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Adsorptionsauarat Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Gewinnung von D Dämpfen aus Gasen, z. B. von Lösungsmitteldämpfen aus Abluft ge
werblicher Anlagen durch Adsorption an in sich ruhenden und ortsfesten Adsorptionsmittelschichten.
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Viele der bekannten kontinuierlichen Adsorptionsverfahren verwenden
bewegte Adsorbensschichten, die durch Einleiten von Gasen aufgewirbelt oder bis
zur Fließfähigkeit aufgelockert werden und durch die eigene Schwere oder mittels
pneumatischer Förderung durch die Adsorptionsstufe, die Desorptionsstufe und andere
Behandlungsstufen, die der Anreicherung des Adsorbates, der Trocknung des Adsorbens
usw. dienen, im Kreislauf geführt werden.
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Es sind auch kontinuierlich arbeitende Adsorber mit festgepackten
Adsorberschichten, die zu einem Zellenkörper von der Gestalt eines Hohlzylinders
zusammengesetzt sind, bekannt. Durch Drehen des Hohlzylinders werden die Adsorptionsmittelschichten
um seine Achse bewegt und die Anschlußöffnungen der einzelnen Adsorber nacheinander
an die Zuleitungen und Ableitungen für das zu behandelnde Gas, für Dampf, für Kühlmittel
und dergl. herangeführt. Derartige Trommeladsorber sind mit verZ
tikaler
und horizontaler Rotationsachse gebaut worden. Dieses Bauprinzip wurde übrigens
auch auf Regenerativ-Wärmeaustauscher angewendet, wobei das Adsorbens durch eine
wärmespeichernde Masse ersetzt ist.
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Es ist auch versucht worden, an solchen feststehenden Zellenkörpern
die Anschlußstutzen der Zellen auf zentrische Kreise in Ebenen zu verlegen, auf
denen, wie bei Flachschiebern, drehbare Gegenstücke angebracht sind, durch welche
die Verbindungen der Adsorberanschlüsisie mit den verschiedenen Zu- und Ableitungen
hergestellt und durch Drehen weil tergeschaltet werden können. Derartige Konstruktionen
eignen sich nur für kleine Anlagen, da die großen Dichtflächen solcher Umschaltorgane
bei größeren Dimensionen unter den in den einzelnen Anschlüssen herrschenden verschiedenen
Temperaturen unzuverlässig sind.
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Der Ersatz dieses Umschaltschiebers durch einen Schaltkasten, in welt
chem die Durchlässe als durch Tauchdichtungen gegeneinander abgeschlos sene Kanäle
ausgebildet sind, und der zurAusftihrung des Schaltschrittes zunächst gesenkt, dann
gedreht und schließlich wieder gehoben wird, hat sich wege der verschiedenen Drücke
und Temperaturen an den einzelnen Adsorberkammern nicht bewährt.
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Die periodische Umschaltung einzelner feststehender Adsorber an die
verschiedenen Zu- und Ableitungen für zu behandelndes bzw. behandeltes Gas, für
Desorptions und Trockenmittel erfordert eine große Anzahl von verzweigten Verbindungsleitungen
sowie viele Sperr und Umschalt organe. Da diese Umschaltorgane gruppenweise gleichzeitig
betätigt werden müssen, ist die automatische Führung einer solchen Anlage apparat
tiv umfangreich, teuer und störanfällig.
