DE2447942A1

DE2447942A1 - Fluidkontaktelement fuer die verwendung in einem kontaktturm mit mobilem bett

Info

Publication number: DE2447942A1
Application number: DE19742447942
Authority: DE
Inventors: Francis E Dahlem; Jun Roy D Ireland
Original assignee: American Air Filter Co Inc
Current assignee: American Air Filter Co Inc
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-10-08
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE2447942C3; AR204933A1; DK577574A; US3911066A; FI54235B; BR7409422A; CH585573A5; FI54235C; BE821205A; ATA844674A; CA1019236A; SE7413709L; NO136024C; ZA746054B; FI322174A; NO743829L; NO136024B; DE2447942B2; FR2250562A1; AU7401474A

Description

Patentanwälte a. grünecker

DIPL.-ING.

H. KINKELDEY

DR.-INQ.

W. STOCKMAlR

DR.-INS. · AeE(CAUTECH)

■ κ. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · OIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

DIPL.-INQ.

American Air Filter Conpany Inc.. G- bezold

DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

215 Central Avenue, ■ München

Lousville, ε. κ. weil

Kentucky 40201 ^DaRER'^ÖEOJNa

LINDAU

USA

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 8590-60/ku 7. Oktober 1974

Fluidkontaktelement für die Verwendung in einem Kontaktturm' mit mobilem Bett

Die Erfindung betrifft ein Fluidkontaktelement für die

Verwendung in einem Kontaktturm (Rieselturm) mit mobilem (bewegtem) Bett.

Kontaktiereinrichtungen, die zum Kontaktieren von Flüssigkeiten und Gasen verwendet werden, sind bereits bekannt. Zu solchen Einrichtungen gehören Füllkörpertürme bzw. -säulen mit stationärem oder mobilem Bett. Der Typ mit mobilem Bett hat eine beträchtliche Aufmerksamkeit gefunden, da es mit mobilen Betten möglich ist,, das Problem des Bettkanaleffektes zu überwinden, das bei stationären

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Betten auftritt. Auch bestehen mobile Betten aus beweglichen Kontaktelementen,die gegen Zusammenbacken beständig sind, wenn beim Kontakt zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas ein zementartiges chemisches Produkt entsteht (z.B. entsteht beim Kontaktieren einer Calciumhydroxydlösung mit Schwefeldioxyd enthaltenden Gasen Calciumsulfat, bei dem es sich um ein zementartiges Material handelt, wenn es hart geworden ist). Die Türme mit mobilem Bett haben jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß die darin verwendeten Kontaktelemente sich ständig aneinander und an den Seitenwänden des Turmes reiben, woraus eine hohe Verschleißrate dieser Elemente resultiert.

Ziel der Erfindung ist es daher, neue Pluidkontaktelemente für die Verwendung in einem Kontaktturm mit mobilem Bett anzugeben, mit deren Hilfe das vorstehend beschriebene Verschleißproblem gelöst werden kann und die einen Betrieb der Kontakttürme mit mobilem Bett über lange Zeiträume hinweg ohne übermäßigen Verschleiß der Kontaktelemente erlauben.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch neue und neuartige Kontaktelemente für die Verwendung in Fluidkontaktiertürmen mit mobilem Bett, die in der Weise betrieben werden, daß zwei oder mehr Fluids (Flüssigkeiten und/oder Gase) entweder im Gleichsstrom oder im Gegenstrom miteinander in Kontakt gebracht werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Fluidkontaktelement für die Verwendung in einem Kontaktturm mit mobilem Bett, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es besteht aus oder enthält

ein geschäumtes polymeres Harzmaterial mit geschlossenen Zellen mit einer Dichte innerhalb des Bereiches von etwa

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0,16 bis etwa 0,32 g/cm⁵ (10 bis 20 Ibs/ft.·^), einer Druckfestigkeit innerhalb des Bereiches von etwa 0,07 bis etwa 0,56 kg/cm (1 bis 8 psi), einer Verschleißfestigkeit von mehr als 8000Stunden, bezogen auf eine annehmbare Verringerung der Oberflächengröße,um etwa 4-5 % und einen Energieabsorptionskoeffizienten, ausgedrückt durch den Prozentsatz des statischen Rückpralls, innerhalb des Bereiches von etwa 30 bis etwa 75 %i

