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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herbeiführen von Einwirkungen
zwischen Flüssigkeiten, Gasen1 Dämpfen oder deren Gemischen und festen, vorzugsweise
körnigen Stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Reaktionen
zwischen Flüssigkeiten, Gasen, Dämpfen oder deren Gemischen und festen, vorzugsweise
körnigen Stoffen sowie zur Durchführung von Reaktionen zwischen Flüssigkeiten, Gasen
oder Dämpfen, bei denen feste, vorzugsweise körnige Stoffe, z. B. katalytisch, mitwirken.
Derartige Reaktionen können sowohl chemischer wie physikalischer Art sein. Als Beispiele
seien genannt: Ionenaustauschprozesse, bei denen in Ionenform vorliegende Stoffe
aus Flüssigkeiten von festen, vorzugsweise körnigen Ionenaustauschern aufgenommen
und gegen- andere Ionen ausgetauscht werden, die Adsorption von Bestandteilen aus
Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsgemischen durch geeignete Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle
oder Kieselgel.
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Extraktionen von Bestandteilen oder Verunreinigungen aus festen oder
flüssigen Stoffen mit gasförmigen oder flüssigen Extraktionsmitteln, die Trocknung
körniger Feststoffe, z. B. Getreide.
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Weitere Beispiele sind die Hydrierung von Kohlenwasserstoffen unter
Einwirkung fester, insbesondere körniger Katalysatoren und andere kontaktkatalytische
Vorgänge, Wärmeaustauschvorgänge, bei denen durch Umlauf von Feststoffen als wärmeübertragende
Mittel Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten erwärmt und andere Gase oder Dämpfe gekühlt
werden, sowie viele Filtervorgänge, z. B. die mechanische Filtrierung von Rohwasser
in Kies- oder Sandfiltern, ferner Fällungsreaktionen zur chemischen Aufbereitung
von Rohwasser, bei denen körnige Feststoffe als Fällungsbeschleuniger angewendet
werden, und Kristallisationen, bei denen körnige Fest stoffe als Kristallkeime Lösungen
zugefügt werden, aus denen sich Bestandteile auskristallisieren sollen.
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Diese Verfahren sind in ruhenden Feststoffschichten durchgeführt
worden. Die Feststoffe befanden sich dabei in geeigneten Behältern der verschiedensten
Form und wurden von den zur Anwendung kommenden Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen
durchströmt.
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Bei vielen derartigen Vorgängen ist eine diskontinuierliche Arbeitsweise
erforderlich, da z. B. die Feststoffe nach einer gewissen Betriebsdauer aus den
Reaktionsbehältern entfernt werden müssen, weil die Reaktion zum Abschluß gekommen
ist oder infolge Nachlassens ihrer Reaktionsfähigkeit eine Wiederbelegung der Feststoffe
notwendig wird.
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Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Feststoffe kontinuierlich
in den Reaktionsbehälter eingeführt und aus demselben abgezogen werden, um in anderen
geeigneten Vorrichtungen z. B. einer er-
forderlichen Wiederbelebung oder Reinigung
unterworfen zu werden.
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Es ist z. B. bekannt, Feststoffe in dichten wandernden Schichten
im Gleichstrom mit Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen zur Wechselwirkung zu bringen.
Bei diesen Verfahren läßt sich auch eine Art Gegenstromführung erzielen, wenn man
stufenweise arbeitet und die Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe einerseits sowie die
Feststoffe andererseits so durch die Stufen führt, daß in jeder Stufe Gleichstrom,
von Stufe zu Stufe jedoch Gegenstrom herrscht, also beispielsweise bei einer dreistufigen
Anordnung die Flüssigkeiten in der Reihenfolge 1-2-3, die Feststoffe jedoch in der
Reihenfolge 3-2-1 durch die Stufen leitet. Eine weitgehende Verwirklichung des Gegenstromes
ist indessen in vielen Fällen nur durch eine sehr große Anzahl von Stufen möglich.
Demgemäß sind die zur Durchführung der Verfahren erforderlichen Apparate in diesen
Fällen sehr kompliziert.
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Ferner ist es bekannt, die Feststoffe im Fließbett oder in Wirlielschichten
anzuwenden. Dabei werden die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit der Gase, Flüssigkeiten
oder Dämpfe so gewählt, daß die Feststoffe aufgewirbelt, aufgelockert oder mitgeführt
werden. Dadurch ist eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich, wobei die Feststoffe
kontinuierlich aus dem Verfahren abgezogen und neue oder frisch wiederbelebte Feststoffe
in das Verfahren eingeführt werden.
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Auch hier läßt sich durch z. B. eine mehrstufige Anordnung eine Gegenstromführung
erreichen (schweizerische Patentschrift 275 791 und deutsche Patentschrift 437 483).
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Bei derartigen Verfahren hat man den Realrtionsraum, in dem die Feststoffe
mit den Flüssigkeiten,
Gasen oder Dämpfen zur gegenseitigen Einwirkung
kommen, mit unterschiedlichen Querschnitten, z. B.
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Einschnürungen, versehen, so daß in verschiedenen Ouerschnitten der
Reaktionsbehälter unterschiedliche Geschwindigkeiten herrschen. Diese Querschnittsänderungen
können der Verbesserung der Gegenstromführung oder der leichteren Zuführung oder
Abführung der Feststoffe aus den Reaktionsbehältern dienen (schweizerische Patentschrift
275 791, deutsche Patentschrift 872 937).
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Der Ablauf der Reaktion zwischen Flüssigkeiten, Gasen, Dämpfen und
Feststoffen oder zwischen Flüssigkeiten. Gasen oder Dämpfen untereinander unter
der Einwirkung oder im Beisein von Feststoffen hängt von verschiedenen Einflüssen
ab. Beispielsweise sind Diffusionsvorgänge in den Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen
entscheidend für die Geschwindigleiten. mit denen die Vorgänge verlaufen, und für
die Zeitdauer. die zur Einwirlçung der Feststoffe auf die Flüssiglieiten erforderlich
ist. Diese Diffusionsvorgänge sind insbesondere dann für die Verfahrensdauer entscheidend.
wenn dieWeehselwirkungen mit den oder an den Feststoffen selbst vergleichswleise
sehr schnell vor sich gehen. In anderen Fällen, in denen im Vergleich zu den Diftusionsvorgängen
in den Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen die Wechselwirkung an oder mit den Feststoffen
sehr langsam verläuft, ist diese selbst entscheidend für die Reaktionsdauer.
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Es ist bekannt, daß Diffusionsvorgänge in dichten, nicht aufgewirbelten
Feststoffschichten um so schneller verlaufen, je größer die Geschwindigkeit der
Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe ist, mit der sie durch die Feststoffschichten geführt
werden, und daß bei aufgewirbelten Feststoffen keine oder nur eine geringere Beschleunigung
des Diffusionsvorganges mit wachsender Flüssiglieitsgeschwindigkeit erfolgt.
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Andererseits ließ sich ein einwandfreier kontinuierr licher Gegenstrom
zwischen Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen und Feststoffen, welche letzteren in
dichten, nicht aufgewirbelten Schichten zur Anwendung kommen, bisher nur in Ausnahmefällen
verwirklichen, da die Feststoffe durch die kinetische Energie der strömenden Flüssigkeiten,
Gase und Dämpfe mit einem rerhältnismäBig hohen Druck gegen die Begrenzungswände
der Apparaturen gepreßt werden. Gegen diesen Druck müssen nun bei kontinuierlichem
Gegenstrom neue Feststoffe in die Apparatur eingeführt werden.
