DE2649414A1 - Stoffaustauschkolonne - Google Patents
StoffaustauschkolonneInfo
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Description
P. 4987
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur
Stoff au s ta us chko lonne
Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne, in welcher in Abständen übereinander Austauscheinrichtungen angeordnet
sind für den Stoffaustausch zwischen in der Kolonne im Gegenstrom zueinander geführten Gas und Flüssigkeit, wobei zum Transport
der abwärtsströmende Flüssigkeit von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung der Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe
jeweils eine höhere Druckzunahme aufgezwungen wird, als dieses der statischen Druckzunahme in einer zwischen zwei Austauscheinrichtungen
bestehenden Flüssigkeitssäule entspricht, und dass jede Austauscheinrichtung mindestens einen Reaktionsraum aufweist,
welcher von einem Niveauraum für die Flüssigkeit umgeben ist, aus welchem Flüssigkeit von einer Pumpe durch den Reaktionsraum
zirkuliert \tfird, während zur Einleitung des Gases in den Reaktionsraum
in der Bodenplatte einer jeden Austauscheinrichtung
mindestens eine Düse angeordnet ist, und dass der obere Teil des Reaktionsraumes mit einem Abscheideraum verbunden ist.
Derartige Stoffaustauschkolonnen werden beispielsweise für Destillations-,
Extraktions-, Absorptions- und Austauschverfahren,
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insbesondere zur Anreicherung einer Phase an einem Isotop, benötigt.
Bei allen diesen Verfahren ist es zur Erzielung eines raschen und guten Austausches erforderlich, die zu mischenden
Phasen in einen innigen Kontakt miteinander zu bringen.
Es sind Kolonnen bekannt, bei welchen die Förderung der Phasen unter Ausnutzung einer Temperaturdifferenz und einer daraus resultierenden
Druckdifferenz für die gasförmige Phase und der Schwerkraft für die flüssige Phase stattfindet. Hierbei kann
ein erheblicher Durchsatz sinnvoll nur durch Vergrösserung des Kolonnenquerschnittes erzielt werden. Wenn man bei den bekannten
Destillationskolonnen beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit der gasförmigen Phasen vergrössern würde, so reicht die
Trennwirkung der Schwerkraft nicht mehr aus, die Phasen zu separierenj
besonders wenn zwischen dem spezifischen Gewicht der flüssigen und der gasförmigen Phasen kein wesentlicher Unterschied
besteht, können die abwärts strömenden flüssigen Teilchen von dein Gasstrom mitgerissen werden.
Bei Stoffaustauschkolonnen, wie sie die Erfindung betrifft,
kann das Volumenverhältnis zwischen Flüssigkeit und Gas im Reaktionsraum unabhängig von dem durch den Prozess bestimmten
Durchsatzverhältnis gewählt werden, sodass günstige Verhältnisse
für den Stoff aus tausch erhalten werden.
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In diesem Fall ist es erforderlich, zu einer Trennung der Phasen Kräfte heranzuziehen, die ein Vielfaches der Schwerkraft
betragen. Dieses ist dadurch bedingt, dass die Flüssigkeit mehrfach in jeder Austauscheinrichtung durch den Reaktionsraum umgewälzt
wird.
Kolonnen, wie sie die Erfindung betreffen, können vorteilhaft für Isotopen-Austauschreaktionen benutzt werden, die zur Anreicherung
des schweren Isotops (z. B. bei Wasserstoff des Deuteriums) dienen.
Bekanntlich ist bei Stoffaustauschkolonnen die ausgetauschte Stoffmenge um so grosser je grosser die Phasengrenzflächen der
sich berührenden Phasen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auf wirtschaftliche
Weise diese Phasenoberflächen des Gases gegenüber bekannten Austauschvorrichtungen wesentlich zu vergrössern, d. h. das
die Reaktionsräume durchströmende Gas in möglichst kleine Blasen aufzuteilen.
Die Erfindung besteht darin, dass der Reaktionsraum mindestens zum grö.ssten Teil mit einem gas- und flüssigkeitsdurchlässigen
Haufwerk aus einem festen Material aufgefüllt ist.
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Das Haufwerk kann ζ. B. aus einem Gebilde bestehen,, welches eine
geordnete Struktur aufweist, z. B. ein Drahtgewebe oder ein DrahtgewirkJ. Es ist auch möglich das Haufwerk als ein Gebilde
aus einem Vlies aus Drahtfasern auszuführen. Die Drähte können z. B. aus Metall oder auch aus Kunststoff bestehen. Das Haufwerk
kann beispielsweise als Bandstücke in den Reaktionsräumen
angeordnet sein.
