DE2511579B2

DE2511579B2 - Verfahren zur herstellung eines kontaktkoerpers

Info

Publication number: DE2511579B2
Application number: DE19752511579
Authority: DE
Inventors: Hakan Järfälla Vangbo (Schweden)
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1975-03-17
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS50139107A; DE2511579A1; IT1034893B; BE827427A; DK134394C; SE381251B; SE7404817L; CH602512A5; FR2267292B1; FR2267292A1; AU7989375A; GB1502373A; CA1071175A; ES436454A1; DE2511579C3; NL7504220A; DK134394B; DK141275A; US4021590A; DD117438A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktkörpers, wobei Schichten aus Asbest ganz oder teilweise gefaltet oder mit Ausbuchtungen versehen und dazu gebracht werden, sich stellenweise gegeneinander abzustützen und dazwischen eine Vielzahl durchgehender Kanäle oder Durchlässe zu bilden, woraufhin sie zusammen mit einem oder mehreren, Silizium und Aluminium enthaltenden Stoffen auf Sintertemperatur erhitzt werden. Ein Kontaktkörper dieser Art ist in erster Linie zur Beeinflussung von Gasen bei hohen Temperaturen bzw. unter starken Temperaturschwankungen bestimmt, wie es bei Wärmeaustauschern zur Ausnutzung des Wärmegehalts der Abgase von Gasturbinen der Fall ist, oder wenn die Kontaktkörper Träger für Katalysatoren ist. Ein Hauptzweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kontaktkörpers, der dadurch, daß er einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, auch sehr hohe Temperaturen und außerdem starke Temperaturschwankungen aushält. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kontaktkörpers, der sich wegen seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht wirft oder auf andere Weise Schaden nimmt, auch wenn er in kurzen Zeitabständen sehr starken Temperaturgefällen, wie Ansteigen von Zimmertemperatur auf etwa 800°C, ausgesetzt wird. Es hat sich herausgestellt, daß ein Kontaktkörper der vorbeschriebenen Art diesen Ansprüchen in sehr hohem Grad genügt, wenn der Zusatz von Stoff oder Stoffen so i>5 bemessen wird, daß in den gesinterten Schichten das Gewichtsverhältnis zwischen Silizium-, Aluminium- und Magnesiumoxyd einer Verteilung von 45—55% SiO₂, 30-45% Al₂O₃ und 10-20% MgO entspricht. Besonders geeignete Werte für die drei Bestandteile sind 47 — 52% SiO₂,32-40% Al₂Oj und 12-18% MgO.

Ein Kontaktkörper der einleitungsweise angegebenen Art ist z. B. durch die DT-OS 16 46 695 bekannt. Wie aus dieser Offenlegungsschrift ersichtlich, kann der Körper aus abwechselnd ebenen und gewellten Schichten aus Asbestpapier von marktgängiger Art aufgebaut werden. Hierbei wird zunächst eine Bahn geformt, die aus zwei Lagen oder Streifen Asbestpapier zusammengesetzt ist, von denen die eine Lage bzw. der eine Streifen mit zueinander parallelen Falten oder Wellungen gefaltet oder gewellt wird und die andere Lage bzw. der andere Streifen eben bleibt. Die beiden Lagen werden an den Falten- oder Wellenkämmen z. B. mittels Wasserglas zu einem sog. Einzelwellengebilde verleimt, aus dem dann ein Kontaktkörperrohling gewünschter Größe aufgebaut wird. Die zusammengesetzte Bahn kann spiralförmig zu 2!ylinderform aufgewickelt werden. Die Zylinderform ist besonders geeignet, wenn der Kontaktkörper in einem zylindrischen Durchlaß, z. B. dem Abgasrohr von einem Verbrennungsmotor, untergebracht werden oder als Rotor in einem Austauschapparat zur Anwendung kommen soll. Der Körper läßt sich allerdings auch anderweitig herstellen, z. B. dadurch, daß aus einem Block oder Paket der Schichten Sektoren oder Segmente für eine vorgesehene, wie zylindrische, Form ausgesägt werden. Der Höhe der Wellungen oder Falten, die den Abstand zwischen den glatten oder ebenen Schichten bestimmt, ist vorzugsweise kleiner als 3 mm, wie etwa 1,5 mm. Der Mittelabstand zwischen den Schichten soll also kleiner als 1,5 mm sein.