wobei das Kontaktelement in der Kontaktzone eines Wäschers mit mobilem Bett beweglich ist und sich um seine Achse drehen, kann, während es Fluids ausgesetzt ist, welche die •Zone passieren, und wobei das Kontaktelement so eingeengt ist, daß es sich innerhalb eines vorher festgelegten Raumes innerhalb des Wäschers mit mobilem Bett bewegt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kontaktelemente ist es möglich, die Wäscher bzw. Kontakttürme über längere Zeiträume hinweg ohne Unterbrechung als die Kontakttürme bzw. Wäscher mit üblichen Kontaktelementen zu betreiben. Diese längeren kontinuierlichen Betriebsperioden sind möglich wegen der sehr viel höheren Verschleißbeständigkeit der erfindungsgemäßen Kontaktelemente.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein im wesentlichen kugelförmiges Fluidkontaktelement (Flüssigkeits- bzw. Gaskontaktelement) für die Verwendung in einer Kontaktturmanordnung mit mobilem Bett, die sich für das Kontaktieren von Fluids (Flüssigkeiten oder Gasen) eignet, die entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander fließen, wobei das Kontaktelement aus einem geschäumten polymeren Harzmaterial mit geschlossenen Zellen mit einer Dichte innerhalb des Bereiches von etwa 0,16 bis etwa 0,32 g/cnr

(10 bis 20 lbs/ft.⁵), einer Druckfestigkeit innerhalb

2 des Bereiches von etwa 0,07 bis etwa 0,56 kg/cm (1 bis 8 psi)

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einer Verschleißfestigkeit von mehr als 8000Stunden, bezogen auf eine annehmbare Verringerung der Oberflächengröße um etwa 45 % und einem Energieabsorptionskoeffizienten, ausgedrückt durch den Prozentsatz des statischen Rückpralls, innerhalb des Bereiches von etwa 30 bis etwa 75 % besteht. Die erfindungsgemäßen Kontaktelemente weisen, wie sich gezeigt hat, eine wesentlich längere Lebensdauer (Gebrauchsdauer) in einer Kontaktiereinrichtung mit mobilem Bett auf, wodurch es möglich ist, einen solchen Kontaktturm ununterbochen kontinuierlich zu betreiben, ohne daß eine Wartung oder Instandhaltung erforderlich ist, wodurch die Betriebskosten für solche Kontakttürme gesenkt werden können, so daß sie auf wirtschaftliche Weise für die Luftreinigung nutzbar gemacht werden können.

Das für die Herstellung des erfindungsgemäßen Kontaktelementes bevorzugt verwendete polymere Harzmaterial wird durch verschiedene physikalische Eigenschaften definiert. Für die Definition dieser Eigenschaften und für die Bewertung verschiedener Materialien zur Bestimmung ihrer Eignung für die Verwendung als Kontaktelement in einem mobilen Bett wurden verschiedene Testverfahren angewendet. Nachfolgend wird eine Zusammenfassung der jeweils angewendeten Testverfahren angegeben.. Zu den bewerteten Materialien gehörten insbesondere hohle Propylenkugeln, beschichtete und unbeschichtete Vinylschaumkugeln mit geschlossenen Zellen und Polypropylenschaumkugeln mit geschlossenen Zellen. Die angewendeten Testverfahren waren die folgenden:

a) Druckfestigkeit:__ Kontaktelementproben wurden auf ihre Druckfestigkeit hin untersucht durch Bestimmung des Gewichtes, das erforderlich war, um sie auf 25 % zusammenzudrücken (zu verformen). Das zur Bestimmung der Druckfestigkeit angewendete Grundverfahren ist ,in ASTM D-1667-64 angegeben. Die Testproben wurden nach diesem ASTM-Verfahren

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hergestellt. Im Prinzip werden dabei die Proben unter einen flachen Indentorfuß (Druckkörperfuß) gelegt. Dann werden auf eine an dem Indentorfuß befestigte geeignete Plattform Gewichte aufgelegt und das zum Zusammendrücken (Verformen) der Probe auf 25 % seiner ursprünglichen Höhe erforderliche Gewicht wird bestimmt. Die für diesen Test verwendete Vorrichtung bestand aus einem flachen Indentorfuß mit einem Durchmesser von 3,81 cm (1,5 inches), der auf einer Welle mit einem Durchmesser von 3,18 cm (1,25 inches) und einer Länge von 35,56 cm (14 inches) befestigt war, die an ihrem gegenüberliegenden Ende eine 15,24- cm χ 15,24- cm (6 χ 6 inches) große Platte einer Dicke •von 3,56 u (14- gauge) aufwies. Der Indentorwellenabschnitt wurde in eine vertikale Anlage eingesetzt und darin von einem festen Trägerarm mit einer mit Kohlenstoff gefüllten Bronzebüchse festgehalten, die einen für die Umgebung der Welle ausreichenden Innendurchmesser aufwies, um die Reibung während des Tests minimal zu halten. Die an der Spitze der Rohrleitung befestigte flache Platte wurde so in einer horizontalen Ebene gehalten und als Plattform zum Auflegen der für das Zusammendrücken der Testproben verwendeten bekannten Gewichte verwendet. Alle Gewichte wurden über der Verbindungswelle zentriert, um die Reibungseffekte während der Tests minimal, zu halten.