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Dieses Einführen von Feststoffen gegen den Druck der in dem Reaktionsbehälter
vorhandenen Feststoffschicht erfordert einen großen Kraftaufwand, dem in den meisten
Fällen die zur Anwendung kommenden Feststoffe nicht gewachsen sind. Diese können
hierbei deformiert, zersplittert, zerrieben oder in anderer Weise zerstört werden.
Auch ist es schwierig, eine Bewegung der Feststoffe in der gewünschten Richtung
zu erzielen. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.
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Nach der Erfindung werden die Feststoffe, die im Gegenstrom zn den
Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen geführt werden, in dichter, nicht aufgewirbelter
Schicht zur Einwirkung gebracht, und es wird dabei die Geschwindigkeit, mit der
die Flüssigkeiten durch die Feststoffschicht hindurchgehen, zeitlich periodisch
geändert, und zwar so, daß im Zeitpunkt der niedrigen Strömungsgesch1vindigkeit
die Feststoffschicht kurzzeitig fließfähig wird und neue Feststoffe in den Behandlungsraum
eingeführt werden könnten, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffe einerseits
und der Flüssigkeiten andererseits an aIlen Orten des llealstionsraumes im wesentlichen
gleich sind.
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Erfindungsgemäß kann man ferner die wechselnde Geschwindigkeit der
Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe zur Förderung der Feststoffe ausnutzen, z. B. um
Feststoffe insbesondere bei kontinuierlicher Arbeitsweise aus dem Behandlungsraum
zu entfernen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß sich eine gute Gegenstromführung
der aufeinander einwirkenden Stoffe mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erreichen
läßt Ferner werden durch die erfindungsgemäße Führung der flüssigen und/oder gas-
bzw. dampfförmigen Mittel die Diffusionsvorgänge in der Flüssigkeit bzw. den Gasen
oder Dämpfen verbessert, so daß in vielen Fällen die erforderliche Einwirkungsdauer
wesentlich kürzer wird als bei den bekannten Verfahren.
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Erfindungsgemäß kann beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der
die Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe durch die vorzugsweise körnigen Feststoffe geführt
werden, periodisch zwischen einem Höchst- und einem Niedrigstwert wechseln, der
bis zu Null absinken kann. Dabei kann ständig die gleiche Strömungsrichtung beibehalten
werden. Man kann aber auch so arbeiten, daß die Strömungsrichtung kurzzeitig umgekehrt
wird. Hierdurch wird die Zuführung frischer Feststoffe in den Behandlungsraum noch
weiter erleichtert. Beispielsweise besteht ein erfindungsgemäßes Arbeitsspiel aus
einer längeren, mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit erfolgenden Bewegung der
Flüssigkeit in der Richtung, die der Bewegungsrichtung der Feststoffe entgegengesetzt
ist, und einer kurzen, mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit verlaufenden
Bewegung der Flüssigkeit od. dgl. in der Bewegungsrichtung der Feststoffe. Die Frequenz
dieser Bewegungen, die mittlere Effektivgeschwindigkeit der Flüssigkeiten od. dgl.
sowie die mittlere Geschwindigkeit der Feststoffbewegungen und ebenso die Spitzengeschwindiglteit
und die niedrigste Geschwindigkeit der Flüssigkeit od. dgl. bzw. die Geschwindigkeit,
mit der die Flüssigkeit od. dgl. zeitweise entgegengesetzt ihrer Hauptbewegungsrichtung
strömt, können den jeweils durchzuführenden Behandlungen stets bestens angepaßt
werden.
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Zweckmäßig kann in vielen Fällen die Periode der pulsierenden Strömung
so gewählt werden, daß die Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe eine oder mehrere Perioden
benötigen, um durch die ganze Feststoffschicht zu gelangen. Je größer die Anzahl
der Bewegungsperioden ist, die die Flüssigkeit od. dgl. auf ihrem Weg durch die
Feststoffschicht durchmacht, desto besser ist oft auch die Gegenstromwirkung.
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In anderen Fällen genügt es aber, die Flüssigkeit in weniger als
einer Periode durch den Behandlungsraum strömen zu lassen.
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Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können noch zusätzliche Behandlungen
der Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe undloder der Feststoffe verbunden werden. Zum
Beispiel läßt sich bei der Vollentsalzung von Wasser oder wäßrigen Lösungen mit
Ionenaustauschern gleichzeitig die Entfernung von Kohlendioxyd aus dem Wasser oder
der wäßrigen Lösung durchführen. Bei diesen Ionenaustauschvorgängen werden beispielsweise
die in der Flüssigkeit vorhandenen Kationen von einem Kationenaustauscher gegen
Wasserstoffionen, die Anionen von einem Anionenaustauscher gegen Hydroxylionen ausgetauscht.
Dabei läßt sich das aus den Karbonaten entstehende Kohlendioxyd vor der Einwirkung
des Anionenaustauschers, z. B. durch Einblasen von Luft, entfernen. Daraus erwächst
der Vorteil, daß der Anionenaustauscher nicht mit Kohlendioxyd beladen wird, und
die Aufwendungen
für das Regenerieren dieses Austauschers geringer
werden. Wenn die Kationen- und Anionenaustauscher miteinander vermischt auf die
Flüssigkeiten einwirken, kann zweclrmäßig die Entfernung des Kohlendioxydes durch
Einblasen von Luft oder Gasen in derselben Reaktionsvorrichtung erfolgen, in der
die Ionenaustauscher auf die zu behandelnde Flüssigkeit einwirken, z. B. derart,
daß die zur Entfernung des Kohlendioxyds erforderliche Luft oder Gase ebenfalls
periodisch, zweckmäßig jeweils in dem Zeitpunkt, in dem die Flüssigkeit mit geringerer
Geschwindigkeit strömt, zugeführt wird. Durch die periodische Druckänderung, die
mit der periodischen Geschwindigkeitsänderung verbunden ist, wird das Freiwerden
des Kohlendioxydes wesentlich begünstigt, so daß die Entfernung des Kohlendioxydes
durch die Einwirkung des Gasstromes beschleunigt und vollständiger gestaltet wird.
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Die Entfernung der Feststoffmenge, die in jeder Periode aus dem Reaktionsbehalter
abzuführen ist, erfolgt zweckmäßig jeweils im Zeitpunkt der höchsten Flüssiglieits-,
Gas- oder Dampfgeschwindigkeit, und zwar durch einen kleinen Anteil der Flüssigkeit
als Fördermittel. Die aus dem Behandlungsraum abgezogenen, z. B. nicht mehr reaktionsfähigen
Feststoffe können in bekannter Weise geeeigneten Wiederbelebungsprozessen zugeführt
werden, um danach erneut in den Behandlungsraum zurückzukehren. Bei Anwendung des
Verfahrens für Ionenaustauschvorgänge werden die abgezogenen Inonenaustauscher z.
B. mit Salzlösungen, Säuren oder alkalischen Lösungen regeneriert, d. h., die von
den Austauschern aufgenommenen Ionen werden wieder gegen die Ionen ausgetauscht,
die in der Betriebszone an die zu behandelnde Flüssigkeit abgegeben werden sollen.