Sine andere vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen,
dass man zylindrische Wickelkörper etwa von dem Durchmesser des Reaktionsrauines in diesem anordnet. Herbei besteht der Wickelkörper
aus einem schräg geriffelten Band aus einem Gewebe oder Gewirk mit einer relativ grossen Maschenweite.
Mit Hilfe der Erfindung wird erreicht, dass in den Reaktionsräumen
Gasblasen geringer Grosse erzeugt werden und ausserdem eine Agglomeration der Gasblasen weitgehend verhindert wird
und zwar dadurch, dass sie ständig auf die Drähte aufprallen, wobei die Gasblasen zerschlagen und in kleinere Blasen aufgeteilt
werden, sodass die durchgesetzte Gasmenge eine sehr grosse Oberfläche aufweist und hierdurch der Stoffaustausch zwischen
Flüssigkeit und Gas wesentlich verbessert wird.
Es ist zwar bei Siebbodenkolonnen bekannt, in dem jeweils über einem Siebboden befindlichen, aus Flüssigkeit und Gas bestehenden
Blasenbett Drahtgewebe anzuordnen zur Herabsetzung einer
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- # 2649Α14
" τ
Agglomeration der das Flüsäigkeitsbett durchsetzenden Gasblasen.
Bekanntlich ist jedoch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in derartigen Kolonnen begrenzt, da die Flussigkeitsmenge pro Austauschstufe
durch die Du.rchsatzmenge der Flüssigkeit durch die Kolonne vorgegeben ist. Dieses hat zur Folge,.dass keine grosse
Turbulenz im Blasenbett verwirklicht werden kann und somit trotz der Anordnung von Drahtgeweben im Blasenbett die Phasenoberflächen
der durchgesetzten Gasmenge nicht in befriedigendem Masse vergiiössert v/erden kann. Ausserdem sei daraufhingewiesen, dass
um so grössere Gasblasen entstehen, je grosser die durchgesetzte
Gasmenge ist, wobei die Gasblasen eine solche Grosse annehmen
•können, dass sie von den Drähten des Haufwerkes nicht mehr zerteilt werden.
Demgegenüber wurde bei der Erfindung erstmals erkannt, dass · durch eine Kombination der bei dem die Erfindung betreffenden
Kolonnentyp getroffenen Massnahmen mit denjenigen, wie sie für
Blasenbetten in Siebbodenkolonnen bekannt sind, ein wesentlich besserer Stoffaustausch erzielt wird.
Dieses ist dadurch begründet, dass bei Kolonnentypen, in welchen eine mehrfache Umwälzung der Flüssigkeit durch die Reaktionsräume
erfolgt, welche ein Haufwerk aufweisen, hohe Turbulenzen im Blasenbett der Reaktionsräume erzeugt werden und
Gasblasen geringer Grosse'.die Reaktionsräume durchströmen.
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Auf Grund der Anordnung von gas- und flüssigkeitsdurchlässigen
Haufwerken aus Drähten bzw. Drahtfasern in den Reaktionsräumen
wird die Agglomeration von Gasbläschen weitgehend vermieden, da diese im Gegensatz zu Siebbodenkolonnen die Reaktionsräume mit
einer wesentlich grösseren Geschwindigkeit durchströmen und
hierbei auf die Drähte aufprallen und zerteilt werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in schematischer Darstellungsweise
zwei Ausführungsformen eines Teilausschnittes
von erfindungsgenäss ausgebildetem Stoffaustauschkolonnen im Längsschnitt, während in
Fig. 3 ein aus einem Drahtgewirk bzw. Drahtgovvebo -
wie es Fig. 4 zeigt - hergestellter Wickelkörper dargestellt ist, von dem einer oder
mehrere in den einzelnen Reaktionsräumen der Austauschvorrichtungen angeordnet sind.
Der KoIonnenausschnitt 1 einer Kolonne gemäss Fig. 1 zeigt übereinander,
in einem Druckrohr angeordnete Austauschvorrichtungen 2,
Eine -solche Kolonne kann beispielsweise für den Deuteriumaustausch
zwischen Wasserstoff und Methylamin dienen.
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BAD ORIGINAL
Die Austauschvorrichtungen bestehen jeweils aus Reaktionsräumen 3,
von denen mehrere abstandweise über den Kolonnenquerschnitt verteilt angeordnet sein können. Jedem Reaktionsraum ist eine Strahlpumpe
4, die aus einer Treibdüse 4a und einem Diffusor 4b besteht, zugeordnet. Die Treibdüsen sind in gasdicht mit dem Kolonnenrohr,
verbundenen Böden angebracht. In den Reaktionsräumen 3 befindet sich ein gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Haufwerk, beispielsweise
ein oder mehrere Wickelkörper (vgl. Fig. 3). Diese Wickelkörper v/eisen vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie die Reaktionsräume
3 auf und sind lose aufeinander geschichtet, wobei die Wickelkörper aus einem Gewebeband 5a (vgl. Fig. 4) gebildet
sind, welches schräge Riffelungen aufweist.
