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Verfahren zur Durchführung von Stoffübergängen zwischen einer flüssigen
und einer gasförmigen Phase Bei der Durchführung von Verfahren, bei welchen Stoffe,
die in einer flüssigen Phase gelöst sind, in eine während des Verfahrens stets vorhandene
Gasphase überführt werden, oder Stoffe, die als Telldruck in einer Gasphase vorhanden
sind, in eine flüssige Phase überführt werden sollen, müssen die beiden Grundbedingungen
einer möglichst guten Verteilung der Gasphase in der flüssigen Phase sowie die möglichst
exakte Einhaltung dies Gegenstroms zwischen Flüssigkeit und Gas angewendet werden,
um rationell zu arbeitlen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Gasen, die in einen mit
Flüssigkeit gefüllten Behälter eintreten, diesen Gasen eine Führung durch über den
Gaseintrittsdüsen angeordnete Rohre zu geben. Bei diesen bekannten Verfahren wird
zw.ar eine gute Durchmischung zwischen Flüssigkeit und Gas zwangsweise erreicht;
jedoch kann das Verfahren keinen Anspruch darauf erheben, leine gute Ausnutzung
der absorbierenden Eigenschaft der Flüssigkeit auf das zu extrahierende Gas oder
umgekehrt auszuüben, da dieselbe Flüssigkeit sowohl mit dem Anfabgswie mit dem Endzustand
des durch die Flüssigkeit perlenden Gases in Berührung kommt.
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Im Gegensatz hierzu wird in dem vorliegenden Verfahren zwangsweise
erreicht daß I. der Vorteil einer guten Durchmischung von Gas und Flüssigkeit bis
zum äußersten wahrgenommen wird, 2. eine Führung der Flüssigkeit gegen das Gas dahin
erreicht wird, daß frische Flüssigkeit mit dem erwünschten Endzustand des Gases
in Berührung kommt und beim weiteren Weg durch die Apparatur auf Gaszustände trifft,
die von den zu erreichenden Endzuständen jeweils weiter entfernt sind, so daß endgültig
die Flüssigkeit vor dem Verlassen der Apparatur mit einem Gas in Bierührung steht,
das dem Anfangszustand des
Prozesses entspricht. Es liegen sich
hier also jeweils Endzustand von Flüssigkeit und Anfangszustand von Gas- bzw. Anfangszustand
von Flüssigkeit und Endzustand von Gas gegenüber.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, daß die
gasförmige Phase von unten durch ein Rohr, in dem die flüssige Phase von oben nach
unten strömt, in Form einer Blase aufsteigt, deren Durchmesser nur um ein weniges
kleiner ist als der Querschnitt des Rohres. Um zu verhindern, daß eine Durchmischung
der flüssigen Phase bezüglich ihres Anfangs- und Endzustandes eintritt, muß der
Aufsteigweg der Blase innerhalb des Rohres mindestens das zofacbe des lichten Rohrquerschnittes
betragen.
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Diese Anordnung erlaubt infolge der hintereinander erreichten verschiedenen
Gleichgewichtszustände eine Ausnutzung derjenigen Eigenschaften von Flüssigkeit
und Gas, die die Absorption bzw. Austreibung bedingen bis nahe an die theoretisch
möglichen Werte.
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Um eine vielfache Vergrößerung der entstehenden Oberfläche der Flüssigkeit
gegen die aufsteigende Gasblase bei dem geschilderten Prinzip zu erzwingen, muß
man durch Dosierung der Gasmenge dafür Sorge tragen, daß die in dem mit Flüssigkeit
gefüllten Rohr aufsteigehde Blase so groß wird, daß ihr Querschnitt nur wenig kleiner
ist als der des Rohres. Dieses wird immer zwangsläufig erreicht, wenn eine bestimmte
kritische Gasmenge in das Rohr eingeleitet wird, und zwar tritt folgendes auf: In
dem Rohr entstehen am unteren Teil Gasblasen verschiedener Querschnitte. Diese Gasblasen
besitzen infolge ihrer verschiedenen Größe verschieden schnelle Aufsteiggeschwindigkeiten.