Bei Adsorptionsvorgängen kann die Wiederbelebung z. B. durch Ausdämpfen oder Erhitzen
der beladenen Adsorptionsmittel oder durch Extrahieren der aufgenommenen Stoffe
aus den Adsorptionsmitteln erfolgen.
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Bei Anwendung der Erfindung zur Filtrierung von Flüssigkeiten, zum
Entfernen von Trübstoffen aus den Flüssigkeiten genügt häufig ein Aus waschen oder
Spülen der Feststoffe, um die abfiltrierten Trübstoffe von diesen zu entfernen.
Häufig kann auch so verfahren werden, daß die Trübstoffe in dem Reaktionsbehälter
selbst von den als Filtermittel wirksamen Feststoffen abgetrennt werden. In diesem
Falle werden z. B. außer den Anschlüssen zur Zufuhr und Abfuhr der zu reinigenden
Flüssigkeit weitere Anschlüsse zur Zu- und/oder Abführung der Spül- oder Waschflüssigleiten
am Behandlungsbehälter vorgesehen.
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Als Behandlungsraum für die Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe können
z. B. stehende zylindrische, pris.-matische, konische oder pyramidenförmige Behälter
gewählt werden, die mit den zur Behandlung dienenden Feststoffen gefüllt sind und
von den Flüssigkeiten zweckmäßig in senkrechter Richtung durchströmt werden. Sind
die Feststoffe spezifisch schwerer als die zur Anwendung kommenden Flüssigkeiten,
Gase oder Dämpfe, so kann man beispielsweise die Flüssigkeiten von unten nach oben
strömen lassen. Sind die Feststoffe spezifisch leichter als die angewendeten Flüssigkeiten,
so kann oft eine umgekehrte Anordnung zweckmäßig sein, bei der die Flüssigkeit von
oben nachgeführt wird. Werden die Feststoffe in einem Behandlungsraum angewendet,
der oben und unten einen z. B. waagerechten flüssigkeits- bzw. gasdurchlässigen,
für die Feststoffe aber nichtdurchlässigen Boden hat, und strömen die Flüssigkeiten,
Gase oder Dämpfe von unten nach oben durch die Feststoffe, sowird vorteil-
haft die
Geschwindigkeit der Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe während des größten Teils jeder
Strömungsperiode so gewählt, daß die Feststoffe durch die Strömungsenergie des strömenden
Mediums, welche durch die Wahl geeigneter Strömungsgeschwindigkeiten dem spezifischen
Gewicht sowie der Größe und Form der Feststoffteile anzupassen ist, im Behandlungsraum
zu einer dichten Schicht vereinigt und z. B. gegen dessen oberen Boden gespült werden,
der z. B. aus einer Siebplatte, Siebgeweben, gelochten Blechen oder Filterplatten
bestehen kann. In dem kürzeren Teil jeder Periode, während dem die Strömungsgeschwindigkeit
gegebenenfalls bis auf Null absinkt oder die Strömungsrichtung sich umkehrt, werden
die Feststoffe wieder fließfähig und senken sich, z. wenn sie den Behälter nicht
vollständig anfüllen, auf den unteren Boden. Durch in diesem Boden vorge sehene
Öffnungen gelangt, und zwar auch bei vollständig gefüllten Behältern, ein bestimmter
Teil der Feststoffe in den Raum unter dem Boden, aus dem er ausgetragen werden kann.
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Falls man das Absinken bzw. Aufschwimmen der Feststoffe noch begünstigen
will, so läßt sich dies z. B. dadurch erreichen, daß ein Behälter verwendet wird,
dessen Querschnitt in der Strömungsrichtung abnimmt.
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In dem oberen Boden des Behandlungsraumes sind vorteilhaft Öffnungen
vorgesehen, durch die bei der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit jeder Periode bzw.
bei der Umkehrung der Strömungsrichtung Feststoffe in die Reaktionszone gelangen
können. Dabei wird vorteilhaft ein geeigneter Anteil der behandelten Flüssigkeiten,
Gase oder Dämpfe durch diese Öffnungen geleitet, gegebenenfalls nur im Zeitpunkt
der Förderung von Feststoffen in den Behandlungsraum.
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Während dieser Zeit ist die Feststoffbewegung im Behandlungsraum den
Flüssigkeitsströmungen entgegengerichtet, wodurch die Förderung der Feststoffe in
den Behandlungsraum verbessert wird. In vielen Fällen sind für die Einführung der
Feststoffe in den Behandlungsraum nur wenige Durchtrittsöffnungen erforderlich,
da die eintretenden Feststoffe bei dem Verfahren gemäß der Erfindung sich in der
Regel sehr gut und gleichmäßig auf die Oberfläche der im B ehandlungsbehälter vorhandenen
Feststoffe verteilen.
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Die untere horizontale Begrenzung des Behandlungsbehälters kann ebenfalls
zwecltmäßig aus Siebplatten gebildet sein, durch die die zur Anwendung kommenden
Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe in den Behandlungsbehälter gelangen. Unter diesen
Siebplatten werden Zuführungen für die zu behandelnden Flüssigkeiten z. B. in Form
von einzelnen Behältern angeordnet. Vorteilhaft sind die Böden mit einer oder mehreren
Durchbrechungen versehen. Diese führen in einen gemeinsamen oder mehrere Räume,
die mit einer oder mehreren Ableitungen für die festen Stoffe in Verbindung stehen.
In diesen Raum gelangen in jeder Periode während der Zeit der langsamen bzw. umkehrenden
Flüssigkeitsströmung Teile der Feststoffe. Beim Wiederanstieg der Flüssigkeitsgeschwindigkeit
werden diese Feststoffe nicht wieder in den Behandlungsraum zurückgespült. Vielmehr
kann ein Teil der zugeführten Flüssigkeit dazu benutzt werden, die Feststoffe z.
B. durch Absperrorgane, Steig- oder Fallrohre aus den Räumen und damit aus dem Behandlungsraum
zu entfernen und sie gegebenenfalls Einrichtungen zur Wiederbelebung oder Regenerierung
zuzuführen.
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Bei geringen Querschnitten können auch Steig- oder Fallrohre in der
Reaktionszone selbst hinter dem
Siebboden angeordnet werden. Bei
größeren Querschnitten sind rostähnliche Konstruktionen oder solche mit mehreren
Rohrstutzen vorteilhaft, durch die die Feststoffe beispielsweise in einen oberhalb,
innerhalb oder unterhalb des Verteilersystems für die Flüssigkeit angeordneten,
aber von letzterem flüssigkeitsdicht getrennten Behälter fallen können. Durch diese
Anordnung läßt sich eine über den Querschnitt des Behälters gleichmäßige Abführung
der Feststoffe erreichen.
