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Abs orptionsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Absorption von Gasbestandteilen aus gasförmigen Medien und/oder oder Luft zur Trocknung
von Gasen/und/oder zur Reinigung und Auswaschung von Peststoffen aus gasförmigen
Medien mittels flüssiger Medien, vorzugsweise zur Absorption von SO oder liuft 3
und/oder Trocknung von SO2-haltigen Gasei mittels Schwefelsäure, bestehend aus einem
vertikal mit der Austrittsöffnung nach unten angeordnetem Rohr, im oberen r Teil
des Rohres angeordneter Gaszuleitung und im Rohr angeordneter Zuleitung für das
flüssige Medium, unter dem Austrittsende des Rohres angeordnetem Bad des flüssigen
Mediums, eine dem Rohr nachgeschaltete und in einem Gehäuse angeordnete waagerechte
gasdurchlässige Platte, einem unter der Platte befindlichen gasgefüllten Raum, der
mit dem Gasraum unterhalb der Austrittsöffnung des senkrechten Rohres in Verbindung
steht, einer auf der gasdurchlässigen Platte angeordneten und von dem durchstrdmenden
Gas in wallende Bewegung versetzte Schicht des flüssigen Mediums, die mit einem
Ablauf für das flüssige Medium versehen ist und einer Gasaustrittsdffnung im oberen
Teil des Gehäuses.
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Für die Absorption von SO3 oder Feuchtigkeit aus Gasen mittels Schwefelsäure
sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.
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Die heute allgemein gebräuchlichen Absorptions- und Trockentürme bestehen
aus säurefest ausgekleideten mit Schikanen versehenen Türmen, in denen das Gas aufsteigt
und die Absorptionssäure von oben herunterrieselt. Sie haben die Nachteile, dass
sie eine beträchtliche Höhe benötigen, grosse Investitionskosten erfordern und ein
hohes Gewicht haben. Ausserdem müssen beträchtliche Mengen an Absorbersäure sehr
hoch gepumpt werden.
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Es wurden auch schon Tauchabsorber vorgeschlagen, bei denen das Gas
mittels eines in die Absorptionssäure eintauchenden Rohres oder einer Glocke eingeleitet
wird, durch die Säure aufsteigt und den Absorber wieder verlässt (DRP 133 247, DRP
133 933, DRP 211 999, DBP 882 539, USP 692 018, USP 722 981, USP 737 233). Diese
Tauchabsorber konnten sich jedoch in der Praxis für grosse Durchsatzleistungen nicht
durchsetzen, so dass heute praktisch nur Absorptionstürme verwendet werden, die
meistens mit Füllkörpern ausgestattet sind.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen, sogenannte Schaumabsorber zu benutzen.
Diese Vorrichtungen erfordern
jedoch zur Erzielung eines guten Absorptionsgrades
mehrere hintereinandergeschaltete Stufen, so dass eine grössere Bauhöhe erforderlich
ist. (Chem. Technik, 16, 1964, S. 350).
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Es ist auch bekannt, zur Nassreinigung staubhaltiger oder nebelhaltiger
Gase Gaswäscher zu verwenden, die nach dem Prinzip der Venturirohre arbeiten (DAS
1 173 433, DAS 1 176 099, Hegenbarth: Herstellung der Schwefelsäure, 1952, S.60).
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Weiterhin ist es bekannt, gasförmige Bestandteile mittels Flüssigkeiten
in Venturirohren zu absorbieren, wobei mehrere Venturirohre hintereinandergeschaltet
und nacheinander mit dem Gas und der Flüssigkeit beaufschlagt werden. Der Nachteil
dieser Vorrichtungen besteht darin, dass grosse Flüssigkeitsmengen umgewälzt werden
müssen und mehrere Absorptionsstufen für einen Absorptionsvorgang erforderlich sind
(Chemical Engineering, August 16, 1965).
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Weiterhin ist eine Absorptions und Trocknungsvorrichtung bekannt,
die aus einem Absorbergehäuse besteht, in das senkrecht von oben durch die Decke
ein Venturirohr angeordnet ist, dessen Austrittsöffnung nach unten gerichtet ist.
