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Kolonne, in der ein Gas mit einer Flüssigkeit in BerUhrung gebracht
wird.
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Die Erfindung betrifft eine zylindrische Kolonne, in der ein Gas mit
einer FlUssigkeit in Berührung gebracht wird, mit einer FlUssigkeitszuSuhr am oberen
und einer Gaszufuhr am unteren Ende, und mit mehreren in Abständen Ubereinander
angeordneten, im wesentlichen horizontal verlaufenden, mit Gasdurchlaßöffnungen
versehenen Böden, die von der die Kolonne durchlaufenden FlUssigkeit nacheinander
Uberflossen werden.
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Kolonnen dieser Art sind bereits bekannt und werden zur Absorption,
Desorption, Destillation und dergleichen benutzt, wobei auf jedem Boden eine innige
Berührung zwischen Gas und FlUssigkeit erhalten wird. Obwohl der Schaum, der wßhrend
der BerUhrung zwischen Gas und Flüssigkeit auf den einzelnen Böden gebildet wird,
in manchen Fällen den Ablauf
der chemischen und/oder physischen
Reaktionen fördert, hat die Schaumbildung andererseits den Nachteil, daß der Gasaufstieg
durch den Schaum erschwert wird und daß die e Gasdurchlaßöffnungen in den Böden
durch den Schaum ganz oder teilweise abgeschlossen werden können. Der Druckunterschied
auf beiden Seiten der Boden kann dabei sogar so groß werden, daß es unmöglich wird,
die Kolonne in Betrieb zu halten.
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Die Erfindung hat den Zweck, eine Kolonne zu schaffen, bei der dieser
Nachteil in zweckmäßiger Weise beseitigt worden ist.
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Gemäß der Erfindung sind oberhalb der Boden Mittel zum Brechen des
auf dem unterliegenden Boden gebildeten Schaumes vorgesehen.
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Die erwähnten Mittel können aus einer im wesentlichen horizontal verlaufenden,
geschlossenen Auffangplatte bestehen, welche die Flüsä-gkeit vom oberliegenden Boden
bzw. von der Flüssigkeitszufuhr auffängt und über ein Fallrohr dem unterliegenden
Boden zuleitet, wobei das untere Ende des Fallrohres in einem verhältnismäßig großem
Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche auf den unterliegenden Boden liegt.
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Bei Anwendung der Erfindung wird die von jeder Auffangplatte über
das zugehörige Fallrohr herunterfließende Flüssigkeit den Schaum brechen, der von
dem unterliegenden Boden in das Fallrohr aufsteigt, so daß erreicht wird, daß das
Gas nur einen verhältnismäßig kurzen Weg durch den Schaum zurückzulegen braucht,
während das Gas andererseits beim Erreichen des oberliegenden Bodens keinen Schaum
mehr
mit sich führt. Die mit der Schaumbildung verbundenen Nachteile
sind daher in zweckmäßiger Weise beseitigt, so daß es bei einem vorteilhaft-en Verfahren
zum Betrieb der Kolonne gemäß der Erfindung sogar möglich ist, der Flüssigkeit ein
Schaummjitel zuzusetzen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
der Kolonne gemäß der Erfindung darstellt, näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt einer Kolonne gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäß der Ebene II-II in der Fig. 1, Fig. 3 zeigt
einen Querschnitt gemäß der Ebene III-III in der Fig. 1.
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In der Zeichnung ist der obere Teil einer zylindrischen Kolonne 1
dargestellt, in der ein Gas mit einer Flüssigkeit in BerUhrung gebracht wird, und
bei welcher das Gas am unteren Ende und die FlUssigkeit am oberen Ende zugefUhrt
wird.