Die größeren steigen schneller auf, holen dabei die vor ihnen aufsteigenden kleineren
Gasblasen ein, vereinigen sich mit ihnen und wachsen auf die Weise schnell an.
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Dieses Anwachsen geht genau so lange vor sich, bis die Blase so groß
geworden ist, daß sie an dem äußeren Umfang der ihr entgegenströmenden Wassersäu1!e,
d. h. also praktisch an der Rohrwand, allseitig anstößt. In diesem Moment wird der
Endquerschnitt der Blase und gleichzeitig die Endgeschwindigkeit erreicht. Diese
Endgeschwindigleit ist ein Zustand, der einerseits von dem Gewicht des Gases, also
von seiner Aufsteigkraft, abhängt. andererseits von der Geschwindigkeit der der
Blase entgegenströmenden Flüssigkeit. Es ist natürlich ohne weiteres möglich, diese
Flüssigkeitsgeschwindigkeit so groß zu machen, daß die Blase entweder stillsteht,
d. h. nicht mehr aufsteigen kann, ,oder sogar in Flüssigkeitsrichtung mitgenommen
wird. Hierdurch würde die Erreichung eines Gegenstromes unmöglich gemacht. Infolgedessen
gibt es für diesen Prozeß eine Höchstgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die nicht
überschritten werden darf und deren Größe durch die Aufsteiggeschwindigkeit der
Gasblase bestimmt wird. Der eben geschilderte Effekt, daß bei dem Aufsteigen in
einem Rohr die kleinen Blasen sich zu einer größeren vereinigen und so sowohl hinsichtlich
Größe wie Geschwindigkeit einem gleichmäßigen Endzustand zustreben, bedeutet einen
großen Vorteil für das Verfahren I. in Hinsicht der Erreichung des Gegenstromprinzips,
2. für die zum Auswaschen notwendige Durchwirbelung der Flüssigkeit, 3. für das
Zustandekommen verhältnismäßig dünner Absorptionsschichten der Flüssigkeit gegen
die Gasblase.
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Das geschilderte Verfahren läßt sich in der chemischen Industrie
in verschiedenster Weise anwenden, beispielsweise für das Auswaschen eines Gases
aus anderen Gasen mittels einer Flüssigkeit, das Austreiben von in Flüssigkeit gelösten
Gasen durch Wasserdampf, das Verdampfen einer flüssigen Komponente, die in einer
anderen flüssigen Komponente gelöst ist, mittels eines Gases und ähnliche Prozesse,
in welchen derartige Stoffübergänge zwischen zwei Phasen, von denen die eine flüssig,
die andere gasförmig ist. stattfinden.
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Selbstverständlich ist die Anwendungsmöglichkeit dieses Verfahrens
nicht auf Zustände normalen Druckes und normaler Temperatur beschränkt, im Gegenteil,
die Ausbildung eines Röhrenkörpers, in welchem der geschilderte Prozeß durchgeführt
wird, läßt gerade die Anwendbarkeit des Verfahrens- auf Drucke und Temperaturen
verschiedenster Höhe zu. Desgleichen bleibt das Verfahren nicht beschränkt darauf,
lediglich in . einem Rohr durchgeführt zu werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Apparatur zur Durchführung des Verfahrens
mit beliebigem Durchsatz an Flüssigkeit und Gas ist in der Zeichnung dargestellt.
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Die Apparatur besteht aus einer oberen und unteren Kammer I und 2,
die beide durch ein Rlohrbündel 3 verbunden sind. Die Flüssigkeitsphase wird durch
die Zuleitung 4 eingeführt und durch die Ableitung 5 abgezogen.
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Zur Konstantlialtung des Flüssigkeitsniveaus dient der Niveauneglier
bzw. Schwimmer 6. In dem unteren Gefäß 2 befindet sich eine Düsenkammer 7 mit den
Düsen 8, durch weiche jedem einzelnen Rohr 3 die nötige Gasmenge zugeleitet wird.
Der Gaseintritt erfolgt bei 9, der Austritt bei IO.