Die Durchfuhrung durch die Decke ist gasdicht ausgebildet. Im Kopf des Venturirohres
sind die Zuleitungen für das gasförmige und flüssige Medium angebracht.
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Um den unteren Teil des Venturirohres ist eine gasdurchlässige Platte
angeordnet, die sich bis zur Gehäusewand erstreckt und den Absorber in einen oberen
und unteren Teil trennt. Am Boden des Gehäuses befindet sich ein Flüssigkeitsbad,
dessen Oberfläche einen Abstand von der Unterseite der gasdurchlässigen Platte hat,
so dass ein gasgefüllter Zwischenraum zwischen Badoberfläche und gasdurchlässiger
Platte besteht. Auf der Platte ist eine Schicht des flüssigen Mediums angeordnet,
die durch Steigvorrichtungen mit dem Bad am Boden verbunden ist und von dem durch
die Platte strömenden Gas in wallende Bewegung versetzt wird. In Höhe der Oberfläche
der auf der Platte befindlichen Plüssigkeitsschicht ist ein Abfluss und oberhalb
der Schicht im oberen Gehäuseteil eine Gasaustrittsöffnung angeordnet (Belgisches
Patent Nr. 695 150).
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Diese Vorrichtung vermeidet die Nachteile der vorher beschriebenen
Vorrichtungen, hat jedoch für sehr grosse Durchsatzleistungen gewisse Nachteile.
Ausserdem kann in einer Absorptionsvorrichtung stets nur Säure einer Konzentration
und Konsistenz hergestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Absorptions-, Trocknungs-und
Waschvorrichtung zu schaffen,
die mit möglichst kleinen Abmessungen,
Investitionskosten und Betriebskosten eine optimale Absorption und Trocknung von
Gasen sowie Auswaschung geringer Feststoffgehalte aus Gasen ermöglicht, wobei in
weiten Grenzen jede gewünschte Durchsatzmenge verarbeitet werden kann und die Herstellung
von Säuren verschiedener Konzentration und Konsistenz in einer Absorptionseinheit
möglich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt erfindungsgemäss durch
eine Vorrichtung zur Absorption von Gasbestandteilen aus gasförmigen Medien und/oder
zur Trocknung oder Luft von Gasen/und/oder zur Reinigung und Auswaschung von Feststoffen
aus gasförmigen Medien mittels flüssiger Medien, vorzugsweise zur Absorption von
S03 und/oder Trocknung von SO2-haltigen Gasen oder Luft mittels Schwefelsäure, bestehend
aus einem vertikal mit der Austrittsöffnung nach unten angeordnetem Rohr, im oberen
Teil des Rohres angeordneter Gaszuleitung und im Rohr angeordneter Zuleitung für
das flüssige Medium, unter dem Austrittsende des Rohres angeordnetem Bad des flüssigen
Mediums, eine dem Rohr nachgeschaltete und in einem Gehäuse angeordnete waagerechte
gasdurchlässige Platte, einem unter der Platte befindlichen gasgefüllten Raum, der
mit dem Gasraum unterhalb der Austrittsöffnung des senkrechten Rohres in Verbindung
steht, einer auf der gasdurchlässigen Platte angeordneten und von dem durchströmenden
Gas in
wallende Bewegung versetzte Schicht des flüssigen Mediums,
die mit einem Ablauf für das flüssige Medium versehen ist und einer Gasaustrittsöffnung
im oberen Teil des Gehäuses, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das unterhalb
des Austrittsendes des vertikalen Rohres angeordnete Bad des flüssigen Mediums mit
einer Ablaufvorrichtung und die wallende Schicht des flüssigen Mediums auf der gasdurchlässigen
Platte mit einer durch die Gehäusewand geführten Zulaufvorrichtung für das flüssige
Medium versehen ist.
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Das vertikal angeordnete Rohr kann teilweise mit Füllkörpern ausgefüllt
sein.
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Das vertikal angeordnete Rohr wird vorzugsweise als Venturirohr ausgebildet.
