CH363643A - Verfahren und Kolonne zum Austausch von Stoff und/oder Wärme zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit mit oder ohne Katalysator - Google Patents

Description

  
 



   Verfahren und Kolonne zum Austausch von Stoff undloder Wärme zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit mit oder ohne Katalysator
Es sind bereits Verfahren und Kolonnen bekannt, die den Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit betreffen. Dabei kann in Gegenwart oder in Abwesenheit eines Katalysators gearbeitet werden. Für die Durchführung dieser bekannten Verfahren werden die üblichen Kolonnen benutzt.



   Bei Verwendung einer Füllkörperkolonne ist man auf ein kleines Kontaktvolumen angewiesen. Ausserdem ist bei derartigen Kolonnen, wenn man mit suspendiertem Katalysator arbeitet, Sedimentationsgefahr zu befürchten, das heisst die Gefahr des Absetzens des in der Suspension enthaltenen Katalysators auf den Füllkörpern.



   Wenn Glockenbodenkolonnen benutzt werden, erreicht man nur eine kleine   Phasengrenzfläche,    da die entstehenden Gasblasen gross sind. Das Kontaktvolumen und die Gasverweilzeiten sind verhältnismässig klein. Werden kleine Bodenabstände gewählt, so besteht die Möglichkeit, dass die während des Stoff- und/ oder Wärmeaustausches mit den Gasen oder Dämpfen hochgeschleuderten Tröpfchen auf den nächsthöheren Boden gebracht werden. Dadurch wird die Konzentration, die sich für diesen Boden einstellen soll, verändert und das Konzentrationsgefälle in der Kolonne verschoben.



   Auch bei einer Siebbodenkolonne ist diese unerwünschte, durch die mitgerissenen Tröpfchen bewirkte Konzentrationsverschiebung leicht möglich. Bei optimaler Belastung der Siebbodenkolonne ergibt sich zwar eine gleichmässige Durchmischung von Flüssigkeits- und Dampfphase, es tritt bei der Siebkolonne aber bei zu kleiner Dampfbelastung die störende Erscheinung des Durchregnens auf. Wie bei der Glokkenbodenkolonne sind auch hier die Gasblasen gross.



   Das Patent betrifft ein Verfahren zum Austausch von Stoff und/oder Wärme zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit mit oder ahne Katalysatoren in einer Kolonne, bei dem die beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in jeder Stufe der Kolonne hintereinander durch einen Kolonnenboden bildenden Gasverteilerkörper aus gefrittetem keramischem Material, Glas oder Metall und eine Flüssig  keitsschicht    geführt wird, wobei das Gas und die Flüssigkeit sich im Gegenstrom bewegen.



   Das Patent bezieht sich auch auf eine Kolonne zur Durchführung des Verfahrens, die erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass als Kolonnenböden Gasverteilerkörper aus   gefrittetem    keramischem Material, Glas oder Metall vorgesehen sind.



   Bei einer bevorzugten   Ausfühningsform    der Kolonne nach der Erfindung sind oberhalb der einzelnen Böden und in bestimmten Abständen von diesen vertikale Zwischenwände eingebaut, die eine Aufteilung der Flüssigkeitsschicht in kleinere Flüssigkeitssäulen herbeiführen. Die Zwischenwände können im Grundriss gitterartig angeordnet sein, aber auch andersartige, geeignete Einbauten, z. B. vertikale Rohrbündel, können hierfür verwendet werden.

   In allen Fällen sind die Höhen dieser Einbauten geringer als die der Flüssig  keitsschicht.    Durch diesen zusätzlichen Einbau der vertikalen Verdrängungs- oder Begrenzungswände wird einerseits die erforderliche Flüssigkeitsgeschwindigkeit erzielt, die in bezug auf die Diffusion einzuhalten ist, und anderseits die mit der Höhe der   Rüssig-    keitsschicht zunehmende Turbulenz der Flüssigkeit räumlich begrenzt. Die zusätzlichen Einbauten bewirken daher auch die Aufrechterhaltung eines   gleich-    mässigen, konstanten Konzentrationsgefälles innerhalb der einzelnen Flüssigkeitsschichten.  



   Es sind schon vertikale Einbauten in Apparaten zum Austausch von Stoff und/oder Wärme zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit bekannt. Die in diesen Apparaten vorhandenen vertikalen Schächte sind allerdings nicht in einer Kolonne, sondern in einem Behälter angeordnet, in dem die Reaktion bei einmaligem Gasdurchtritt abläuft, und die Flüssigkeitsschicht nicht vertikal in einzelne Stufen unterteilt ist. Die flüssigkeitsdichten Wände reichen dabei über den Flüssigkeitsspiegel hinaus. Zweck dieser Vorrichtung ist die Einstellung des hydrostatischen Gleichgewichtes der verschiedenen Flüssigkeitssäulen in den einzelnen Schächten. Bei dieser Vorrichtung wird ausserdem im Gegensatz zu der erfindungsgemässen Kolonne den verschieden hohen Flüssigkeitsspiegeln in den Schächten keine Flüssigkeit kontinuierlich zugeführt.



   Bei dem erfindungsgemässen Verfahren und in der erfindungsgemässen Kolonne liegen optimale Verhältnasse vor: Neben grossem   Kontaktvolumen    durch hohe Flüssigkeitsschichten auf den Böden und langen Verweilzeiten der Medien sind besonders eine gute Gasverteilung sowie gleichmässige, kleine Gasblasen und somit eine grosse Phasengrenzfläche bei kurzen Diffusionswegen vorhanden. Die Gleichmässigkeit des Austausches wird durch die Feinstzerteilung der Gasblasen begünstigt und damit wird eine Sedimentation des Kontaktes vermieden. Die Möglichkeit des Mitreissens von Flüssigkeitströpfchen von einem zu dem nächsthöheren Boden und die dadurch auftretende unerwünschte Konzentrationsänderung sind in vorliegendem Falle ausgeschaltet, da die Böden gleichzeitig als Abscheider für die mitgerissenen Tröpfchen dienen.



   Der poröse Gasverteilerkörper kann gegebenenfalls auch ganz oder teilweise aus katalytisch wirksamem Werkstoff, insbesondere aus Metall, bestehen.



   Anhand der Zeichnung wird anschliessend das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erläutert.



   Die Fig. 1-3 zeigen je eine Ausführungsform einer Kolonne nach der Erfindung.



   Es sind nur drei Böden der Kolonne wiedergegeben. Die   Gasverteilerkörper    11 aus gefrittetem keramischem Material, die die Kolonnenböden bilden, sind als Kolonnenböden innerhalb eines Mantels 12 angeordnet. In bekannter Weise ist jeder Stufe der Kolonne sowohl ein Zulaufrohr 13 als auch ein Ablaufrohr 14 für die Flüssigkeit zugeordnet. Das Gas 15 tritt unten in die Kolonne ein und wird in jeder Stufe der Kolonne hintereinander durch einen Gasverteilerkörper 11 und eine Flüssigkeitsschicht 16 geführt, wobei Gas und Flüssigkeit sich im Gegenstrom bewegen. Die Flüssigkeit 16, die in vorliegendem Falle eine Katalysatorsuspension ist,   durcllflisst    die Kolonne von oben nach unten.

   Um die erforderliche   Flüs-      sigkeitsgeschwindigkeit    zu erzielen und die unerwünschte Turbulenz der Flüssigkeit zu verhindern, sind oberhalb der einzelnen Böden 11 im Grundriss gitterartig angeordnete vertikale Zwischenwände 17 eingebaut.



   Der Druckverlust von porösen Böden ist grösser als der von gewöhnlich gebräuchlichen Glocken- und Siebböden. Hierdurch ist zwangläufig ein grösserer Bodenabstand bedingt, da sonst die Flüssigkeit auf den Böden gestaut wird und nicht auf den nächstniederen Boden ablaufen kann.