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In der Adsorptionstechnik sind die Eigenarten der diskontinuierlichen
Verfahren, in denen mehrere feststehende, mit Adsorptionsmittel gefüllte Behälter
alternierend in einem Arbeitszyklus an die ZuZ und Ableitungen des zubehandelnden
Gases, des Desorptionsmittels, des Kühlmittels und dergleichen angeschaltet werden,
von großem Vorteil. In der ruhenden feststehenden Aktivkohleschicht ist die Gefahr
der Staubbildung durch Abrieb am Adsorbens am geringsten. Demgemäß entstehen auch
keine Nester vonStaubansammlungen, keine bevorzugten Gaswege und keine schleichenden
Durchbrüche der zu absorbierenden Stoffe. Außerdem erlauben die ruhenden Adsorptionsmittel
in ortsfesten Schichten große Schichthöhen, welche den Vorteil großer Betriebsreserven,
hoher Auf beuten und besonders die Nutzbarmachung des sogenannten Extraktionseffektes
(vergl. DRP 577 313) bieten, was eine Desorption der adsorbierten Lösemittel mit
geringstem Energieaufwand ermöglicht, Für viele Anwendungsfälle, z. E. bei der Wiedergewinnung
von Lösungsmitteldämpfen aus der Abluft von gewerblichen Betrieben ist eine Zweiteilung
des Gesamtvorganges in die Adsorption und die Desorption unter Weglassung von Spül-Trocken-
oder Kühlvorgängen nach der Desorption möglich. Diese Zweiteilung ist auch für Ionenaustauschvorgänge
in flüssiger Phase aus der deutschen Patentschrift 846 244 bekannt. Bei der Gasadsorption
kann die Trocknung des durch Ausdampfen regenerierten Adsorbens mit der Adsorption
zusammengelegt werden, wenn das zu behandelnde Gas mit erhöhter Temperatur in den
Adsorber eingeführt wird.
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Diese Erwärmung kann durch Zumischenheißen Inertgases oder auch in
mittelbarem Wärmeaustauach mit Wärmespeichern erfolgen, die im Ad sorber an der
Austrittsseite des Desorptionsdampfes, z.B. unterhalb der Adsorbensschicht liegen.
(DRP561 1?, ERP 608 464). Während der Desorption
wird der zunächst
kalte Wärme speicher von dem Dampfsorbat gemisch durchströmt. Dieses kondensiert
und gibt die freiwerdende Wärme an den Wärmespeicher ab, der sich dadurch erwärmt.
Beim Durchbruch des reinen Dampfes erlangt der Wärmespeicher etwa 1000C.
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In der nachfolgenden Adsorption liegt der Wärmespeicher auf der Seite
des Rohgaseintrittes. Das Rohgas nimmt Wärme aus dem Speicher auf.
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Diese wird in der Adsorberschicht zur Verdunstung der dem Adsorbens
anhaftenden Feuchtigkeit verbraucht. Die Feuchtigkeit zieht mit dem Reingas ab.
Trocknung und Adsorption erfolgen also gleichzeitig.
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In Adsorptionsanlagen mit dieser zweiteiligen Arbeitsweise wird aus
einer größerenAnzahl von Adsorbern, die mit Wärme speichern versehen sind, und die
beztiglich desDurchganges des zu behandelnden Gas es park lellel geschaltet und
konzentrisch um eine Achse angeordnet sind, jeweils ein Adsorber oder eine Adsorbergruppe
zum Ausdampfen in der dem Strö mungsweg des Rohgases entgegengesetzten Richtung
aus der Reihe herausgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird dem zu behandelnden Gas
ein großer Strömungsquerschnitt geboten und eine gtnstige Relation zwischen Querschnitt
und Schütthöhe des Adsorbens erreicht, wie sie insbesondere bei niedrigen Lösungsmittelkonzentrationen,
die unterhalb der Explosionsgrenze liegen, vorteilhaft ist. Dadurch, daß ein großes
Volumen des Adsorbens in mehreren parallel geschalteten Teilmengen in der Beladung
steht, während ein kleines Volumen des beladenen Adsorbens einer schnellen und intensiven
Regeneration ohne nachfolgende Trocknung und Kühlung unterzogen wird, ist eine wesentliche
Vereinfachung der Umschaltvorrichtung gegeben, weil stets nur ein Schalt schritt
auszuführen ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Adsorptionsapparat zur kontinuierlichen
Abscheidung von Dämpfen aus Gasen an festliegenden Adsorber schichten, die zusammen
mit wärmespeichernden Schichten in konzentrisch um eine vertikale Achse angeordnetem
Absorbern untergebracht sind, die zwei koaxialen gegeneinander gasdichten Kammern
mit je einem Anschluß zur Zuleitung bzw. Ableitung des zu behandelnden bzw. des
behandelten Gases parallel geschaltet sind, wobei die Adsorber mittels einer durch
die Kammerwände gasdicht geführten drehbaren Welle mit hohlen, als Zu- undAbleitung
für das Adsorptionsmittel dienenden Enden und durch von den Hohlteilen der Welle
seitlich abzweigenden, mit der Welle starr verbundenen Rohren alternativ in die
Adsorption oder Desorptiongeschaltet werden.