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Vorteilhaft kann man die behandelten Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe
in gleichmäßigem nicht pulsierende dem Strom aus der Vorrichtung abziehen. Zu diesem
Zweck kann bei der Behandlung von Flüssigkeiten z. B. über dem Boden, durch den
die Flüssigkeit den Behandlungraum verläßt, ein Windkessel angeordnet werden, aus
dem dann die Flüssigkeit in gleichmäßigem nicht pulsierendem Strom fließt. Um Flüssigkeiten
auch im nicht pulsierenden Strom in das Verfahren einzuführen, kann man einen Windkessel
vor den Behandlungsraum schalten. Bei der Anwendung von Gasen sind derartige Maßnahmen
nicht erforderlich. Hierbei ändert sich lediglich der Druck in der Reaktionszone
periodisch mit der wechselnden Geschwindigkeit, wenn die Gase ebenfalls in gleichbleitandem
Strom, z. B. unter Einschaltung eines Druckreglers, abgezogen werden.
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Eei gleichzeitiger oder rhythmisch mit der Frequenz der Strömungsgeschwindigkeit
erfolgender Anwendung von Flüssigkeiten und Gasen werden ebenfalls vorteilhaft Windkessel
hinter und gegebenenfalls vor dem Reaktionsbehälter vorgesehen und Maßnahmen getroffen-,
durch die sowohl die Flüssigkeiten wie die Gase aus dem Reaktionsbehälter in den
Windkessel belangen können. Die Flüssigkeiten können dann aus demselben in gleichmäßigem
Strom abgeführt werden, während die Gase beispielsweise durch ein auf geeigneten
Druck eingestelltes selbsttätiges Absperrorgan periodisch aus dem Gasteil des Druckbehälters
abgezogen werden können. Eine pulsierende Strömung, wie sie zur Durchführung des
Verfahrens erforderlich ist. kann bei Verwendung von Windkesseln z. B. dadurch erzeugt
werden, daß der Flüssigkeitsstand in dem Windliessel hinter dem Behandlungsraum
zur Impulsgahe herangezogen wird. Mit Hilfe einer reglerähnlichen Vorrichtung, die
beispielsweise aus einer Schwimmereinrichtung im Windkessel, einer Ubertra,gungseinrichtung
und einem davon gesteuerten Regelventil in der Zulaufleitung, gegebenenfalls zwischen
dem Windkessel vor dem Behandlungsraum und dem letzteren besteht, kann eine derartige
pulsiedende Strömung erzeugt werden. Dabei wird vorteilhaft mit einer im Vergleich
zu Regelaufgaben groBen Verzögerung und bzw. oder geringen Empiindlichkeit der Regelanordnung
gearbeitet, d. h. also, daß erst bei einem verhältnismäßig großen Abweichen des
FlüssiMieitsstandes von dem Mittelwert (Sollwert) das davon betätigte Ventil so
weit geöffnet bzw. geschlossen wird, daß ein Ausgleich des Flüssigkeitsstandes im
hinter der Anlage geschalteten Windkessel eintritt. Diese Einrichtung hat den Vorteil,
daß sie im Vergleich zu ähnlichen für Regelaufgaben verwendeten Vorrichtungen äußerst
einfach in der Ausführung und damit billig in der Herstellung gehalten werden kann.
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In ähnlicher Weise kann auch der Druck der Flüssig-Ketten, Gase oder
Dämpfe in oder hinter dem Reaktionsbehälter mit einer analogen druckgesteuerten
Einrichtung zur Erzeugung der pulsierenden Strömung herangezogen werden. Bei Anwendung
der Erfindung für Verfahren, z. B. FällungsreaIitionen, zur
Enthärtung von Wasser,
bei denen die zur Anwendung kommenden Feststoffe zunächst als Filtermittel oder
Filterhilfsmittel und später als Reaktionsbeschleuniger oder Kristallisationskeime
wirksam sind, kann man auch den Behandlungsraum den zwei Aufgaben, die die Feststoffe
nacheinander zu übernehmen haben, entsprechend unterteilen. Dabei kann es vorteilhaft
sein, die pulsierende Strömung der zu behandelnden Flüssigkeit nur in der einen
Zone, beispielsweise in der Fällungszone, zu verwirklichen, während in der anderen
Zone, in der die Feststoffe als Filterschicht dienen, eine gleichmäßige Strömung
vorteilhafter sein kann. Hier läßt sich erfindungsgemäß vorteilhaft ein weiterer
Windkessel so anordnen, daß die Flüssigkeit, die die erste Behandlungsstufe verläßt,
durch den Windkessel in die zweite Behandlungsstufe, z. B. Filterzone, geführt wird.
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Ferner kann beispielsweise, wenn Feststoffe nur verhältnismäßig selten
und/oder in geringen Mengen aus dem Behandlungsraum entfernt werden, andererseits
aber z. B. infolge Kristallisation, ein Zusammenwachsen der Feststoffe zu einem
festen Kuchen zu befürchten ist, so verfahren werden, daß z. B. durch Anordnen geeigneter
Absperrorgane nicht bei jeder Periode der Flüssigkeitsströmung Feststoffe aus der
Schicht abgezogen und neue zugeführt werden, sondern nur von Zeit zu Zeit. Die pulsierende
Strömung hat dann die Aufgabe, durch ständiges Auflockern und Wiederzusammenpressen
der Schicht ein Zusammenwachsen der einzelnen Körner dieser Schicht zu verhindern.
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Man kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch in solchen Fällen
anwenden, in denen mehrere verschiedene Feststoffarten mit den Flüssigkeiten, Gasen
oder Dämpfen zur Wechselwirkung gebracht werden.
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Beispielsweise kann der Behandlungsbehälter in zwei oder mehrere in
Strömungsrichtung hintereinander liegende Zonen unterteilt werden, z. B. durch Siebböden
oder Roste. Durch jede Zone wird ein anderer Feststoff hindurchgeführt. Es können
aber auch die gleichen Feststoffe nacheinander durch mehrere Zonen in geeigneter
Reihenfolge geführt werden, z. B. so, daß im Verfahrensgang die Flüssigkeiten, Gase
oder Dämpfe zweimal oder mehrfach abwechselnd mit zwei oder mehreren Feststoffen
behandelt werden.
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Andererseits ist es möglich, denselben Behandlungsbehälter für die
Benutzung zweier oder mehrerer verschiedener Feststoffarten einzurichten. Beispielsweise
gelingt dies dadurch, daß man mehrere getrennte Zufuhrorgane für verschiedene Feststoffe
nebeneinander vorsieht und gegebenenfalls auch mehrere Einrichtungen zum getrennten
Abzug der verschiedenen Feststoffpartien aus dem Behandlungsbehälter.
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In der Zeichnung sind Vorrichtungen gemäß der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zylindrischem Reaktionsbehälter
im senkrechten Schnitt und Abb. 2 eine besondere Ausführungsform der Behälterseite,
auf der die Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe zugeführt und aus der die Feststoffe
abgezogen werden können; in Abb. 3 ist eine Vorrichtung in senkrechtem Schnitt dargestellt,
bei der die Feststoffe im Kreislauf geführt und in diesem Kreislauf Wiederbelebungsbehandlungen
unterworfen werden; Abb. 4 gibt eine Zufuhr der Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe
wieder, durch die ein periodisches Rückspülen
der Feststoffe mit
Flüssigkeit erreicht werden kann; Abb. 5 ist ein Schnitt nach Linie A-B in Abb.
3; Abb. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der in diesem Schnitt dargestellten
Zuführung für die Feststoffe; Abb. 7 ist ein Schnitt nach Linie C-D in Abb. 3; in
Abb. 8 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben,
in der im Behandlungsraum mehrere Schichten verschiedener Feststoffe angewendet
werden; Abb. 9 stellt einen Schnitt nach Linie E-F in Abb. 2 dar.