   Durch den grösseren Bodenabstand wäre die in der Kolonne vorhandene Flüssigkeitsmenge entsprechend klein, was bei einem katalytischen Austausch nachteilig sein kann. Um auch bei Kolonnen mit porösen Böden eine grosse Kolonnenfüllung zu erreichen, wird nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Teil des durch die Kolonne strömenden Gases für die Förderung der Flüssigkeit von einem Boden zu dem   nächstrnederen    Boden verwendet, indem die von einem Boden ablaufende Flüssigkeit durch einen Teilstrom des Gases, das sich unter dem Boden befindet, auf diesem Boden gefördert wird. Hierdurch ist es möglich, den Bodenabstand kleiner zu wählen, als dem hydrostatischen und hydrodynamischen Druckverlust entspricht, so dass eine Kolonnenfüllung von über 50    /e    erreicht werden kann.



   Eine solche Ausführungsform wird anhand der Fig. 2 erläutert, in der ein   Kolonnenabschnitt    mit dem Kolonnenmantel 20 und drei Kolonnenböden 21, 22, 23 dargestellt ist. Zwischen den oberen und mittleren Kolonnenböden 21 und 22 befindet sich ein die Flüssigkeit von oben nach unten förderndes Ablaufrohr 24, das auf dem oberen Kolonnenboden 21 koaxial von einem Zulaufrohr 25 und auf dem mittleren Boden 22 ebenfalls koaxial von einem Förderrohr 26 umgeben ist. Am unteren Teil des Ablaufrohres 24 in der Nähe des mittleren Kolonnenbodens 22 befindet sich ein Gaszuführungsorgan 27, beispielsweise eine Ringdüse oder ein ähnliches Organ, durch welches das unterhalb des mittleren Kolonnenbodens 22   befìnd-    liche Gas eintritt und die Flüssigkeit in dem Förderrohr 26 nach oben führt.

   Dadurch entsteht im Ablaufrohr 24 ein Flüssigkeitsstrom vom oberen zum mittleren Kolonnenboden.



   Nach einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, das Ablaufrohr 28 und das Förderrohr 29 nicht koaxial anzuordnen, sondern räumlich in der Weise zu trennen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist.   

Claims (1)

1. In das Förderrohr 29 wird hier durch eine gesonderte Düse 30 Gas eingeblasen und auf diese Weise die Flüssigkeit aus dem Zulaufrohr 31 durch das Ablaufrohr 28 jeweils von einer Kolonnenstufe her auf die darunterliegende gefördert PATENTANSPRUCH Verfahren zum Austausch von Stoff und/oder Wärme zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit mit oder ohne Katalysator in einer Kolonne, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in jeder Stufe der Kolonne hintereinander durch einen einen Kolonnenboden bildenden Gasverteilerkörper aus gefrittetem keramischem Material, Glas oder Metall und eine Flüssigkeits schicht geführt wird, wobei das Gas und die Flüssigkeit sich im Gegenstrom bewegen.

   UNTERANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung der Flüssigkeit auf den jeweils tiefergelegenen Boden mittels eines Teilstromes des Gases bewirkt wird.

   PATENTANSPRUCH II Kolonne zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Kolonnenböden Gasverteilerkörper (11) aus gefrittetem keramischem Material, Glas oder Metall vorgesehen sind.

   UNTERANSPRÜCHE 2. Kolonne nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der einzelnen Böden und im Abstand von diesen vertikale Zwischenwände (17) eingebaut sind.

   3. Kolonne nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Gasverteilerkörper ganz oder teilweise aus katalytisch wirksamem Werkstoff, insbesondere aus Metall, besteht.

   4. Kolonne nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen je z ; zwei Kolonnenböden ein Ablaufrohr für die Flüssigkeit angeordnet ist, das in der Nähe des jeweils tieferen Kolonnenbodens mit einem Gaszuführungsorgan versehen ist.