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Der erfindungsgemäße Adsorptionsapparat ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle axial verschiebbar ist und daß die mit der Welle starr verbundenen
Rohre in federnden Flanschen enden und daß die Mündungen der Adsorberanschlüsse
auf zwei in einer Ebene liegenden konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
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In den Abbildungen 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung suche
matisch in einem vertikalen und einem horizontalen Schnitt beispielsweise dargestellt.
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Abb. 1 ist eine vollständige Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in vertikalem Schnitt.
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Abb, 2 ist ein horizontaler Schnitt durch die Anlage gemäß Abb. 1
längsder Linie II - U.
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In der Abb. 1 ist die erfindungsgemäße Adsorptionsanlage in einer
Ausführungsformdargestellt, welche bei einer gedrängten und nach außen völlig geschlossenen
Bauart alle Zusatzgeräte, wie ein Filter, einen Kthler und ein Fördergebläse fiir
das zu behandelnde Gas, sowie einen von densator und einen Abscheider ftir die Aufarbeitung
des Desorbat-Dampfgemisches enthält. Diese Zusatzgeräte und das Getriebe für die
Drehung der Umschaltwelle sind unterhalb der Adsorberzellen angeordnet.
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Acht Adsorber 1, deren Gehäuse kreisringsegmentförmigen Querschnitt
haben, sind zu einem Hohlzylinder zusammengesetzt. In jedem Adsor ber ruht eine
Adsorptionsmittelschicht 2 auf einer Schicht Wärmespeichernden Materials 3, das
auf einem gasdurchlässigen Boden4 angeord~ net ist. Die Adsorber haben in ihren
oberen Stirnseiten zweckmäßig mit Flanschen versehene Öffnungen, die auf einem Kreis
liegen.
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Auf der Innenseite des von den Adsorbern gebildeten Hohlzylinders
hat jeder Adsorber unterhalb des Siebbodens 4 eine seitliche Öffnung 6, von der
aus ein Rohr 7 nach oben bis in die Ebene der oberen Adsorberöffnungen hochgezogen
ist und dort in einem Flansch 8 endet. Zwischen den Rohren und der Innenwand der
Adsorberzellen ist die Tasse 9 einer Tauchdichtung angeordnet. Diese wird durch
einen Rohranschluß 10 mit Wasser bis zudem Überlauf 11 gefüllt.
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In der Achse des Hohlzylinders ist die Welle 12 des Schaltorgans angel
ordnet. Sie besteht aus einem Rohr, das durch eine Wand 13 unterteilt ist. Diese
Hohlwelle sitzt auf dem Getriebe 14 und ist am unteren Ende mit Öffnungen 15 versehen
und von einer dampfdichten Kammer 16 umgeben, von welcher ein Verbindungsrohr 17
zur Kondensationsanlage seitlich abgezweigt. Die Welle ist in dieser Kammer und
am oberen Ende
im Deckel des Schaltorgans dampfdicht und drehbar
sowie axial beweg lich in Stopfbuchsen ia gelagert.
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Auf der Welle ist eine Glocke 19 befestigt, deren zylindrischer Teil
in die Tasse 9 eintaucht und die dichte Trennwand zwischen den beiden Schaltorganen
bildet. Unterhalb der Glocke m<inden die von den unteren Adsorberöffnungen ausgehenden
Rohre 7. Außerhalb der Glocke liegen die oberen Adsorberöffnungen 5.