Am oberen Ende sind die Reaktlonsräume gegen einen Abscheideraum
6 geöffnet. Hierin erfolgt die Abtrennung des Gases von der Flüssigkeit, und wobei das Gas durch ein Rohr 7 nach oben
ausströmt, und durch die Treibdüsen 4a in die darüberliegende Aus tau s chvo rri chtung einströmt.
Die Reaktionsräume sind jeweils von einem Niveauraum 8 für die
Flüssigkeit umgeben, aus welchem Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 9 durch eine Leitung 10 in den Niveauraum der darunterliegenden
Austauschvorrichtung gefördert wird. Aus dem Niveauraum wird ständig von den Strahlpumpen Flüssigkeit in die Reaktionsräume
angesaugt und dort mit dem Gas in Kontakt gebracht.
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BAD ORIGINAL
Wie bereits an vorstehender stelle erläutert, prallen die Gasbläschen
mit hoher Geschwindigkeit auf die Drähte der Wickelkörper
5 auf und werden dort zerteilt.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von Fig. 1 ausschliesslich durch eine andere Ausbildung der Rücklaufmischung.
Während in den einzelnen Austauscheinrichtungen 2 geraäss
Fig. 1 die Förderung einer von der Gesamtdurchsatzmenge der Flüssigkeit durch die Kolonne unabhängige Flüssigkeitsmenge
mit Hilfe von Gasstrahlpumpen in die Reaktionsräume 3 erfolgt, wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel Flüssigkeit
aus den Niveauräuraen mit Hilfe von Pumpen 11 in die Reaktionsräume
gefördert, während das Gas von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung durch Düsen 12 in die Reaktionsräume
strömt. Mit Fig. 1 übereinstimmende Konstruktionselemente
sind mit den gleichen Bezugsziffern, die mit einem Apostroph versehen sind, bezeichnet.
Wie bereits an vorstehender Stelle erwähnt, .zeigen die Fig. 1
und 2 nur Ausschnitte von erfindungsgemäss ausgeführten Kolonnen. Der Kopf- und Bodenteil der Kolonnen ist nicht dargestellt,
da dieses für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist. Als Druckerzeuger für das in den Bodenteil der Kolonne ein-
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geleitete Gas kann beispielsweise ein Kompressor dienen, der z. B. innerhalb der Kolonne unterhalb des untersten Boden angeordnet
sein kann. Der erforderliche Gesamtdruckabfall längs
der Kolonne kann auch von einem Druckbehälter aufgebracht werden. Diese Ausführung ist besonders dann vortailhaft, wenn ein
derartiger Druckbehälter bereits zur Speicherung der komprimier
ten Phase in einer Anlage, von der die Austauschkolonne einen
Bestandteil bildet, dient.
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Leerseite
Claims (5)
1. Stoffaustauschkolonne, in welcher in Abständen übereinander Austauscheinrichtungen angeordnet sind für den Stoffaustausch
zwischen in der Kolonne im Gegenstrom zueinander geführten Gas und Flüssigkeit, wobei zum Transport der abwärtsströmende Flüssigkeit
von Austauscheinrichtung zu Austauscheinrichtung der Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe jeweils eine höhere Druckzunahme
aufgezwungen wird, als dieses der statischen Druckzunahme in einer zwischen zwei Austauscheinrichtungen bestehenden Flüssigkeitssäule
entspricht, und dass jede Austauscheinrichtung mindestens einen Reaktionsraum aufweist, welcher von einem Niveauraum
für die Flüssigkeit umgeben ist, aus welchem Flüssigkeit von einer Pumpe durch den Reaktionsraum zirkuliert wird, während
zur Einleitung des Gases in den Reaktionsraum in der Bodenplatte einer jeden Austauscheinrichtung mindestens eine Düse
angeordnet ist, und dass der obere Teil des Reaktionsraumes mit einem Abscheideraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Reaktionsraum mindestens zum grössten Teil mit einem . gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Haufwerk aus einem festen
Material aufgefüllt ist.
2. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-·
net, dass das Haufwerk aus mindestens einem Gebilde aus einem drahtartigen Material besteht, und dass das Gebilde eine geordnete
Struktur aufweist.
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OFUGlNAL INSPECtED
26494H
■ν
3. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Haufwerk aus einem Drahtgewebe besteht.
4. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Haufwerk aus einem Drahtgewirk besteht.
5. Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Haufwerk aus mindestens einem Gebilde aus einen Vlies aus Drahtfasern besteht.
709828/0840
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