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In der Kolonne 1 sind mehrere in Abständen Ubereinanderliegende horizontale
Boden 2 vorgesehen, die je aus einem geschlossenen Randteil 2'und einem anschließenden
zweiten Teil 2"bestehen, von denen der Teil 2"durch einen Uberlauf 3 vom Teil 2t
getrennt und mit als Perforierungen ausgebildeten Gasdurchlaßöffnungen 4 versehen
ist. Als Alternative können aueh sogenannte Glockenböden angewendet werden.
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Über die Gasdurchlaßöffnungen in den Bodenteilen 2 steigt das Gas
durch die auf den Bönden 2 vorhandene Flüssigkeitsschicht empor ; die Höhe dieser
Schicht wird durch einen Überlauf 5 bestimmt, die etwas hoher als der Überlauf 3
ist. Auf den Boden wird eine innige BerUhrung zwischen Gas und Flüssigkeit erzielt.
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Von jedem Boden 2 flieBt die Flüssigkeit über den Uberlauf 5 durch
ein Fallrohr 6 auf eine Auffangplatte 7. Ein Überlauf 8 der Auffangplatte erstreckt
sich über dem Unterende des Fallrohres 6 und bildet damit ein WassersehloB, das
ein Emporsteigen des Gases durch das Fallrohr 6 verhindert.
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Von der horizontalen, ohne Gasdurchlaßöffnungen ausgebildeten Auffangplatte
7 strömt die Flüssigkeit über einen Überlauf 9, der eine geringere Höhe als der
Uberlauf 8 aufweist, und durch das Fallrohr lo auf den geschlossenen Teil 2'des
unterliegenden Bodens 2 und Aber den Uberlauf 3 auf den mit Gasdurchlaßö, ffnungen
versehenen Bodenteil 2".
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Das untere Ende des Fallrohres lo liegt in einem verhältnismäBig großem
Abstand zur durch den Uberlauf 5 des unterliegenden Bodens bestimmten Flüsigkeitsoberfläche
auf diesem Boden. Vorzugsweise liegt das untere Ende des Fallrohres lo jeder Auffangplatte
7 ungefähr in-glei-chen Abstanden zu dem unterliegenden Boden 2 und der betreffenden
Auffangplatte 7.
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Das von jedem Boden 2 aufsteigende Gas flieBt durch das zugehörige
Fallrohr lo empor, wobei ein Teil des auf dem Boden 2 gebildeten Schaumes in das
Fallrohr mitgeführt wird.
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Dieser Schaum wird jedoch in wirksamer Weise durch die im Fallrohr
lo herunterströmende FlUssigkeit zerbrochen.
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Der Abstand jeder Auffangplatte 7 zum oberliegenden Boden 2 ist klein
in Bezug auf den Abstand zum unterliegenden Boden. Unter UmstRnden wird es nicht
erforderlich sein, über jedem Boden eine Auffangplatte vorzusehen.
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In der Kolonne gemEß der Erfindung stellt die Schaumbildung, t die
in manchen Felle die chemischen und physischen Reaktionen fördert, ein Vorteil dar
; die Schaumbildung kann daher unter Umstanden sogar durch den Zusatz eines geeigneten
Schaummittels hervorgerufen oder gesteigert werden.
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Dieser Fall ergibt sich z. B. bei chemischen Absorptionsprozessen,
bei denen die der physischen Absorption nachfolgende chemische Reaktion mit der
gleichen oder mit einer kleineren Geschwindigkeit als die physische Absorption verinuit.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile gehen aus den Ergebnissen
der nachstehenden Versuche deutlich hervor.