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Vom oberen Teil der Hohlwelle zweigt ein Rohr 20 seitlich ab, das
in einen Federbalg 21 mit dem Flansch 22 endet. Dieser Flansch liegt auf dem Kreis
der oberenAdsorberöffnungen 5. Unterhalb der Glocke 19 ist ein Kanal 23 angeordnet,
der den Federbalg 24 mit dem Flansch 25 und das untere Teil der Hohlwelle verbindet0
Der Flansch liegt auf dem Radius der Mündungsflansche 8 der Rohre 7.
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In der in den Abbildungen gezeigten Schaltstellung befindet sich der
rechte Adsorber in derDesorption. Der Dampf strömt aus einer nicht dargestellten
Leitung durch das obere Teil der Hohlwelle 12 Aber das Rohr 20 durch den Adsorber
abwärts, sodann im Rohr 7 aufwärts und über den Kanal 23 und durch das untere Teil
der Hohlwelle durch die Öffnungen 15, die Kammer 16 und die Verbindungsleitung 17
zum Kondensator 30.
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Das Kondensat gelangt durch die Leitung 31 zum Scheider 32 aus welchem
als obere Schicht das Desorbat durch Leitung 33, als untere Schicht durch Leitung
34 Wasser abgezogen werden0 Wenn der aus der Abluft wien derzugewinnende Stoff ganz
oder teilweise wasserlöslich ist, tritt an die Stelle des Abschneiders eine andere
bekannte Vorrichtung zur Aufarbeitung des Desorbatwassergemisches.
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Die übrigen sieben Adsorber stehen in der Beladung und sind Über das
Schaltgehäuse bezüglich des Gasweges parallel geschaltet. Das zu behandelnde Gas
tritt durch den Anschluß 40 in die Anlage ein, wird runächst durch ein Filter 41
und einen Kühler 42 gefÜhrt und dann von dem Gebläse 43 in den Raum unter der Glocke
19 geführt. Aus diesem Raum verteiIt es sich auf die Adsorber und strömt durch die
Rohre 7 abwärts, durch die wärmespeichernde Masse und das Adsorbens aufwärts, gelangt
durch die oberenAdsorberöffnungen 5 in den Raum II zwischen Gehäuse und Glocke und
verläßt gereinigt die Anlage über den Stutzen 44.
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Zur Umschaltung der Anlage wird die Dampfzufuhr unterbrochen. Dann
wird vom Getriebe die Welle angehoben, in die nächste Schaltstellung gedreht und
wieder gesenkt.
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Der Schaltimpuls wird von einem Konzentrationsmesser 50, welcher das
Durchbrechen von zu adsorbierenden Stoffen durch einen Adsorber anzeigt, gegeben.
Das Luftprobenahmerohr 51 für dieses Meßgerät ist an einem von der Umschaltwelle
ausgehenden Arm 52 befestigt und wird von diesem Über die Austrittsöffnungen 5 der
Adsorberzellen im Takt der Schaltbewegung hinweggefthrt, Die Darstellung des Armes
in der Abb. 1 soll diese Anordnung schema tisch zeigen. In der Anlage selbst ist
dieser Arm gegenüber dem Rohr 20 um den einer Schaltbewegung entsprechenden Winkel
versetzt, derart, daß das Meßgerät dem Verbindungsrohr 20 vorausläuft. Demgemäß
wird der Schaltimpuls von dem Meßgerät dann gegeben, wenn in dem der Regeneration
am nächsten stehenden Adsorber die optimale Beladung erreicht ist.
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Die Zahl der in den erfindungsgemäßen Anlagen eingebauten Adesorber
wird zweckmäßig so gewählt, daß wenigstens 2/3 bis 3/4 des ingesamt eingesetzten
Adsorptionsmittels in der Beladung stehen, während die übrigen 1/3 bis 1/4 der Desorption
durch Ausdampfen unterzogen werden. Demgemäß beträgt die Zahl der Adsorber mindestens
drei, im allgemeinen 6 bis 12.
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Um auch bei größerenAnlagen die Geschwindigkeit und Intensität der
Regeneration zu gewährleisten, können an jeder Kammer des Schaltorgans zwei seitlich
von der Welle abzweigende und evtl. um 1800 zueinander versetzte Rohre vorgesehen
werden, so daß stets zwei Adsorber~ zellen in der Desorption stehen.