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Bei der Vorrichtung nach Abb. 1 befindet sich in dem zylindrischen
Behälter 1 die Feststoffschicht 2.
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Diese Schicht 2 ist durch die Siebböden 5 und 6 begrenzt. Die anzuwendende
Flüssigkeit wird über das Schaltveutil 3 in den unteren Raum 4 des Behälters 1 eingeführt.
Sie strömt durch die Siebplatte 5, die Feststoffschicht 2, die Siebplatte 6, die
die Feststoffschicht oben begrenzt, in den Windkessel 7, aus dem sie über das Entnahmeventil
8 abgezogen wird.
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Zentrisch im Behälter ist ein Rohr 12 eingebaut, das oberhalb des
Bodens 16 der Vorrichtung, aber unterhalb der Siebplatte 5 in einer Tasche 11 endet,
die mit dem Reaktionsraum, in dem sich die Feststoffschicht 2 befindet, unmittelbar
in Verbindung steht.
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Die Siebplatte 6 am oberen Teil des Reaktionsbehälters hat eine Öffnung
für das Steigrohr 12, die rings um das Steigrohr einen Ringkanal 15 frei läßt.
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Durch diesen Kanal ist der Behälter 1 mit dem darüber befindlichen
Behälter 14 verbunden, dessen Boden zweckmäßig konisch ausgebildet sein kann.
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Im Windkessel 7 ist eine Schwimmervorrichtung 9 angebracht, die mit
einer an sich bekannten Übertragungsvorrichtung 10 das Schaltventil 3 steuert.
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Der Reaktionsbehälter 1 kann bei Inbetriebnahme der Anlage vollständig
mit Feststoffen gefüllt werden.
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Ein Überschuß an Feststoffen für die laufende Nachförderung befindet
sich im Behälter 14. Strömt die Flüssigkeit über 3, 4, 5 in die Reaktionszone ein,
so geht ein geringer Teil der Flüssigkeit durch die Tasche 11 und spült die in der
Tasche 11 befindlichen Feststoffe durch das Steigrohr 13 aus der Reaktionszone heraus.
Der Hauptteil der Flüssigkeit drückt die Schicht fest gegen die obere Siebplatte
6, tritt beim Durchgang durch die Schicht 2 mit den Feststoffen der Schicht in Wechselwirkung
und gelangt darauf in den Windkessel 7. Die Ventile 3 und 8 sind zunächst so eingestellt,
daß durch das Ventil 3 mehr Flüssigkeit derVorrichtung zugeführt wird als durch
das Ventil 8 abströmt. Dadurch steigt der Wasserstand im Windkessel 7 und hebt den
Schwimmer 9 so weit, bis dieser mit Hilfe der Übertragungseinrichtung 10 das Ventil
3 drosselt oder absperrt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit
verringert bzw. ihr Fluß unterbrochen. Die Schicht 2 im Reaktionsbehälter 1, die
bislang gegen die obere Siebplatte gepreßt war, fällt nun gleichmäßig nach unten
auf die untere Siebplatte 5 und zum Teil in die Tasche 11.
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Gleichzeitig kommen aus dem Behälter 14 weitere Feststoffe in den
Behälter 1, so daß dieser wieder ganz mit Feststoffen ausgefüllt ist. Da während
dieser Zeit aus dem Windkessel 7 durch das Ventil 8 bzw. das Rohr 12 Flüssigkeit
abfließt, fällt der Wasserspiegel im Windkessel allmählich wieder ab. Entsprechend
bewegt sich der Schwimmer 9, bis er das Ventil 3 wieder öffnend betätigt. Ist der
Behälter 14 oben offen, so wird der Druck in der Entnahmeleitung 17 hinter
dem Ventil
8 so bemessen, daß die Flüssigkeit, die zum Teil auch durch das Rohr 12 und den
Ringraum 15 in den Behälter 14 steigt, nicht über dessen oberen Rand überläuft.
Aus dem Steigrohr 12 können bei 13 die durch die Vorrichtung herausgespülten Feststoffe
in beliebiger Weise abgezogen, gegebenenfalls Wiederbelebungsbehaudluugen unterworfen
und dann in den Behälter 14 gegeben werden, aus dem sie erneut in den Behandlungsraum
gelangen. Es ergibt sich dann eine Kreislaufführung der Feststoffe. Bei anderen
Anwendungen des Verfahrens gemäß der Erfindung, z. B. bei Extraktionen oder dort,
wo die Feststoffe z. B. für Fällungsreaktionen als Reaktionsbeschleuniger dienen
und nach der Reaktion unbrauchbar geworden sind. können sie über 13 durch geeignete
Vorrichtungen aus dem Verfahren abgeführt werden, während dann in 14 laufend oder
satzweise neue Feststoffe zugegeben werden.
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In der in Abb. 2 und 9 dargestellten unteren Begrenzung der Reaktionszone
werden die zu behandelnden Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe durch die Leitung 26
in ein Verteilerrohrsystem 25 eingeführt, aus dem sie durch die oben offenen Rohre
24 od. dgl., die unter einem dachförmigen Einbau, z. B. Rost 23, münden in den Behälter
21 strömen. Die in diesem befindlichen Feststoffe fallen periodisch während der
Zeit der niedrigen Geschwindigkeit zwischen den dachförmigen Rosten 23 in den Bodenraum
27 des Behälters unter die Verteilervorrichtung 24, 25 und werden aus 27 durch den
Stutzen 28 mit einem Teil der Flüssigkeit aus dem Behälter 21 abgeführt.
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Die Vorrichtung nach Abb. 3 ermöglicht die kontinuierliche Behandlung
von Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen mit Feststoffen, deren Wirksamkeit, z. B.
Reaktionsfähigkeit, während der Behandlungszeit nachläßt, aber durch geeignete in
anderen Teilen der gleichen Vorrichtung durchzuführende Regenerierprozesse wieder
auf den alten Stand gebracht werden kann. Ferner können in der Vorrichtung zusätzliche
Behandlungen, z. B. Reaktionen, vorzugsweise periodisch, vorgenommen werden. Die
Vorrichtung kann z. B. zur Durchführung von Ionenaustauschprozessen angewendet werden.