b) Messung der Porengröße^ Die Messung·der Porengröße wurde bei einem Schaummaterial mit geschlossenen Zellen durchgeführt, das auf seine Eignung für Kontaktelemente mit mobilem Bett untersucht wurde. Die Testproben für die Porengrößenmessung wurden aus geformten kugelförmigen Kontaktelementen hergestellt, indem man zuerst die Kugel einfror und dann einen Abschnitt mit einem kreisförmigen' Querschnitt einer Dicke von etwa 0,159 bis etwa 0,318 cm (1/16 bis 1/8 inch) durch das Zentrum der Kugel herausschnitt. Diese Proben wurden auf den Objektträger eines Binokularmikroskops gelegt und

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unter 35-facher Vergrößerung durch ein Filar-Meßokular betrachtet. Die Probe wurde mittels einer oberhalb des Objektträgers angebrachten Lichtquelle, die auf den Objektträger gerichtet war, normal belichtet. Bei einer anderen Ausführungsform wurde ein Teil der Proben in der Weise belichtet, daß man die Lichtquelle unterhalb des Objektträgers anbrachte und das Licht direkt auf die Probe richtete. Die Porengrößenmessungen wurden durchgeführt durch Messung der maximalen und minimalen Dimensionen einer repräsentativen Probe der Poren. Die Messungen wurden bei ausgewählten Poren entlang des Durchmessers des kreisförmigen Querschnittes der kugelförmigen Kontaktelementprobe durchgeführt.

^c) £^£ktemessung:__ Die Dichte der Kontakt elemente wurde bestimmt durch Messung des Durchmessers eines Kontaktelementes und Bestimmung des Gewichtes des gleichen Kontaktelementes. Die Dichtemessungen wurden mit· einer Probe aus 10 Kontaktelementen, von denen jedes aus dem vorgeschlagenen Fabrikationsmaterial bestand, durchgeführt. Die Durchmessermessungen wurden mit einem Mikrometer auf eine Genauigkeit von + 0,000254- cm (0,0001 inches) durchgeführt. Die Gewichte der Kontaktelemente wurden mit einer Gramm-Waage auf eine Genauigkeit von + 0,001 Gramm bestimmt. Die angegebenen Dichtemessungen beziehen sich auf das durchschnittliche Gewicht und den durchschnittlichen Durchmesser jedes Kontaktelementtyps.

d) Beschleunigte Tr£ckenv£r£chl£ißte£ts:__ «Jedes Kontaktelement wurde in einer trockenen Umgebung einem beschleunigten Verschleißtest unterworfene Zweck dieses Tests war es, die relative Verschleißrate (Verschleißgeschwindigkeit) von aus verschiedenen polymeren Harzmaterialien hergestellten Kontaktelementen unter ähnlichen Testbedingungen zu bestimmen. Die Vorrichtung zur Durchführung des beschleunigten

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Trockenverschleißtests bestand aus einem Zylinder mit einem Durchmesser von 38,1 cm (1J? inches) und einer Höhe von 38,1 cm (15 inches), der auf einer konischen Unterlage befestigt war. Im Innern des unteren Endes des Zylinders war eine mit einem Motor angetriebene rotierende Grundplatte installiert. Die Grundplatte rotierte mit einer konstanten Geschwindigkeit von 90 UpM..Diese Grundplatte bestand aus einem Flügelrad, das so befestigt war, daß bei der Betrachtung seiner horizontalen Position die Aufstromseite auf dem Boden angeordnet war. Die Aufstromseite stand in Strömungsverbindung mit einem Buffalo Forge-Gebläse, Modell 3EE* clas mit einem unterhalb des Zylinders angeordneten Rad W164 ausgestattet war. In den Einlaß des Buffalo Forge-Gebläses wurde Luft eingeführt und in den Einlaß der Flügelrad-Grundplatte abgeführt und dann radial innerhalb des Zylinders um den Umfang des Flügelrades geleitet. Das obere Ende des vertikal befestigten Zylinders war mit einer geschäumten Kunststoffplatte mit einer offenen Fläche von mehr als 80 % bedeckt, um die Luft herauszulassen, jedoch die kugelförmigen Füllmaterialien innerhalb der Testeinheit zurückzuhalten. Der innere Umfang des Zylinders und die Oberseite der rotierenden Grundplatte wurden mit einem Aluminiumoxyd-Schmirgelpapier 220-J grit bedeckt. Dieses Schmirgelpapier wurde vor Beginn der Untersuchung jeder neuen Probe der Kontaktelemente ersetzt. Die Gesamtzeit, innerhalb der die Kontaktelemente diesen beschleunigten Verschleißbedingungen unterworfen worden waren, wurde mit einem elektrischen Zeitgeber aufgezeichnet, der nur ο dann betätigt (erregt) wurde, wenn der Antriebsmotor der rotierenden Grundplatte in Betrieb war.

e) Verschleißtests in_ei_nem_Prototy2-Wä_>scher mit mobilem Bettj_ Der Zweck dieses Tests war der, die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) von Kontaktelementen zu bestimmen, wenn sie den

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simulierten Betriebsbedingungen eines Wäschers mit mobilem Bett ausgesetzt wurden. Der verwendete Wäscher ähnelte der in der US-Patentanmeldung Nr. 216 1.69 beschriebenen Wascheranordnung. Luft von Ümgebungsbedingungen wurde in Aufwärtsrichtung durch den Wäscher geleitet, um das Bett der Kontaktelemente aufzuwirbeln. Wenn die einzelnen Elemente nach oben durch die Waschzone wanderten, wurden sie mit Tröpfchen einer aus 4 Gew.-% Plugasche, 6 Gew.-% Gips und 90 Gew.-% Y/asser bestehenden Aufschlämmung kontaktiert. Diese Tröpfchen wurden in den Luft-Gegenstrom unter einem Winkel von 45° gegenüber der Vertikalen eingesprüht. Das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung und der Luft wurde während der Testperiode im wesentlichen konstant gehalten.. Über einen längeren Zeitraum hinweg wurde der tatsächliche Verschleiß der Kontaktelemente bestimmt. Der bei den Kontaktelementen aufgetretene Verschleiß wurde bestimmt durch Messung des Durchmessers einer repräsentativen Anzahl von kugelförmigen Kontaktelementen, die aus dem dem Test unterzogenen Bett entnommen wurden. Eine Abnahme des durchschnittlichen Durchmessers der kugelförmigen Kontaktelemente wurde zur Berechnung der Verringerung der Oberflächengröße über die Testperiode verwendet.. Die Durchmessermessungen wurden mit einem Mikrometer auf eine Genauigkeit von + 0,000254 cm (0,0001 inches) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Verschleißtests wurden in Beziehung zu den Ergebnissen gesetzt, die in den weiter oben beschriebenen beschleunigten Verschleißtests erhalten wurden. Die dabei erhaltenen Daten zeigen, daß eine beschleunigte Verschleißdauer von 1 Stunde einem 10-stündigen Verschleiß in dem Wäscher entspricht.

f) Ejaj2rj2;i£abs2r£ti.onste£3t_s:_ Es wurden Tests mit verschiedenen geschäumten Materialien mit geschlossenen Zellen durchgeführt, um ihre Energieabsorptionseigenschaften zu bestimmen. Es wurde ein statischer Test durchgeführt entsprechend den in der US-Department of Defense military

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specification MIL-P-12140B näher beschriebenen Verfahren; Der Test bestand im Prinzip darin, daß eine Stahlkugel mit einem bekannten Gewicht auf eine flache Platte aus dem zu untersuchenden Material fallen gelassen wurde. Außerdem wurde mit den geformten Kugeln oder Kontaktelementen aus den verschiedenen Materialien ein kinetischer Test durchgeführt. Der kinetische Test bestand darin, daß die geformten Kontaktelemente aus einer festgelegten Höhe auf eine bekannte Feststoffoberfläche fallen gelassen wurden und daß die Rückprallhöhe jeder Probe bestimmt wurde. Bei den in diesen Tests verwendeten geformten Kugeln handelte es sich um Kontaktelemente mit einem nominellen Durchmesser von 4_r44 cm (13/4 inch). Die nominellen Dichten der untersuchten Materialien sind in der folgenden Tabelle TV zusammengestellt.

In den folgenden Tabellen sind die in den oben beschriebenen verschiedenen Tests erhaltenen Ergebnisse zusammengefaßt.

Tabelle I
Drucktestdaten

Werk- durchschnittliche Gew. zum Zu- Druckfestigkeit stoff Zylinderquerschnitts- sammenpressen in kg/cm^ Cpsi) fläche in cm²(inch ) der Zylinderhöhe auf 25 % in kg (lbs;

S 2,503988 (0,985822) 2,504 (5,069) 0,3599(5,142) VS 2,480906(0,976341) 2,20124(4,84854)0,3476(4,966) M 2,447318(0,963511) 5,153845 0,8247(11,782)

(11,352072)

^: H 2,397857 (0,944038) 10,663483 - 1,7580(25,114)

(23,708113)

Die Porengrößenmessungen der jeweiligen Proben- wurden entsprechend den oben beschriebenen Testverfahren zur Messung der Porengröße durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse

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sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

" tabelle II Porengröße

Werkstoff Porendimensionen Bereich in (durchschn.) durchschn. Größe cm (inches) Hautdicke in in cm (inches) cm (inches)

H 245 x 10"6c 432-280 .x10~^b - ■ 93x10"^ (95,68x10~^b) (52,1-114,5x10~^b) (36,6x10""^b)

Bemerkungen: dünne Haut - dickere Schicht von Zellen unter der Haut, sehr kleine Zellen im Zentrum

M · 220..X10"⁶ f. 66-525x10"f 44,6x10""⁶

(86,94x10~^b) (26,0-207,3x10~^b) (17,57x1O"^b)

Bemerkungen: kleine langgestreckte Poren in der Nähe der Haut,

große unregelmäßig geformte Zellen nach der

Schicht - das Zentrum wies Zellen einer gleichmäßigen Größe und Gestalt auf.

S 1$9κ1Ο~⁶ 56', 1-286x10"⁶^ 68,4srfO"! (54,7x10'"^b) (22,i-112,7x10"^b) (27,3x1O~^b)

Bemerkungen: gleichmäßige äußere Haut, darunter eine dünne

Schicht aus winzigen Zellen - anschließend sehr große Zellen, das Zentrum wies kleinere Zellen auf als die Umgebung

VS 180 x10~⁶ .-62,5-37IxIO"⁶ 76,5x10~| (7Ö,86x10~^b) (24,6-146,2x10~^b) (30,1x10~^b)

Bemerkungen: dünne Haut - dicke Schicht aus winzigen Zellen dann große Zellen, die den Rest des Querschnittes ausmachten.

Die Dichte der Kontaktelemente wurde nach den oben beschriebenen Dichtetests bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben.

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Tabelle III Dichte der Kontaktelemente

Werkstoff nomineller Durchmesser Dichte des geformten

in cm (inches) Elements,in g/cm^ (lbs/ ft. °)

H 5,08 (2) 0,101 (6,24

.5,08 (2) ' 0,132 (8,22

M 3,81 (1 1/2) 0,195 (12,42)

3,81 (1 1/2) 0,224 (13,96)

S 4,44 (1 3/4) 0,198 (12,31)

VS ' 4,44 (1 3/4) 0,227 (14,16)

hohle Polypropylenkugel 4,44 (1 3/4) 0,1? (10,61)

geschäumtes Polypropylen 3,81 (1 1/2) 0,056 (3,68)

Zur weiteren Definition der Eigenschaften von geschäumten polymeren Harzmaterialien mit geschlossenen Zellen, die sich allein als Kontaktelemente eignen oder als Innenmatrixstrukturen, die mit Polypropylen oder anderen Materialien beschichtet werden, für die Herstellung von Kontaktelementen verwendet werden können, wurden Energieabsorptionstests nach den oben beschriebenen Testverfahren durchgeführt. Die bei diesen Energieabsorptionstests erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV Energieabsorptionstests mit Kontaktelementen

A) Es wurde ein kinetischer Test bei 23,3°C (74⁰F) gemäß der Military Specification MIL-P-12420B durchgeführt (bei dem Test wurde eine Stahlkugel mit einem bekannten Gewicht auf die Testprobe fallen gelassen).

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getestetes Material Rückprall in cm statischer Rückprall - (inches) in %

H-Werkstoff 21,6 (8 1/2) 28,3

M-Werkstoff 17,72(6 I5/I6) 23,1

S-Werkstoff 27,62(10 7/8) 36,3

VS-Werkstoff 38,1 (15) 50,0

B) Es wurde ein statischer Test bei 21,7⁰G (71⁰P) durchgeführt. Der Test bestand darin, daß ein Kontaktelement von einer konstanten Höhe herunterfallengelassen wurde und daß der Rückprall gemessen wurde.

getestetes nominelle Dichte in Rückprall kinetischer Material g/cm^ (lbs/ft-Q in cm Rückprall in %

Vinylschaum

H-Werkstoff 0,131 (8,2) 23 29,5 Vinylschaum

M-Werkstoff 0,201 (12,5) 17 21,8 Vinylschaum

^-Werkstoff 0,197 (12,3) 17 21,8 Vinylschaum

VS-Werkstoff 0,228 (14,2) 15,5 19,9 hohle Polypropylenkugel 0,17 (10,6) 54 69,2

In der Fig. 1 des beiliegenden Diagramms ist die Verschleißfestigkeit von verschiedenen beschichteten und unbeschichtel;en geschäumten Kontaktelementen mit geschlossenen Zellen dargestellt. Es wurde festgestellt, daß ein einstündiger Betrieb in der trockenen Testvorrichtung einem 10_stündigen Betrieb in einem Wäscher mit mobilem Bett unter Standardbetriebsbedingungen äquivalent war. Diesbezüglich sei darauf hingewiesen, daß verschiedene geschäumte polymere Harzmaterialien als Kontaktelemente verwendet und unter Anwendung der beschleunigten Trockenverschleißtests getestet wurden, die das Ziel eines 8000-stündigen kontinuierlichen Betriebs mit einer Verringerung der Oberflächengröße um weniger als