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12 345 6 Carbonat-Gaswider-CO-Gehalt des Lösung 2 N stand Gases bei
Ein-Gasstrom Ver- m3/h Bodenzhel m/h kg/m tritt % such I 2,7 4 22 440 15,0 IIa 2,7
3 22 za. 450 15,0 IIb 3 za. 14 looo 15, 0 III 2, 7 2 22 350 15, 0 IV 1, 2 2 22 32o
15, 0
7 8 9 lo Ver-CO-Gehalt des Schaum-Verhältnis nütz-Schaumsuch
Gases bei Aus-brecher liche Absorption : mittel tritt % Widerstand 1 12, 4 keine
0,0059 keines IIa lo, o keine o, olll keines IIb-keine-keines III ll, o 2 o, oll5
keines IV 10, 7 2 0,0135 Saponin Die oben erwähnten Versuche I-IV wurden in einer
Kolonne mit einem Durchmesser von 300 mm unter atmosphärischen Umständen bei 30°
C durchgeführt. Als Gas wurde ein Gemisch von Luft und CO benutzt, und als Flüssigkeit
eine wässerige Losung von Kaliumcarbonat mit der Konzentration 2N, von der bereits
4o % in Bicarbonat umgesetzt worden war.
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Die Bodenzahl, sowie eventuell die Zahl der Auffangplatten wurden
derart gewählt, daß der C02-Gehalt/des Gasstromes beim Austritt immer annahernd
den gleichen Wert hatte.
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Die Versuche I und II wurden mit einer Kolonne bekannter Ausfuhrung
durchgefuhrt, bei welcher die Flüssigkeit von jedem Boden durch ein Fallrohr mit
Wasserschloß dem unterliegenden Boden zugeführt wird.
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Beim Versuch I fand keine Schaumbildung statt. Die Schaumbildung,
die in erheblichem Maße durch die Anwesenheit von sehr kleinen Verunreinigungen
in der Flüssigkeit bestimmt wird, hat man nicht ganz in der Hand. Die Abwesenheit
der Schaumbildung erklärt den niedrigen Wert des Verhältnisses der nützlichen Absorption
zum Widerstand.
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Der Versuch II zerfiel in zwei Teile, nämlich einen ersten Abschnitt
IIa, in dem eine Schaumbildung auftrat und ein sehr instabiler Druckunterschied
erhalten wurde, und einen
Abschnitt IIb, in dem sich der Druckunterschied
infolge der Schaumbildung so weit gesteigert hatte, daß das Gas gesperrt wurde.
Infolge der Schaumbildung ist das Verhältnis depnützlichen Absorption zum Widerstand
im Abschnitt IIa hdher als beim Versuch 1.
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Die Versuche III und IV wurden mit einer Kolonne gemäß der Erfindung
durchgeführt, die mit zwei Boden und mit zwei oberliegenden Auffangplatten versehen
war.
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Beim Versuch III wurde trotz der Schaumbildung ein stabiler Druckunterschied
erhalten, wobei das Verhältnis der nUtzlichen Absorption zum Widerstand gober als
bei den Versuchen I und IIa war.
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Beim Versuch IV wurde der Flüssigkeit als Schaummittel Saponin zugesetzt,
wobei trotz der gesteigerten Schaumbildung ein stabiler Druckunterschied erzielt
wurde. Die je Zeiteinheit der Kolonne zugeführte Flüssigkeitsmenge konnte dabei
erheblich niedriger gewählt werden, während trotzdem ein hohes Verhältnis der nützlichen
Absorption zum Widerstand erzielt wurde.
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Infolge der Erniedrigung der je Z iteinheit der Kolonne zugeführten
Flüssigkeitsmenge kann man mit einer kleineren Pumpenleistung auskommen, wobei außerdem
die zum Austreiben des CO2 aus der Flüssigkeit erforderliche Wärmemenge in der Regenerierungsstufe
erheblich kleiner ist.
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Die GesamthUhe der bei den Versuchen II und IV angewendeten Kolonne
gemäß der Erfindung mit zwei Boden und zwei Auffangplatten ist kleiner als bei der
im Versuch I angewendeten Kolonne mit vier Siebböden, und ungefähr gleich
groB
wie bei der in den Versuchen IIa und IIb angewendeten Kolonne mit drei Siebböden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel,
das im Rahmen der Erfindung in verschiedenen Weisen abgeädert erden kann.
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Patentansprüche: