DE1226542B - Vorrichtung zur Durchfuehrung heterogener Reaktionen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-1/01

Nummer: 1226 542

Aktenzeichen: R 30879IV a/12 g

Anmeldetag: 4. August 1961

Auslegetag: 13. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung heterogener Reaktionen zwischen festen Teilchen und Flüssigkeiten.

Zur Durchführung heterogener Reaktionen zwischen einer festen und einer anderen Phase ist es bereits bekannt, die beiden Phasen kontinuierlich im Gegenstrom zueinander zu führen, indem z.B. die Feststoffteilchen unter der Einwirkung der Schwerkraft in einer Säule durch eine aufwärtsströmende zweite Phase hindurch absinken. Dabei ist es auch bereits bekannt, die Feststoffteilchen während des Absinkens stufenweise entlang einer zickzackfönnigen, durch innerhalb der Säule abwechselnd angeordnete, geneigte Leitbleche bestimmten Bewegungsbahn zu bewegen, damit ein möglichst enger Kontakt der verschiedenphasigen Reaktionspartner sichergestellt ist.

Die bekannte Vorrichtung, die primär für die Reaktion zwischen Feststoffteilchen und Gasen bestimmt ist, besitzt einstückige, glatte Leitbleche, deren untere Kanten jeweils eine freie schachtartige Durchtrittsfläche für die Feststoffteilchen begrenzen. Das aufwärts strömende Gas sammelt sich dabei in dem keilförmigen Raum unterhalb der Leitbleche an und strömt danach an den unteren Leitblechkanten vorbei und durch die freien Durchtrittsflächen hindurch nach oben. Zugleich gleiten die Feststoffteilchen die schrägen Leitbleche entlang und fallen dann durch die freien Durchtrittsflächen hindurch nach unten auf das nächstfolgende Leitblech. Mithin findet die Durchmischung der verschiedenphasigen Reaktionspartner bei jeder Stufe jeweils im Bereich der freien Durchtrittsflächen an der unteren Kante der Leitbleche statt, während im Bereich zwischen aufeinanderfolgenden Leitblechen die Trennung der Reaktionspartner erfolgt.

Es mag sein, daß die bekannte Vorrichtung bei Feststoff-Gas-Systemen zu optimalen Ergebnissen führt. Für Reaktionen zwischen Feststoffteilchen und Flüssigkeiten — also dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, wurde jedenfalls gefunden, daß eine Durchmischung der Reaktionspartner im Bereich der freien Durchtrittsöffnungen keineswegs günstig ist, sondern daß sich weitaus bessere Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Durchmischung der Reaktionspartner im wesentlichen aus dem Bereich der freien Durchtrittsöffnungen heraus in den Bereich oberhalb der Leitblechoberflächen verlegt wird.

Demgemäß wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung heterogener Reaktionen zwisehen festen Teilchen und Flüssigkeiten, wobei die festen Teilchen unter der Einwirkung der Schwer-Vorrichtung zur Durchführung heterogener
Reaktionen

Anmelder:

Richardsons, Westgarth & Co. Limited,

Wallsend, Northumberland (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. K. R. Eikenberg, Patentanwalt,

Hannover, Schackstr. 1

Als Erfinder benannt:

James Ratcliffe Emmett,

James McGrath, Wallsend, Northumberland

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 4. August 1960 (27098)

kraft in einer Säule entlang einer durch abwechselnd angeordnete geneigte Leitbleche bestimmten zickzackförmigen Bewegungsbahn absinken, vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß dadurch kennzeichnet, daß unterhalb jedes der Leitbleche, die von der Säulenwandung aus schräg nach unten reichen, weitere Leitbleche nach innen versetzt mit derartigem Abstand angeordnet sind, daß der überwiegende Anteil der Flüssigkeit durch den Zwischenraum zwischen den Leitblechen strömt.