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etwa 4-5 °/° und. einerAbnahme des Durchmessers um weniger als etwa 25 % nicht erreichten. Die hohlen Polypropylenkugeln erfüllten zwar diese Anforderungen, nach 400-stündigem Betrieb wurden jedoch ihre Seitenwände so dünn, daß sie beim weiteren Test zu zerfallen begannen. Sie wurden daher als geeignete Kontaktelemente ausgeschlossen. Die am besten geeigneten Kontaktelemente bestanden aus geschäumten VS-Werkstoff-Polyvinylchlorid (PVC)-Kugeln mit geschlossenen Zellen mit einem 0,254- mm (10 mils) dicken Überzug aus unverschäumtem PVC. Die Kontaktelemente wiesen eine geplante (geschätzte) Lebensdauer auf, welche die Anforderungen eines 8000-

stündigen kontinuierlichen Betriebs leicht erfüllen sollte. An zv/eiter Stelle der am meisten bevorzugten Kontakt elemente standen solche, die aus geschäumten VS-Werkstoff-PVC-Kugeln mit geschlossenen Zellen mit einer Haut bestanden, die aus dem Formvorgang der Kugeln stammte ^r. Die Haut hatte eine Dicke innerhalb des Bereiches von 0,051 bis 0,51 mm ( 2 bis 20 mils). An dritter Stelle der am meisten bevorzugten-Kontaktelemente standen diejenigen, die aus geschäumten M- und S-Werkstoff-PVC-Kugeln mit geschlossenen Zellen hergestellt waren. Die übrigen geschäumten polymeren Harzmaterialien mit geschlossenen Zellen wurden außer Betracht gelassen als mögliche Kandidaten für die Herstellung von Kontaktelementen in einem Wäscher mit mobilem Bett.

Aufgrund der Daten in der Pig. 1 war es dann möglich, untrer Bezugnahme auf die Tabellen I bis IV der physikalischen Eigenschaften der hier beschriebenen verschiedenen Kontaktelemente annehmbare geschäumte polymere Harzmaterialien zu definieren an Hand der Bereiche ihrer physikalischen Eigenschaften, die für die-Herstellung von Kontaktelementen geeignet sind. Das Ergebnis war, daß festgestellt wurde, daß das polymere Harzmaterial geschlossene Zellen aufweisen sollte und daß es eine Dichte innerhalb des Bereiches von etwa 0,16 bis etwa 0,32 g/cm⁵ (10 bis 20 lbs/ft.⁵) haben

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sollte. Die Druckfestigkeit sollte innerhalb des Be-,reiches von etwa 0,07 bis etwa 0,56 kg/cm (1 bis 8 psi) liegen, die Verschleißfestigkeit sollte mehr als 8000 Stunden, bezogen auf eine annehmbare Verringerung der Oberflächengröße um etwa 4-5 %jbetragen und der Energieabsorptionskoeffizient sollte, ausgedrückt als Prozentsatz des statischen Rückpralls, innerhalb des Bereiches von etwa 30 bis etwa 75 % liegen, gemäß MIL-P-124-20B. Außerdem scheint es von Vorteil zu sein, wenn die durchschnittliche Porengröße des geschäumten Materials weniger als etwa 229 x 10~⁶ cm (90,0 χ 10""⁶ inches) beträgt,und ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn in dem Material einige Poren vorhanden sind, deren Größe innerhalb des Bereiches von 50,8 bis 76,2 χ 10~⁶ cm (20 bis 30,0 χ 10~⁶ inches) liegt.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß der Grund dafür, daß das geschäumte Material oder die Matrixstruktur eine solche vom geschlossenen Zellentyp im Gegensatz zu einem offenzelligen Typ sein sollte, der ist, daß jede der Zellen in der geschäumten Struktur geschlossen oder vollständig sein sollte, so daß keine Flüssigkeit in die Kontaktelemente eindringen und diese durchdringen kann. Ein solches Eindringen ist unerwünscht, weil sonst die Kontaktelemente schnell gesättigt würden und somit eine Dichte aufweisen würden, die außerhalb des Dichtebereiches für den wirksamsten Betrieb liegt. Die geschlossene Zellstruktur verhindert andererseits die Absorption von Flüssigkeit und somit jede merkliche Änderung der Dichte, da selbst unter den schlechtesten Bedingungen nur die äußere Schicht der geschlossenen Zellen abgerieben und die Zellwände zerbrochen wurden unter Bildung einer größerenäußeren Zellenoberfläche, ohne daß jedoch eine Flüssigkeit eindringen kann. Wenn Materialien, wie z.B. ein Polyurethanschaum, der bekannt dafür ist, daß er ein offenzelliger Schaum ist,

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verwendet wird, verhindert die darin enthaltene absorbierte Flüssigkeit, daß das Kontaktelement bei den normalerweise auftretenden Gasströmungsgeschwindigkeiten nach oben getragen wird. Damit wird, obgleich ein übermäßiger Verschleiß der Kontaktelemente verhindert wird, der Zweck der Kontaktiereinrichtung mit mobilem Bett nicht erreicht.

Es ist außerdem wichtig darauf hinzuweisen, daß ein optimales Kontaktelement die Verwendung eines geschäumten polymeren Harzmaterials mit geschlossenen Zellen umfaßt, das mit einem nicht-geschäumten Polypropylen in einer Dicke von etwa 0,254 mm (10 mils) überzogen ist. Aus den Angaben in der Fig. 1 geht hervor, daß hohle Polypropylenkugeln wahrend der ersten Betriebsstunden annehmbar waren. Es trat jedoch die Schwierigkeit auf, daß bei weiterem Betrieb die Seitenwand der hohlen Kugeln so dünn wurde, daß Löcher in den Seitenwänden der Kontaktelemente auftraten und so das Waschfluid eintreten und die Kontaktelemente füllen konnte, wodurch ihnen eine Dichte verliehen wurde, die weit oberhalb der annehmbaren Dichte lag und bewirkte, daß die Elemente auf den Boden des Wäschers fielen und nicht mehr in wirksamer Weise funktionieren konnten. Auch die Verwendung von hohlen Polypropylenkugeln mit dickeren Seitenwänden ist nicht annehmbar, weil die hohlen Kugeln dann von Anfang an eine Dichte haben, die außerhalb des annehmbaren Bereiches liegt. Die Kugeln bilden dann bei Betriebsbeginn kein mobiles (bewegliches) Bett. Zweckmäßig wird ein geschäumtes polymeres Material mit geschlossenen Zellen mit einem Polypropylenüberzug einer Dicke von 0,254 mm (10 mils) versehen, um die Vorteile sowohl der Zähigkeit von Polypropylen als auch des Energieabsorptionsvermögens von geschäumten Materialien mit geschlossenen Zellen zu erzielen. Das Ergebnis ist ein erstaunlich verschleißfestes Kontaktelement für die

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Verwendung in Wäschern mit mobilem Bett. Obgleich der genaue Grund für die hohe Verschleißfestigkeit eines solchen Kontaktelementes für einen Wäscher mit mobilem Bett noch nicht vollständig geklärt ist, wird angenommen, ohne daß jedoch die Erfindung auf diese Theorie beschränkt ist, daß die zähe Polypropylenhaut gegen Einkerbungen, Kratzer und Abrieb beständig ist, dennoch aber Energie von ihrer äußeren Oberfläche auf das geschäumte Material mit geschlossenen Zellen auf der Innenseite überträgt, wobei das geschäumte Material eine Matrix von Zellwänden bildet, von denen jede nacheinander vibriert und die übertragene Energie absorbiert und verzehrte Auf' diese Weise wird die auf ein Kontaktelement einwirkende kinetische Energie aufgrund seiner Reibung mit einem ähnlichen Kontaktelement oder mit den Seitenwänden der Kontaktzone durch die Vibrationsbewegung der Innenwände der geschlossenen Zellen verzehrte Das geschäumte polymere Harzmaterial mit geschlossenen Zellen wirkt somit als Energieverbraucher, so daß diese kinetische Energie in Form von Vibrationsbewegung anstatt in Eorm eines Abbaus (d.h. durch Zerbrechen der Zellwände auf der äußeren Oberfläche des Kontaktelementes) verzehrt (verbraucht) wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß obgleich Polypropylen das am meisten bevorzugte Überzugsmaterial ist, auch andere polymere Harzmaterialien zum Überziehen von geschäumten polymeren Harzkernen mit geschlossenen Zellen verwendet werden können. So ist es beispielsweise möglich, mit einem kugelförmigen Kern aus geschäumtem polymerem Polyvinylchlorid mit geschlossenen Zellen zu beginnen und diesen mit einer Schicht aus einem harzartigen Polyvinylchlorid mit einer Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,051 bis etwa 5,1 m:m (2 bis 200 mils) zu überziehen unter Bildung eines Kontaktelementes_o Ein solches Kontaktelement muß natürlich physikalische Eigenschaften (Dichte, Druck-

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festigkeit, Verschleißfestigkeit, Energieabsorptionskoeffizient) haben, die innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen, die kritisch sind für die Brauchbarkeit als Kontaktelement in einem Wäscher mit mobilem Bett. Ohne daß die Erfindung darauf beschränkt ist,_ sei darauf hingewiesen, daß Beispiele für andere polymere Harzmaterialien, die als Beschichtungsmaterialien verwendet werden können, die folgenden sind: Polyäthylen (sowohl solches mit hoher Dichte als auch solches mit niedriger Dichte), Polyamide, Polyester, Polystyrol, die verschiedenen Polybutadiene und Mischpolymerisate aus zwei oder mehreren der oben genannten Verbindungen. Beispiele für polymere Harzmaterialien, die sich für die Verwendung als beschichtetes oder nicht-beschichtetes Kontaktelement eignen, sind Polyäthylen (sowohl solches mit hoher Dichte als auch solches mit niedriger Dichte), Polyamide, Polyester, Polystyrol, Polyvinylchlorid, die verschiedenen Polybutadiene und Mischpolymerisate aus zwei oder mehreren der oben genannten Verbindungen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß es möglich ist, ein Innenkernmaterial aus einem offehzelligen polymeren Harzmaterial, wie z.B. einen Polyurethanschaum, zu verwenden, vorausgesetzt, daß die Kontaktelemente die oben angegebenen physikalischen Eigenschaften, die kritisch sind, aufweisen und ferner vorausgesetzt, daß die Kontaktelemente nicht für derart lange Zeiträume in der Kontaktiereinrichtung verwendet werden, daß der äußere Überzug vollständig abgerieben wird, da dann, wie weiter oben erläutert, die Kontaktelemente das Fluid (die Flüssigkeit) absorbieren und eine Dichte aufweisen wurden, die für eine Aufwirbelung derselben und für das Fungieren als Teil eines mobilen Bettes zu groß wäre. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß das Überzugsmateriäl in einigen Fällen ein anderes Material als ein polymeres Harzmaterial oder ein Kautschuk sein kann.

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So kann es beispielsweise unter bestimmten Umständen zweckmäßig sein, als Überzugsmaterial für die Kontaktelemente ein besonders'.inertes polymeres Harzmaterial, wie Teflon, zu verwenden.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

(Λ). Fluidkontaktelement für die Verwendung in einem Kontaktturm mit mobilem Bett, dadurch gekennzeichnet, daß es besteht aus oder enthält

ein geschäumtes polymeres Harzmaterial mit geschlossenen Zellen mit einer Dichte innerhalb des Bereiches von etwa 0,16 bis etwa 0,32 g/cm⁵ (10 bis 20 lbs/ft.⁵), einer Druckfestigkeit innerhalb des Bereiches von etwa 0,07 bis etwa 0,56kg/cm (1 bis 8 psi), einer Verschleißfestigkeit von mehr als 8000 Stunden, bezogen auf eine annehmbare Verringerung der Oberflächengröße um etwa 45 %, und einen Energieabsorptionskoeffizienten, ausgedrückt durch den Prozentsatz des statischen Rückpralls, innerhalb des Bereiches von etwa 30 bis etwa 75 %_}

wobei das Kontaktelement in der Kontaktierzone eines Wäschers mit mobilem Bett beweglich ist und sich um seine Achse drehen kann, während es Fluids ausgesetzt ist, welche die Zone passieren, und wobei das Kontaktelement so eingeengt ist, daß es sich innerhalb eines vorher festgelegten Raumes innerhalb des Wäschers mit mobilem Bett bewegt.
2. Kontakt element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-es außerdem auf seiner Oberfläche einen Überzug aus einem nicht-geschäumten polymeren Harzmaterial einer Dicke von etwa 0,051 bis etwa 5,1 mm (2 bis 200 mils) aufweist, wobei das geschäumte polymere Material eine Innenmatrixstruktur mit geschlossenen Zellen bildet.
3. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug'aus Polyvinylchlorid besteht.

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4. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Polypropylen besteht.
5. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Polypropylenüberzugs etwa 0,254 mm (10 mils) beträgt.
6. Vorrichtung zum Kontaktieren von Fluids, gekennzeichnet durch ein Durchströmungsgehäuse mit einem Einlaß für das ■verunreinigte Gas an einem Ende und einem Auslaß für das gereinigte Gas an dem gegenüberliegenden Ende, die einen Gasdurchgang dazwischen begrenzen, ein erstes Zurückhaltegitter-Element, das über einem Ende des Durchganges angeordnet ist, eine Vielzahl von Gaskontaktelementen, die oberhalb des Zurückhaltegitters lose angeordnet sind und eine Dichte innerhalb des Bereiches von etwa 0,16 bis etwa 0,32 g/cnr (10 bis 20 lbs/ft.*), eine Druckfestigkeit innerhalb des

Bereiches von etwa 0,07 bis etwa 0,56kg/cm (1 bis 8 psi), eine Verschleißfestigkeit von mehr als 8000 Stunden, bezogen auf eine annehmbare Verringerung der Oberflächengröße um .etwa 45 %, und einen Energieabsorptionskoeffizienten, ausgedrückt durch den Prozentsatz des statischen Rückpralls, innerhalb des Bereiches von etwa 30 bis etwa 75 % aufweisen, die in der Kontaktzone beweglich sind und sich um ihre Achse drehen können, wenn ein Gasstrom durch den Einlaß für wrimreinigtes Gas eintritt und das Zurückhaltegitter passiert.

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