUhrang der Kolonne 1 und somit der in dieser vorgesehenen Böden 6 auch

IO andere Ausführungen von Ablauftassen zulassen, können statt der kreisförmigen Ablauftassen quadratische, rechteckige oder andere polygonale Ausführungen verwendet werden. Eine solche rechteckige Ablauftasse ist in F i g. 4 perspektivisch dargestellt. Diese Ablauftasse unterscheidet sich gegenüber der in F i g. 2 und 3 dargestellten lediglich dadurch, daß hier eine rechteckige Ausführung von Fallschacht 9 und Tasse 14 gewählt wurde. Die öffnungen 13 im Boden 12 sowie die Wände 14 mit den Stegen 11 sind, wie auch bei der vorbehandelten Ablauftasse, vorhanden. Diese rechteckige Ausführung der Ablauftasse ist besonders für hohe Durchsatzleistungen an Ionenaustauscher 2 geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Bereich dessen Bodens zu gelangen. Um dabei etaer-Patentansprüche: seits turbulente Wirbelschichten in den einzelnen Reaktionsräumen aufrechtzuerhalten und dadurch

1. Boden für Stoff austauscbkolonnen, insbeson- einen guten und relativ schnellen Austausch zwischen dere lonenaustauscbkolonnen, für kontinuier- S den Medien zu ermöglichen, sind je nach Größe der liehen Gegenstrombetrieb mit einem nach unten Austauschkolonne mehr oder weniger Übertrömgezogenen Fallscbacht sowie einer das freie Ende rohre an den Zwischenböden vorgesehen. Versuche dieses Fallschachts mit radialem, freiem Spiel haben hier ergeben, daß bei einem Kolonnendurchummantelnden Tasse, welche über Stege am Fall- messer von etwa 1,60 m etwa 24 Rohre an jedem schacht angeflanscht ist und nach oben min- io Zwischenboden angebracht sind. Dies wird bei verdestens eine freie öffnung aufweist, dadurch schiedenen Austauschreaktionen und somit verschiegekennzeichnet, daß mindestens eine wei- denen Kolonnenausführungen als aufwendig erachtet, tere Öffnung (13) am Boden (12) der Tasse (10) dies um so mehr, wenn die Durchsatzleistung der vorgesehen ist. Kolonne noch weher gesteigert oder der Kolonnen-

2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 durchmesser noch weiter vergrößert wird (deutsche zeichnet, daß jede Öffnung (13) im Boden (12) Patentschrift 1 280761).

der Tasse (10) im Bereich der nach oben gerich- Es ist auch schon eine Austauscherkolonne für

teten Wand (14) der Tasse vorgesehen ist. Ionenaustauscherreaktionen bekannt, bei der im

3. Boden nach den Ansprüchen 2 und 1, da- unteren Abschnitt der Kolonne ein mit Düsen bedurch geVennzeichnet, daß jede Öffnung (13) im *o setzter Lochboden vorgesehen ist. Die einzelnen Boden (12) der Tasse (10) außerhalb der Aus- Düsen werden oberhalb des Bodens von einem Käfig trittsfläche des Fallschachts (9) vorgesehen ist. gebildet, welcher mit einem durch den Boden geführten Fallschacht ausgestattet ist. Das dem Käfig abgewandte Ende des Fallschachts ist in einer tassen-

25 förmigen Kapsel gehalten, und zwar derart, daß ein

durch den Käfig in den Fallschacht tretender Ionenaustauscher einen Ringspalt zwischen dem freien Ende des Schachts und dem Boden der Kapsel passiert, um über den Rand dieser Kapsel nach außen.