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Die Zuleitung für das flüssige Medium in das vertikale Rohr oder Venturirohr
erfolgt in feinverteilter Form.
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Vorzugsweise wird das flüssige Medium eingedüst.
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Bei der Verwendung korrosiv flüssiger Medien kann die Vorrichtung
ganz oder teilweise aus keramischem Material hergestellt oder mit keramischem Material
ausgekleidet werden.
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Für die gasdurchlässige Platte kann jedes Material verwendet werden,
dessen mechanische und chemische Eigenschaften den jeweiligen Betriebsbedingungen
entsprechen. Die Platte wird zweckmässigerweise aus mehreren Segmenten zusammengesetzt.
Sie kann mit Bohrungen oder Schlitzen versehen sein oder als poröse, gasdurchlässige
Platte ausgebildet sein. Die Fläche der Öffnungen richtet sich nach dem gewünschten
Druckabfall der durchströmenden Gase.
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Falls es die Betriebsbedingungen erfordern, werden mehrere gasdurchlässige
Platten mit je einer darauf befindlichen wallenden Schicht des flüssigen Mediums
waagerecht über einander angeordnet, die von den aufsteigenden Gasen nacheinander
durchströmt werden.
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Bei dieser Ausgestaltung kann jede Platte mit gesonderten Zu- und
Ablaufvorrichtungen für das flüssige Medium ausgestattet sein. Es ist aber auch
möglich, den Druckverlust des Gases in den Platten so einzustellen, dass das flüssige
Medium nur auf die oberste Platte aufgegeben wird, durch die oberen Platten in geregelter
Menge durchrieselt und so auf die untere Platte gelangt.
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Die im oberen Teil des Gehäuses angeordnete Gasaustrittsöffnung ist
vorzugsweise mit einem Tropfenabscheider ausgestattet, der mitgerissene Flüssigkeitsteilchen
aus dem Gas abscheidet.
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Die Abscheidung mitgerissener Flüssigkeitsteilchen kann auch in der
Weise erfolgen, dass die Gasaustrittsöffnung mit einem Abscheidegefäss verbunden
ist, in dem ein Teil der im Austrittsgas enthaltenen Flüssigkeit abgeschieden wird.
Die Gasaustrittsöffnung dieses Abscheidegefässes ist mit einem Tropfenabscheider
ausgestattet.
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Die Tropfenabscheider bestehen vorzugsweise aus horizontal übereinander
angeordneten Demistern (Wiremeshfilter).
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Diese Tropfenabscheider können gleichzeitig zur Nachabsorption herangezogen
werden.
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Eine teilweise Abscheidung der in den Gasen enthaltenen Plüssigkeitsteilchen
kann auch durch Drallabscheider erfolgen, die vor oder hinter den Tropfenabscheidern
angeordnet sind, oder durch eine Füllkörperschicht, die als Flüssigkeitsabstreifer
über der wallenden Schicht angeordnet ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das vertikale
Rohr getrennt von dem Gehäuse angeordnet ist und der Gasraum unterhalb des Austrittsendes
des Rohres durch eine Verbindungsleitung mit dem Gasraum unterhalb der gasdurchlässigen
Platte im Gehäuse verbunden ist.
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Dabei kann am Boden des Gehäuses unter der gasdurchlässigen
Platte
ebenfalls ein Bad des flüssigen Medium angeordnet sein. Es ist jedoch möglich, auch
ohne ein Bad des flüssigen Mediums unter der gasdurchlässigen Platte zu arbeiten.
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Das auf dem Boden des Gehäuses angeordnete Bad des flüssigen Mediums
kann mit dem unter dem vertikalen Rohr angeordneten Bad verbunden werden.
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Die Zulaufvorrichtung für das flüssige Medium in die wallende Schicht
auf der gasdurchlässigen Platte mündet vorzugsweise in eine Verteilungsrinne, die
in der Mitte der wallenden Schicht auf der gasdurchlässigen Platte angeordnet ist.
Der Austritt des flüssigen Mediums erfolgt durch Öffnungen am Boden oder an der
Oberseite der Rinne. Die Austrittsmenge kann durch entsprechende Bemessung der Öffnungen
so bemessen werden, dass die Verweilzeit des flüssigen Mediums in der wallenden
Schicht bis zum Eintritt in die Ablaufvorrichtung in der gesamten Schicht an allen
Stellen etwa gleich ist. Die Ablaufvorrichtung wird bei dieser Ausgeataltung vorzugsweise
als Rinne um die wallende Schicht angeordnet, in die das flüssige Medium in geregelter
Menge hineinfliesst.
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Es ist sowohl möglich, Jeweils einen getrennten Kreislauf des flüssigen
Mediums für das vertikale Robr und für die
wallende Schicht im
Gehäuse als auch einen kombinierten Kreislauf auszubilden.
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Bei der Arbeitsweise mit einem kombinierten Kreislauf besteht eine
bevorzugte Ausgestaltung darin, dass dad Bad unter dem vertikalen Rohr in einer
solchen Höhe angeordnet ist, dass das flüssige Medium in geregelter Menge durch
seinen statischen Druck und/oder Gefälle in die wallende Schicht auf der gasdurchlässigen
Platte fliesst.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das
vertikale Rohr in dem Gehäuse angeordnet ist und die gasdurchlässige Platte um den
unteren Teil des Rohres angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform fallen Bad und
Gasraum unter dem vertikalen Rohr sowie Bad und Gasraum auf dem Boden des Gehäuses
stets zusammen.
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Die Zulaufvorrichtung für das flüssige Medium in die wallende Schicht
auf der gasdurchlässigen Platte mündet vorzugsweise in einen ringförmigen Verteilungsraum,
der um das vertikale Rohr angeordnet ist. Der Austritt erfolgt in der oben bereits
beschriebenen Art und Weise.
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Auf dem Boden des Gehäuses wird vorzugsweise unter der Austrittsöffnun4
des vertikalen Rohres eine Prallplatte
angeordnet, die über die
Oberfläche des auf dem Boden angeordneten Bades hinausragt. Diese Prallplatte bewirkt
eine gleichmässige Verteilung und Umlenkung der Gase.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist insbesondere für die absorption
des SO 3-Inhaltes von Kontaktkatalysegasen geeignet, wobei sie als Zwischenabsorber
und als Endabsorber verwendet werden kann. Ein besonderer Vorteil besteht darin,
dass sie als Heissabsorber betrieben werden kann, wobei sie infolge ihrer geringen
Bauhöhe und geringem Gewicht in einer solchen Höhe angeordnet werden kann, dass
die heisse Absorbersäure durch natürliches Gefälle oder statischen Druck in die
vor- bzw. nachgeschalteten Verfahrensstufen fliessen kann.
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Für bestimmte Verwendungszwecke, wie z. B. dem Trocknen von feuchter
Luft oder S02-haltiger Gase mittels Schwefelsäure oder der Erzeugung von Oleum,
muss die Temperatur des flüssigen Mediums relativ niedrig gehalten werden.
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In diesem Falle werden vorzugsweise Kühlkörper, z. B.
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Kühlschlangen, in der wallenden Schicht angeordnet. Durch diese Kühlkörper
wird ein Kühlmedium geführt, das die überschüssige Wärme abführt. Die Wärmeabsleitung
ist infolge der sehr günstigen Wärmeübergangswerte sehr gut, so dass nur klein dimensionierte
Kühlkörper erfoderlich sind.
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Nachstehend werden einige Arbeitsmöglichkeiten bei der Absorption
von SO3 mittels Schwefelsäure und beim Betrieb als Trockner angegeben.
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Beispiel 1: Das vertikale Venturirohr wird als Vortrockner betrieben
und mit 72-78°Oiger kalter heller oder dunkler (verunreinigt durch Gasbestandteile)
Schwefelsäure beaufschlagt, die aus dem Bad am Boden des Behälters abgezogen wird.
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Die wallende Schicht wird als Nachtrockner betrieben und mit 95-98%iger
heller oder dunkler Schwefelsäure beaufschlagt, die aus der wallenden Schicht abgezogen
wird.
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Beispiel 2: Das vertikale Venturirohr wird als Oleumabsorber betrieben
und mit 20-36%igem kaltem Oleum beaufschlagt, das aus dem Bad am Boden des Behälters
abgezogen wird.
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Die wallende Schicht wird als Endabsorber mit 98,5-99%iger kalter
Schwefelsäure betrieben, die aus der wallenden Schicht abgezogen wird.
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Beispiel 3: Das vertikale Venturirohr wird als Oleumabsorber wie in
Beispiel 2 betrieben.
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Die wallende Schicht wird als Endabsorber mit 98,5-99iger
heisser
Schwefelsäure betrieben, die aus der wallenden Schicht abgezogen wird.
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Beispiel 4: Das vertikale Venturirohr wird als erste Stufe eines Monohydratabsorbers
mit kalter oder heisser 98,5-99,5%iger Schwefelsäure betrieben, die aus dem Bad
am Boden des Behälters abgezogen wird.
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Die wallende Schicht wird als zweite Stufe eines Monohydrat absorbers
mit kalter oder heisser 98,5-99,5%iger Schwefelsäure betrieben, die aus der wallenden
Schicht abgezogen wird.
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Beispiel 5: Das vertikale Venturirohr wird wie in Beispiel 4 betrieben.
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Als zweite Stufe werden zwei übereinander angeordnete wallende Schichten
verwendet, wobei die obere Schicht mit kalter oder heisser 98,599,50/oiger Schwefelsäure
betrieben wird, die dann in die untere Schicht geführt wird und aus dieser abgezogen
wird.
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Beispiel 6 : Das vertikale Venturirohr wird wie in Beispiel 4 betrieben.
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Die wallende Schicht wird wie in Beispiel 4 betrieben,
über
der wallenden Schicht ist eine kleine Raschig-Ringschicht angeordnet, die als Nachabsorber
arbeitet. Sie kann so nahe über der wallenden Schicht angeordnet sein, dass sie
von der wallenden Schicht befeuchtet wird und/oder die Befeuchtung erfolgt durch
Aufgabe von Schwefelsäure von oben auf die Raschig-Füllkörper-Schicht.
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Beispiel 7: Das vertikale Venturirohr arbeitet als Monohydratabsorber
und wird mit dunkler Schwefelsäure aus dem Trockner beaufschlagt, die aus dem Bad
am Boden des Behälters abgezogen wird.
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Die wallende Schicht wird als Monohydratabsorber betrieben und mit
heller Schwefelsäure betrieben, die aus der wallenden Schicht abgezogen wird. In
diesen Kreislauf wird nur Wasser zur Einstellung der gewünschten Konzentration zugegeben.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung und einige Arbeitsweisen werden
nachstehend an Hand der Figuren 1 bis 5 für die Absorption von SO3 mittels Schwefelsäure
beispielsweise näher erläutert.
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Piguren 1 bis 4 zeigen einen schematischen Querschnitt für die Ausführungsform,
bei der das vertikale Rohr und Gehäuse getrennt angeordnet sind.
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Fig. 5 zeigt die Ausführungsform, bei der das vertikale Rohr im Gehäuse
angeordnet ist. y. 1 bis 4: In das vertikal angeordnete Venturirohr 1 wird im oberen
Teil in die Gaszuleitung 2 ein Gasgemisch aus SO3 02 N2 - und bei der Zwischenabsorption
502 - eingeleitet.
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Mit der Verdüsungsvorrichtung 3 wird Schwefelsäure eingespritzt. Die
Schwefelsäure vermischt sich im Venturirohr innig mit dem Gas, wobei bereits eine
teilweise Absorption des SO 3-Gehaltes erfolgt. Das Gas-Schwefelsäuregemisch verlässt
die Austrittsöffnung 4 des Venturirohres, durchströmt den unter der Austrittsöffnung
4 angeordneten Gasraum 5 und wird auf dem Schwefelsäurebad 6 umgelenkt. Ein Teil
der eingedüsten Schwefelsäure wird dabei von dem Bad 6 aufgenommen.