Ferner ist sie z. B. für Adsorptionsverfahren, bei denen die festen körnigen Adsorptionsmittel
von Zeit zu Zeit regeneriert werden oder für katalytische Reaktionen mit ebenfalls
wiederzubelebenden festen Katalysatoren geeignet. Die Wirkungsweise der Vorrichtung
sei am Beispiel des Ionenaustausches geschildert.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit kommt aus der Zuführung52 durch den
Windkessel 53, das Schaltventil 54 in den Raum 63, durchströmt von hier die unterbrochenen
Siebböden 44 und gelangt in den beispielsweise konisch ausgeführten Reaktionsbehälter
31. Sie fließt dort durch die Ionenaustauscherschicht 62 und den oberhalb derselben
befindlichen Siebboden 35 in den als Windkessel wirksamen Raum 38 des Reaktionsbehälters,
aus dem sie durch die Leitung 39 abgezogen werden kann. Die Entnahme der Flüssigkeit
kann mittels Ventil 40 geregelt werden. Das Ventil 54 am Eintritt der Flüssigkeit
wird so gesteuert. daß zeitweise die zuströmende Flüssigkeitsmenge größer ist als
die durch das Ventil 40 abgezogene, so daß der Wasserstand im Windkessel 38 während
dieser Zeit ansteigt und der Schwimmer 43 dabei mit angehoben wird. Hat der Wasserstand
eine bestimmte Höhe erreicht, schließt die Übertragungseinrichtung 55, die von dem
Schwimmer 43 betätigt wird, das Ventil 54 ab oder drosselt es so weit, daß die Strömungsgeschwindigkeit
im Behälter 31 erheblich
nachläßt. Die Menge der bei 52 zuströmenden
Flüssigl;eit kann dabei unverändert bleiben, da der \vindkessel 53 einen Ausgleich
ermöglicht. Beim Nachlassen der Strömungsgeschwindigkeit in der Ionenaustauscherschicht
62 sinkt diese Schicht, die bisher von der Flüssigkeit gegen den oberen Siebhoden
35 gespült wurde, nach unten auf die Siebböden 44 und es fällt ein Teil der Ionenaustauscher
durch die Kanäle48 auf den Boden 46 unterhalb des Raumes 63. In den sich dabei unterhalb
des Siebbodens 35 bildenden ionenaustauscherfreien Raum fließt gleichzeitig aus
dem Behälter 60 durch die Rohre 36 Austauscher nach, d. h. die in den Behältern
60, 61 und der Schicht 62 befindlichen Austauscher wandern nach unten.
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Gleichzeitig läßt auch der Flüssigkeitsdruck im unteren Teil des
Reaktionsbehälters 31 erheblich nach, da der durch die Strömung bedingte Druckabfall
in der Ionenaustauscherschicht 62 bei der jetzt herrstehenden geringen Flüssigkeitsströmung
erheblich kleiner geworden ist bzw. wenn das Ventil 54 vollliommen abgesperrt wird,
also gar keine Flüssigkeitsströmung im Behälter 31 besteht, Null wird.
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Dem Stutzen 51 im unteren Teil der Vorrichtung kann mit gleichbleibendem
oder in Abhängigkeit von der Fördermenge variierendem Druck Luft oder Gas zugeführt
werden, z. B. mit einem Turbogebläse, vorzugsweise jedoch mit einer Vorrichtung,
bei der der Förderdruck nicht extrem hoch ansteigt, wenn die Fördermenge Null ist.
Diese Fördervorrichtung wird vorteilhaft so eingerichtet, daß eine Gas- bzw. Luftförderung
nur zustande kommt, wenn der Flüssigkeitsdruch in der Nähe des Siebbodens 44 des
Reaktionsbehälters relativ gering ist, also jeweils nur während der Zeit, während
der die Austauscherschicht 62 auf den Siebboden 44 abgefallen ist. Luft oder Gas
strömen dann von 51 durch die Einrichtung50, 49 (Abb. 7j gleichmäßig über den Querschnitt
des Behälters 31 verteilt, durch die aufgelockerte Feststoffschicht62 aufwärts und
durch die Rohre 37 in den Gasraum des Windkessels 38, aus dem sie durch den Stutzen
41 und das Drosselventil 42 abgeleitet werden können. Diese Behandlungsweise kann
bei manchen Ionenaustauschprozessen angewendet werden, z. B. um die bei der lonenaustauschreaktion
entstehende Kohlensäure zu entfernen.
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Der Siebboden 35 kann z. B. aus mehreren trichterförmigen Teilen
bestehen, bei denen Rohre 37' (abt. 6) zum Abführen der Luft oder Gase jeweils am
höchsten Teil der Trichter ansetzen. Dabei dienen die Rohre 36', die zwischen den
Rohren 37' liegen, zum Einbringen der Feststoffe in den Behandlnngsbehälter 62 Der
Siebboden 35 kann aber auch beispielsweise aus konzentrischen, im senkrechten Querschnitt
kegelförmigen Ringen bestehen (Abb. 5), bei denen dann an Stelle der Rohre 37' konzentrische
Ringräume 37, vorteilhaft wiederum jeweils von den höchsten Stellen der Siebböden
35 ausgehend, vorgesehen werden und ein ringförrniger Durchgang 36 zur Einführung
der Feststoffe von dem Raum 60 in den Bebandinngsraum 62 dient. Die Rohre37, 37'
werden zweckmäßig so in den Windkessel hineingezogen, daß sie darin oberhalb des
höchsten Flüssigkeitsstandes enden. und werden so gestaltet, daß die Feststoffe,
die ja während der zeitweilig hohen Geschwindigkeit der Flüssigkeit auch in diese
Rohre 37, 37' gelangen, nicht in den Vvindkessel hineingespült werden können. Die
Abfuhr der Gase kann über 41, 42 erfolgen.
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Da die Flüssigkeit während der Zeit niedriger oder zu Sull gewordener
Strömungsgeschwindigkeit kon-
tinuierlich über 40 abgezogen werden kann, fällt während
dieser Zeit der Wasserstand im Windkessel 38 ab, bis der Schwimmer 43, der der Bewegung
des Wasserstandes folgt, über die Vorrichtung 55 das Ventil 54 öffnet, so daß die
Flüssigkeit nun wieder mit der vorgesehenen maximalen Geschwindigkeit durch den
Reaktionsbehälter 31 fließen kann. Dabei zweigt sich ein Teil der Flüssigkeit durch
die Verbindungsrohre 48 ab und spült die im vorhergehenden Zeitabschnitt auf den
Boden 46 gefallenen Austauscher durch den Stutzen 47 und das Steigrohr 34 nach oben
in das Fallrohr 33. Die zur Förderung des Austauschers dienende Flüssigkeit durchströmt
die im Fallrohr 33 befindliche Austauscherschicht und fließt über die Siebböden
58 und das Einstellventil 59 ab.
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Gleichzeitig gelangt ein kleiner Teil der in der Ionenaustauscherschicht
62 behandelten Flüssigkeit aus der Schicht durch die Rohre 36 in den Raum 6O, der
ebenso wie der darüber befindliche Raum 61 vollständig mit Austauscher gefüllt ist.
Durch geeignete Bemessung der Querschnitte der Rohre 36, 36' im Verhältnis zum Querschnitt
des Behälters 31 sowie durch Abstimmung der Flüssigkeitsdrücke in den verschiedenen
Zonen läßt sich diese Flüssigkeitsmenge den jeweiligen Verhältnissen entsprechend
einstellen. Bei Ionenaustauschprozessen z. B. dient die durch 36 in die Zone 60
gelangende Flüssigkeitsmenge zum Waschen der Ionenaustauscher, die vorher in der
Zone 61 regeneriert worden sind.
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Beispielsweise wird die Waschflüssigkeit von unten nach oben nacheinander
durch die Zonen 60 und 61 geleitet und zusammen mit dem als Förderwasser im Rohr
34 dienenden Flüssigkeitsanteil über den Siebboden 58 bei 59 abgezogen. Zum Regenerieren
der Austauscher in der Zoneßl wird über das Ventil 56 und die Verteilervorrichtung
57 eine konzentrierte Regenerierflüssigkeit, z. B. Salzlösung, Säure, oder alkalische
Lösung, eingeführt, die durch das durch die Rohre 36 aus 62 nach 60 und weiter nach
61 strömende Waschwasser auf die für den Betrieb zwei mäßige Konzentration verdünnt
wird. In diesem Fall dient also das Waschwasser, mit dem in der Zone 68 die überschüssigen
an den Austauschern haftenden Regeneriermittel ausgewaschen werden, zum Verdünnen
des frischen über 56, 57 zugeführten Regeneriermittels. Das Waschwasser kann aber
auch auf andere Art, beispielsweise unterhalb der Verteilervorrichtung 57 abgezogen
und über 56, 57 eine Regenerierflüssigkeit geeigneter Konzentration zugeführt werden.
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In der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, wenn Flüssigkeit durch
die Schicht 62 strömt, der Druck derselben am Boden 44 am größten. Er nimmt durch
den Druckverlust in der Ionenaustauscherschicht 62 bis zum Siebboden 35 und in dem
zum Auswaschen und gegebenenfalls zum Verdünnen des Regeneriermittels und zum Regenerieren
dienenden Teil der Vorrichtung weiterhin bis zum Siebboden 58 ab, an dem dann der
geringste Druck herrscht. Der Druckabfall in dem zur Förderung der Ionenaustauscher
von 47 nach 33 durch das Steigrohr 34 dienenden Wasserstrom ist bis zum oberen Ende
des Steigrohres 34 erheblich geringer. Das Fallrohr 33 wird in seiner Höhe und in
seinem Querschnitt deshalb zweckmäßig so bemessen, daß in diesem, in dem der Austauscher
wieder in dichter Schicht angeordnet ist, durch die ein verhältnismäßig großer Druckverlust
hervorgerufen wird, der Druckverlust für die Förderflüssigkeit so groß wird, daß
bei der zur Förderung der gewünschten Austauschermenge notwendigen Förderwassermenge
der gesamte Druckverlust vom
Rohwassereintritt bis zum Siebboden
58 genauso groß wird wie der Druckverlust, den die zu behandelnde Flüssigkeit und
die als Wasch- und Regenerierwasser dienende Flüssigkeitsmenge vom Rohwassereintritt
bis zum Siebboden 58 erfährt.
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Für Reaktionen, bei denen die zur Anwendung kommenden Feststoffe
spezifisch leichter als die mit ihnen in Wechselwirkung tretende Flüssigkeiten sind,
kann eine ähnliche Anordung verwendet werden, die jedoch zweckmäßig umgekehrt aufgebaut
ist, bei der also der Boden 46 den Kopf der Vorrichtung und der Siebboden 58, das
Rohr 33 usw. den untersten Teil der Vorrichtung bilden.
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Die Vorrichtung, mittels der die Flüssigkeit in den Behandlungsbehälter
eingeführt und verteilt wird, kann, wie Abb. 4 zeigt, auch so ausgebildet sein,
daß damit eine periodische Flüssigkeitsumkehr sich herbeiführen läßt. Sie kann beispielsweise
analog der nach Abb. 1 oder 3 ausgeführt sein. Die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt
nach Abb. 4 bei 71 in einen Windkessel 72 und aus diesem über das von 74 zu betätigende
Steuerventil 73 in eine injektorähnliche Vorrichtung 77 und weiter in den Reaktionsbehälter
76 unterhalb eines Siebbodens oder Rostes. Der Injektor 77 ist mit einem weiteren
Windkessel 75 verbunden, und zwar so, daß die aus 71 über 72, 73 zugeführte Flüssigkeit
eine Saugwirkung auf den Inhalt des Windkessels 75 ausübt. Dadurch wird der Druck
im Windkessel am kleinsten, wenn die Geschwindigkeit der von Ventil 73 in den Injektor
77 einströmenden Flüssigkeit am größten ist. Es wird also ein Teil der im Windkessel
75 befindlichen Flüssigkeit bei großer, durch 73 zuströmender Wassermenge aus dem
Windkessel 75 abgezogen und mit in die Einrichtung geführt. Wird durch Betätigung
von 74 das Ventil 73 abgesperrt oder gedrosselt, dann läßt die Saugwirkung des Injektors
75 so weit nach, daß Flüssigkeit vorzugsweise rückströmend aus dem Behälter 76 wieder
in den Windkessel 75 zurückfließen kann. Dadurch ergibt sich im Behälter 76 selbst
eine Strömungsrichtung, die der Hauptströmung entgegengesetzt ist und durch die
die Abwärtsbewegung der Feststoffschicht im Reaktionsbehälter beschleunigt wird.
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Die Vorrichtung nach Abb. 3 kann auch ohne größere Umgestaltung dazu
verwendet werden, gleichzeitig zwei oder mehrere verschiedene Feststoffe für die
Behandlung der Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe anzuwenden. Es ist z. B. nur erforderlich,
die Räume 60 und 61 entsprechend der Zahl der anzuwendenden Feststoffe zu unterteilen
und aus jeder Unterteilung gesonderte Zuführungen in dem Behandlungsraum 62 vorzusehen.
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Man kann nun aus den einzelnen Unterteilungen die Feststoffe gleichzeitig
in den Behandlungsraum 62 übertreten lassen, so daß sich unter diesen Unterteilungen
ziemlich scharf voneinander getrennte Säulen von verschiedenen Feststoffen im Behandlungsraum
ausbilden. Die verschiedenen Feststoffe können dann getrennt voneinander unten aus
dem Behandlungsraum durch getrennte Vorrichtungen abgezogen und wieder in die Räume
60 und 61 zurückgeleitet werden, in denen dann für die verschiedenen Feststoffe
gegebenenfalls verschiedene Regeneriermittel verwendet werden können. silan kann
auch so arbeiten, daß Schichten der verschiedenen Feststoffe im Raum 62 übereinanderliegend
sich bilden. Dies gelingt beispielsweise dadurch, daß in den Periodenabschnitten
der geringen Strömungsgesehwindigkeit nur eine der Feststoffzuführungen aus den
Unterteilungen der Räume 60 und
61 in Tätigkeit tritt. Aus dieser Zuführung breitet
sich der eintretende Feststoff in einer waagerechten Schicht aus. In der nächsten
Periode kann auf die gleiche Weise der nächste Feststoff in den Behandlungsraum
62 eingeführt werden. In der gleichen Weise können ein dritter oder vierter Feststoff
angewendet werden, wenn mehr als zwei verschiedene Feststoffe zur Behandlung der
Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe herangezogen werden sollen.
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Die wechselweise Zuführung der Feststoffe aus den Räumen 60 und 61
in den Behandlungsraum 62 kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man durch entsprechende
Ausbildung der Auslaßvorrichtungen für das strömende Mittel dieses jeweils nur durch
eine Unterteilung aus dem Behandlungsraum 62 in den Raum 60 übertreten läßt und
die Beaufschlagung der Unterteilungen entsprechend wechselt.
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Die verschiedenen Schichten wandern im Behandlungsraum 62 abwärts,
ohne daß eine starke Mischung eintritt.
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Durch der Eintragsvorrichtung entsprechende Ausgestaltung der Abzüge
für die Feststoffe kann man dafiir sorgen, daß auch der Austrag schichtenweise erfolgt,
so daß durch entsprechende Fördervorrichtungen die verschiedenen Feststoffe wieder
in die zugehörigen Unterteilungen der Räume 60 und 61 gebracht werden.