Bei dem Vorschlag der Erfindung werden die Feststoffteilchen (ebenso wie bei der bekannten Vorrichtung) unter der Einwirkung der Schwerkraft an den Leitblechen entlang nach unten bewegt. Die aufwärts strömende Flüssigkeit tritt jedoch in der Hauptmenge durch den Zwischenraum zwischen den zusammengehörenden Leitblechpaaren hindurch (wobei es allerdings nicht nachteilig ist, wenn ein Bruchteil der Flüssigkeit den Weg durch die freien Durchtrittsöffnungen nimmt). Damit ergibt sich eine starke Verwirbelung oberhalb der Leitblechoberflächen und entsprechend eine innige Durchmischung der Reaktionspartner, während im Bereich der freien Durchtrittsöffnungen neben der Unterkante der Leitbleche im wesentlichen die Trennung der Reaktionspartner vor sich geht.

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Vorzugsweise sind die freien unteren Ränder der zweiten, nach innen unten versetzten Leitbleche eines jeden Leitblechpaares in an sich bekannter Weise abwärts gebogen und verlängert, derart, daß ein durch die Ränder und durch die Wandung der Säule begrenzter Schacht entsteht.- Diese Maßnahme unterstützt die vorangehend erläuterte Wirkung, die .sich bei dem Vorschlag. .<jer Erfindung einstellt. In den Schächten können nämlich die Feststoffteilchen" mit einer gewissen Ruhe, die Bewegung von einem Leitblech zum nächstfolgenden Leitblech durchführen, wobei sich die Feststoffteilchen zu größeren Anhäufungen zusammenballen können, bevor sie auf der Oberfläche, des ..nächstfolgenden Leitbleches wiederverteilt und innig mit der Flüssigkeit gemischt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden-nachfolgend-in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen eingehend erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

Fig. 1 den- Längsschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Reaktionssäule und

Fig. 2 einen Teil der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Die in denZeichnungen schematisch dargestellte Säule Id ist ein aufrecht stehendes Gefäß von rechtwinkligem Querschnitt. Am oberen Ende dieses Gefäßes befindet sich ein Einlaß 12 für gekörntes festes Material. In der Nahe des oberen Endes ist weiterhin noch ein Auslaß 14 für Flüssigkeit angeordnet. Die Feststoffteilchen können mittels eines endlosen Förderbandes 16 in die Säule eingespeist werden. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, eine einfache Zufuhrleitung 18 vorzusehen, die eine Suspension der Feststoffteilchenjn, das obere Ende der Säule.hineinfördert. ;;-_-;

Das untere Ende der Säule ist mit einem Äuslaßrohr20 für abzuziehende Feststoffteilchen und mit einem Einlaß 22 für Flüssigkeit versehen. Die Flüssigkeit wird dabei* "mittels einer Pumpe 24 in' der Säule vom Einlaß 22 aus zum Auslaß 14 aufwärts gefördert. Zum Abziehen der Feststoffteilchen über das Auslaßrohr 20 dient eine weitere Pumpe 28. Die Leistung der beiden Pumpen 24 und 28 kann durch nicht weiter dargestellte Steuereinrichtungen ver* ändert werden,„sö,daß sich die Strömungsgeschwindigkeiten der Feststoffteilchen und der Flüssigkeit durch die Säule; verändern, und den gewünschten Bedingungen anpassen lassen. . . . . '■'■''

Um einen wirksamen Gegenstromkontakt zwischen den Feststoffteilchen und der Flüssigkeit innerhalb der Säule 10 sicherzustellen, werden die Feststoffteilchen in einem im wesentlichen zickzackförmig'en Weg geführt, während .sie sich unter der Einwirkung der Schwerkraft, durch die in der Säule aufsteigende Flüssigkeit hindurch abwärts bewegen-Dieser zickzackförmige Weg für die Feststoffteilchen ist definiert durch eine Anzahl geneigt zu den Säulenwan·* düngen 26 verlaufender Paare von Leitblechen 30 und 32, die sich in regelmäßigen Intervallen innerhalb der Säule 10 befinden und einen Neigungswinkel gegenüber der Horizontalebene 36 von mehr als 10° (im allgemeinen zwischen etwa 15 und 45°) besitzen; Die Leitbleche 30 sind dabei mit ihren oberen- Längskanten an den Säülehwandungen 26 befestigt, während die Leitbleche32, die sich parallel zu den.Leit^ blechen 30 erstrecken^ an ihren beiden Längskädteü einen Abstand.von den Wandungen der Säule besitzen und außerdem im Bereich ihrer unteren Längskanten zu senkrechten (also parallel zu den Säulenwandungen liegenden) Strömungsflächen 34 nach unten abgebogen sind.

Wie sich aus der zeichnerischen Darstellung ergibt, überlappen die Leitblechpaare 30, 32 einander, wobei im Gebiet jeder Überlappung eine Öffnung 38 freibleibt, durch die hindurch eine Strömung von Flüssigkeit stattfinden kann. Weiterhin bilden die Flächen 34 der Leitbleche 32, die im wesentlichen ίο parallel zu der gegenüberliegenden Wandung 26 der Säule verlaufen, in der Säule eine Strömungsverengung in Form eines Schachtes 40. Der Querschnitt der Öffnungen 38 ist dabei so bemessen, daß der — überwiegende Anteil der anströmenden Flüssigkeitsmenge durch diese Öffnungen und nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil durch'die Schächte hindurchtritt. Beim Betrieb der Säule 10 werden die Feststoffteilchen durch das Rohr 18 oder über das Band 16 in das obere Ende der Säule eingespeist.-Diese TeU-chen gleiten die geneigten Flächen des obersten Leit-.·; blechpaares 30,32 hinab und gelangen in den obersten vertikalen Schacht.40. Da sie unter der Einwirkung, der Schwerkraft stehen, fallen sie durch diesen Schacht hindurch auf die. geneigten Flächen des. nächstniedrigeren Leitblechpaares. Gleichzeitig or mit; der: Einspeisung.. der Feststoffteilchen ist die Pumpe 24 in Betrieb genommen, und. Flüssigkeit strömt die Säule aufwärts. Da der größere Teil der Flüssigkeit durch die öffnungen 38 zwischen den Leitblechpäaren30,:32" hindurchtritt-ist. derjenige ■γ- Anteil an ..Flüssigkeit,. der durch die " vertikalen Schächte: 40:: aufsteigt, ausreichend klein, um eine Fluidisierung der Feststoffteilchen in den vertikalen Schächten zu verhindern.. Die Feststoffteilchen ballen sich daher in den: vertikalen Schächten. 40 'und bilden ■->.. eine Schicht auf den-geneigten Flächen der-· Leitblechpaare. Der Neigungswinkel χ der Leitblechpaare stellt sicher, · daß .die Feststoffteilchen bei Unterbrechung, des Flüssigkeitsstromes gravitieren können. Die. Verweilzeit der Feststoffteilchen innerhalb der .,.. Säule kann geändert werden durch Änderung der Geschwindigkeit,' mit der- die Teilchen über die Pumpe"28 vom: Boden'der Säule abgezogen werden; Eine entsprechend der vorangehenden Beschreibung aufgebaute Säule wurde im"praktischen Betrieb ge- - fahren mit einer Abwärts-Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffteilchen von 6,lbis 36,61 pro Stunde und pro Qüädfatdezimeter Säülenquerschnitt sowie mit einer Aufwärts-Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von 12,2 bis 405,7 !pro Stunde und pro Quadratdezimetef Säülenquerschnitt. Eine andere Säule wurde gefahren mit einer Abwärts-Strömungsgeschwindigkeit von 1501 pro Stunde und einer Aufwärts-StrömungsgeSchwindigkeit von 12,2 bis 191,01 pro Stunde, beide'Werte ebenfalls bezogen auf einen ■ Säulenquerschnitt von einem Quadratdezimeter.

Das Verhältnis des Durchsatzes von- Flüssigkeit zum Durchsatz an Feststoffteilchen hängt ab von: '

a) Dem Typ des durchgeführten Prozesses; .

b) den Eigenschaften der Feststoffteilehen;

c) der benötigten Umsetzung an Feststoffteilchen (dies wird'hauptsächlich diktiert.durch die Ökonomie des Prozesses); . '.::.:

d) der benötigten-Umsetzung an Flüssigkeit^ Dabei -·: ist das Verhältnis von Durchsatz an Flüssigkeit

zum Durchsatiiä Feststoffteilchen groß in den

" folgenden Prozessen: · · ^:: · :.-.--·-..

i) Absorption einer kleinen Materialmenge aus einer großen Flüssigkeitsmenge durch die Feststoffteilchen;

ii) normale Wasserenthärtungsverfahren durch Ionenaustausch, bei denen Kalzium- und Magnesiumionen in der Flüssigkeit ausgetauscht werden gegen Natriumionen;

iii) Verhinderung der Ansatzbildung bei Salzwasserverdampfern durch Ionenaustausch.

Hingegen ist das Verhältnis des Durchsatzes von Flüssigkeit zum Durchsatz an Feststoffteilchen klein in den folgenden Prozessen:

i) Auslaugen der Feststoffteilchen mit Wasser, Säure, Alkali oder anderer Flüssigkeit zwecks Bildung einer kleinen Menge einer Lösung;

ii) Abstreifen von absorbiertem Material von den Feststoffteilchen;

iii) Umionisation von Ionenaustauschern, beispielsweise Regeneration der bei der Wasserenthärtung verwendeten Ionenaustauscher in Hinsicht auf einen Ersatz der Kalzium- und/oder Magnesiumionen durch Natriumionen;

iv) Regeneration der bei der Verhinderung der Ansatzbildung in Salzwasserverdampfern benutzten Ionenaustauscher.

Das folgende praktische Ausführungsbeispiel möge die Erfindung verdeutlichen:

ίο Eine entsprechend der Zeichnung aufgebaute Säule wurde als Regeneriersäule betrieben, um in einem Ionenaustauschharz die absorbierten Kalziumionen durch Natriumionen zu ersetzen. Die Säule war etwa 3,6 m hoch und befand sich auf dem oberen Ende einer Berieselungssäule von analoger Konstruktion. Als Regeneriermittel wurde gesättigte Natriumchloridlösung benutzt, die oberhalb der Berieselungssäule in die Säule eingespeist wurde. Die in der Regeneriersäule aufwärts strömende Flüssigkeit bestand demzufolge aus einer Mischung von starkem Regeneriermittel und Berieselungswasser. Die während dreier Versuche erhaltenen Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

	Versuch I	Versuch Π	Versuch ΙΠ
Abwärtsströmung der festen Teilchen (Liter pro Stunde und pro Quadratdezimeter Säulenquerschnitt) Aufwärtsströmung an Flüssigkeit (Liter pro Stunde und pro Quadratdezimeter Säulenquerschnitt) Prozentualer Anteil der Kalziumionen an den gesamten, in den eingespeisten Teilchen enthaltenen austauschbaren Ionen	22,3 21,5 99 bis 100 56,5 85	13,0 37,4 99 bis 100 72,2 60,5	15,8 77,2 99 bis 100 95,2 20
Prozentualer Anteil der Natriumionen an den gesamten, in den abgezogenen Teilchen enthaltenen austauschbaren Ionen
Prozentualer Wirkungsgrad der Regenerierung

Beim Versuch I wurde die Säule in Verbindung mit einer zweiten Säule zum Enthärten eines harten Wassers benutzt. Die Wasserhärte wurde reduziert von 320 mg pro Liter (als CaCO₃) auf 52,5 mg pro Liter (als CaCO₃). Die nach der Enthärtung noch verbleibende Resthärte ist für Trinkwasserzwecke voll ausreichend, und der bei diesem Beispiel erzielte Wirkungsgrad macht die gegenüber üblichen Verfahren erzielte beträchtliche Verbesserung deutlich.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung heterogener Reaktionen zwischen festen Teilchen und Flüssigkeiten, wobei die festen Teilchen unter der Einwirkung der Schwerkraft in einer Säule entlang einer durch abwechselnd angeordnete geneigte Leitbleche bestimmten zickzackförmigen Bewegungsbahn durch eine aufwärts strömende Flüssigkeit hindurch absinken, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb jedes der Leitbleche (30), die von der Säulenwandung (26) aus schräg nach unten reichen, weitere Leitbleche (32) nach innen versetzt mit derartigem Abstand angeordnet sind, daß der überwiegende Anteil der Flüssigkeit durch den Zwischenraum (38) zwischen den Leitblechen strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Ränder (34) der Leitbleche (32) in an sich bekannter Weise abwärts gebogen und verlängert sind, derart, daß ein durch die Ränder (34) und durch die Wandung (26) der Säule begrenzter Schacht (40) entsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 835 296.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 670/390 10.66 © Bundesdruckerei Berlin