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Das umgelenkte Gasgemisch strömt durch die Verbindungsleitung 7 in
das Gehäuse 8. Es durchströmt den Gasraum 9, tritt durch die gasdurchlässige Platte
10 in die wallende Schwefelsäureschicht 11, geht durch das Wiremeshfilter 12 und
verlässt das Gehäuse-8 durch die Gasaustrittsöffnung 13.
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In der wallenden Schwefelsäureschicht ii erfolgt eine weitgehende
Absorption des restlichen SO 3-Gehaltes.
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Im Wiremeshfilter 12 werden die im Gas enthaltenen Feuchtigkeitströpfchen
abgeschieden. Gleichzeitig erfolgt hier eine Nachabsorption. In der wallenden Schicht
11
sind Kühlrohre 14 (nur einseitig eingezeichnet) mit Zulauf 15
und Ablauf 16 für das Kühlmittel angeordnet.
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In Fig.1 wird aus dem Schwefelsäurebad 6 eine kontrollierte Menge
durch die Ablaufvorrichtung 17 mittels Pumpe 18 abgepumpt. Diese Schwefelsäuremenge
geht über den Säurekühler 19, wird zum Teil über eitung 20 als Produktion entnommen
und zum Teil wieder über Leitung 21 eingedüst.
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Im Gehäuse 8 ist die gasdurchlässige Platte 10 von der Ablaufrinne
22 umgeben, in die Schwefelsäure entsprechend der Volumenzunahme der wallenden Schwefelsäureschicht
11 hineinfliesst. Diese Schwefelsäure fliesst durch das Rohr 23 in das am Boden
des Gehäuses 8 angeordnete Schwefelsäurebad 24. Durch den Ablauf 25 wird mittels
Pumpe 26 eine geregelte Menge abgezogen, die über Säure kühler 27 geht, zum Teil
als Produktion über Leitung 28 entnommen wird und zum Teil über die Zulaufvorrichtung
29 in die wallende Schicht 11 zurückgeführt. Die Verteilung erfolgt mittels der
in der Mitte und über die Breite der Platte 10 angeordneten Rinne 30, die mit Austrittsöffnungen
versehen ist.
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In Fig.2 ist das Schwefelsäurebad 6 durch die Ablaufvorrichtung 17a
mit dem Schwefelsäurebad 24 verbunden, so dass der Säurekreislauf des Venturirohres
entfällt.
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Ein Teil der im Säurekühler 27 gekühlten Säure wird über Leitung 31
in das Venturirohr wieder eingedüst.
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In Fig. 3 ist kein Schwefelsäurebad unter der gasdurchlässigen Platte
am Boden des Gehäuses 8 angeordnet. Der Säurekreislauf des Bades im Gehäuse 8 entfällt.
Ein Teil der im Säurekühler 19 gekühlten Säure wird über Leitung 32 in die Zulaufvorrichtung
29 wieder zurückgeführt.
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In Fig.4 ist die Ablaufvorrichtung 17b für das Bad 6 gleichzeitig
die Zulaufvorrichtung 29b für die Schwefelsäure in die wallende Schwefelsäureschicht
11. Die Rinne 30b zur Verteilung der Säure in die Schicht 11 ist um die gasdurchlässige
Platte 10 angeordnet. In der Mitte und über die Breite der Platte 10 ist die Ablaufrinne
22b angeordnet, aus der die Säure durch das Rohr 23b in das Bad 9 fliesst.
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In Fig. 5 ist das Venturirohr 1 in dem Gehäuse 8 angeordnet.
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Das Schwefelsäurebad 6 unter dem Austrittsende 4 des Venturirohres
1 fällt mit dem Schwefelsäurebad 24 am Boden des Gehäuses zusammen. Der Gasraum
5 unter dem Venturirohr 1 fällt mit dem Gasraum 9 unter der gasdurchlässige Platte
10 zusammen.
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Der Ersatz der abgezogenen Flüssigkeitamengen erfolgt über die Leitungen
33 und 34.
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- Patentansprüche -