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Es ist aber nicht unbedingt notwendig, bei Anwendung von zwei oder
mehreren verschiedenen Feststoffen, die Mischung der Feststoffe im Behandlungsraum
62 oder beim Austrag vollständig oder weitgehend zu unterbinden, da in die Fördervorrichtung
nach dem Raum 61 eine Vorrichtung zur Trennung der Mischung, z. B. nach der Korngröße
oder nach dem spezifischen Gewicht, leicht eingeschaltet werden kann, mit der Gemische
der z. B. zeitlich nacheinander durch die Fördereinrichtung geführten verschiedenartigen
Feststoffe wieder in ihre Bestandteile zerlegt und diese getrennt voneinander in
die betreffenden Unterteilungen der Räume 60 und 61 geleitet werden können.
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In Abb. 8 ist der zylindrische Behälter 81 durch die Siebböden 85,
87, 89, 91, 93 in waagerechter Richtung unterteilt.
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Die zu behandelnden Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe werden bei 82
über das Absperr- bzw. Regulierorgan83 in den Raum 84 unterhalb des Siebbodens 85
eingeführt und strömen von dort durch den Siebboden 85, die darüber befindliche
Feststoffschicht 86, den Siebboden 87, die Feststoffschicht 88 und analog durch
89, 90, 91, 92, 93 in den Raum 94, aus dem sie über den Windkessel 95 und das Regulierorgan
96 bei 97 abgezogen werden können. Ein Teil dieser Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe
kann jedoch auch aus der Behandlungszone 90 durch die Kanäle 103 in den Raum 100,
von dort durch den Siebbodeneinbau 116 und die Ableitungsorgane 117, 118 abgezogen
werden.
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Ferner kann ein weiterer Teil der Flüssigkeiten aus der Behandlungszone
92 durch die Kanäle 102 in den Raum 101 und von dort analog durch die Vorrichtungen
119, 120, 121 abgeführt werden.
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Aus dem Raum 84 kann man einen Teil der unbehandelten Flüssigkeit
zwecks Transports der Feststoffe durch den Siebboden 108 in den darunter befindlichen
Raum 110 und von diesem durch das Steigrohr 111 in das Fallrohr 115 abströmen lassen,
aus dem er ebenfalls über 119, 120, 121 abfließt. Analog kann man einen weiteren
Teil der unbehandelten Flüssigkeit durch den Siebboden 85 und die Kanäle 107 in
den Raum 113 übertreten lassen und als Fördermittel
für die Feststoffe
durch das Steigrolir 114 in das Fall rohr 112 benutzen. Dieser Anteil der Flüssigkeit
verläßt das Verfahren z. B. ebenfalls über die Einrichtungen 116, 117,1 118.
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Die Geschwindigkeit der durch die Behandlungszonen 86, 88, 90, 92
strömenden Flüssigkeit variiert erfindungsgemäß periodisch zwischen einem Höchst-und
einem Niedrigstwert. Diese pulsierende Strömung kann in der bei Abb. 3 näher beschriebenen
Weise mit Hilfe des Schwimmers 98 erzeugt werden, durch den mit geeignetem Hilfsmittel
das Ventil 83 periodisch betätigt wird. Die durch die Räume 100 und 101 strömenden
Flüssigkeitsanteile werden z. B. mit Hilfe der Ventile 117 und 121 und gegebenenfalls
durch die Bemessung der Kanäle 1()2, 103 so abgestimmt, daß im Zeitpunkt der niedrigen
Geschwindigkeit Feststoffe aus dem Raum 101 in die Behandlungszone 92 und aus dem
Raum 100 in den Raum 90 gelangen können.
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Sie geben aus der Zone 92 weiter durch die Kanäle 104 in die Zone
9's" und aus dieser durch die Kanäle 106 in den Raum 110. Ebenso wandern aus der
Zone 90 die Feststoffe durch die Kanäle tO5. die Zone 86 und die Kanäle 107 in den
Raum 113. Bei Wiederanstieg der pulsierenden Flüssiglieitsgeschwindigkeit strömt
mit größerer Geschwindigkeit auch Flüssigkeit durch die Steigrohre 111 und 114 und
fördert die zuvor in die Räume 110 und 113 gelangten Feststoffe durch die Steigrohre
111 bzw. 114 in die Fallrohre 115 bzw. tut2, wobei gleichzeitig ein Teil der in
den Fallrohren 115 und 112 befindlichen Feststoffe in die Behälter 100 bzw. 101
gelangt. Die Behälter j und 101 könneu für geeignete »wTiederbelebungs- oder Reinigungsvorgänge
verwendet werden. z. B. dadurch, daß ähnlich der in Abb. 3 gezeigten Anordnung die
Räume unterteilt werden und Zuführungen für geeignete Chemikalien oder Lösungen
wie 56, 57 der Abb. 3 angeordnet werden.
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Beispiel In einer Vorrichtung ähnlich Abb. 1 wird Leitungswasser
mit einem Polystyrolaustauscher behandelt.
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Der Durchmesser des Reaktionsbehälters 1 beträgt 15 cm, die Schichthöhe
der Austauscherfüllung (d. h. der Abstand der Siebböden 5 und 6) etwa 30 cm. Das
Wasser wird periodisch so zugeführt, daß das zeitliche mittel der Strömungsgeschwindigkeit
in der Reaktionszone 25 m/h beträgt. Die Schaltperiode besteht aus etwa 5 Sekunden
Strömung mit hoher Gesehwindigkeit (Spitze über 50 m/h). Während der nächsten 5
Sekunden ist die Ävasserzuführung unterbrochen. In jeder Periode. also jeweils innerhalb
10 Sekunden, werden 25 ccm Austauscher in den Reaktionsbehälter ein- und aus demselben
durch das Steigrohr abgezogen. Dabei wird das Wasser von ursprünglich 203 dH auf
0,010 dH enthärtet. Die stündliche behandelte Wassermenge kann zwischen 100 und
1000 l/h oder darüber eingestellt werden. Bei der \~ersuchsdurcllführung betrug
sie 500 l/h.
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PATEXTANSPR OCHE 1. Verfahren zum kontinuierlichen Herbei führen
von Einwirkungen zwischen Flüssigkeiten, Gasen, Dämpfen oder deren Gemischen und
festen, vorzugsweise körnigen Stoffen, in welchem die körnigen Feststoffe und die
flüssigen und bzw. oder gasförmigen Reaktionspartuer im Gegenstrom zueinander durch
die Reaktionszane geführt werden. dadurch gekennzeichnet. daß die Flüssigkeiten,
Gase oder Dämpfe mit zeitlich periodisch
wechselnder Geschwindigkeit durch den Reaktionsraum
geführt und jeweils im Zeitpunkt ihrer geringsten Geschwindigkeit neue Feststoffe
in die Reaktionszone eingebracht werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten der
Feststoffe einerseits und der flüssigen und bzw. oder gasförmigen Stoffe andererseits
an allen Orten des Reaktionsraumes im wesentlichen gleich gehalten werden, und die
Geschwindigkeiten der Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe oder deren Gemische so gewählt
werden, daß im höheren Geschwindigkeitsbereich die Feststoffe in einer dichten Schicht
vereinigt, während sie im niederen Geschwindigkeitsbereich fließfähig sind.