Der aus Asbestschichten aufgebaute Kontaktkörperrohling kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zunächst in Wasserglashöhe mit einer Zusammensetzung von zwischen Na₂O · 1,6 SiO₂ und Na₂O · 4 SiO₂ getaucht werden. Die Lösung soll zweckmäßigst einen Trockensubstanzgehalt von 20—40%, vorzugsweise 25—30%, aufweisen. Es ist auch angängig, sie auf eine Kaliumsilikatlösung entsprechender Zusammensetzung zu gründen. Nachdem der Überschuß an Wasserglas aus den Kanälen des Körpers ausgeblasen worden ist, wird dieser in eine Flüssigkeit mit großer Affinität zu Wasser, wie konzentrierte Alkohollösung, eingetaucht, wodurch das verbliebene Wasserglas in eine Art Gelform überführt wird und der Körper gleichzeitig erhöhte Festigkeit erhält. Danach wird der Kontaktkörper in eine Flüssigkeit eingetaucht oder von einem Gas durchströmt, um SiO₂ aus dem Wasserglas zu fällen. Die Flüssigkeit: kann eine Säure, wie Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Zitronensäure und Oxalsäure sein. Sie kann ferner eine Ammoniumsalzlösung sein, wie Ammoniumkarbonat, -bikarbonat, -phosphat, -sulfat, -chlorid und -azetat.

Ein Gas, wie beispielsweise CO₂, kann alternativ als Fällmittel dienen.

Nach Spülung und Trocknung wird der Kontaktkörperrohling einer erneuten Behandlung mit den beiden oben angegebenen Komponenten unterworfen, bis die Asbestschichten die vorgesehene Menge an SiO₂, die, auf die Menge Asbestfasern bezogen, 100—130% betragen soll, aufgenommen haben.

Danach wird der Kontaktkörper in eine kolloidale Aluminiumoxydlösung zwecks Zuführung einer im voraus bestimmten Menge Al₂O₃ eingetaucht. Die Konzentration und Viskosität dieser Lösung soll so sein,

daß sie in die Poren zwischen den Fibrillen oder Fadenknoter, der Asbestfasern eindringen kann. Danach wird der Kontaktkörper bei 90— 175°C getrocknet und erfährt nun eine erneute Eintauchung in kolloidale AbOj-Lösung, bis die von dem Körperrohling aufgenommene Menge an AI₂O₃ eine Größenordnung von 100— 120% der Menge Asbestfasern erreicht hat.

Der Asbest enthält Magnesium- und Siliziumoxyde als wesentliche Bestandteile und in einer Menge an Hundertteilen, die je nach der Herkunft wechseln kann. Die Menge jeder dieser Bestandteile hält sich gewöhnlich innerhalb der Grenzen 37—44%. Die in diesem Zusammenhang wichtigste Asbestart ist Chrysotil. Nachdem der Gehalt an MgO für eine gewisse Asbestsorte festgestellt worden ist, wird nun das Verhältnis zwischen der im Asbest enthaltenen Menge an MgO und SiO₂ und den von außen bei den oben beschriebenen Tränkbehandlungsstufen zugeführten Zusätzen von SiO₂ und AbOj vorzugsweise so ausgewogen, daß MgO mit 15%, SiO₂ mit 50% und AI₂O₃ mit 35% vorhanden sind. Diese Werte können mit einigen Hundertteilen nach oben und unten geändert werden und sollen sich gemäß der Erfindung innerhalb der oben angegebenen Grenzen halten. Zweckmäßig ist, die Menge an SiO₂ innerhalb des Bereichs von 47 — 52% und an Al₂Oj innerhalb des Bereichs von 32—40% zu halten.

Nachdem dann der Austauschkörper bei einer Temperatur innerhalb der Grenzen 1000-1250⁰C gesintert worden ist, erhält man einen zusammenhängenden Körper der gesinterten Schichten, der, praktisch gesehen, auch gegen sehr starke und heftige Temperaturschwankungen unempfindlich ist. Er besitzt auch hohe Widerstandskraft gegen Chemikalien verschiedener Art.

Kleine Mengen an Zusatzmitteln lassen sich zur Anwendung bringen, um den Sinterungsverlauf zu erleichtern. Diese Mittel, z. B. Zn oder Li, können im Zusammenhang mit der Fällung des SiO₂ zugesetzt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Komponenten Si und Al bereits der Stoffmasse von Asbestfasern zugesetzt, aus denen die Bögen oder Schichten hergestellt werden. Als Beispiele für derartige Zusätze in Lösung oder Aufschwemmung seien genannt:

a) Kaolin

150-250% der Asbestmenge

b) SiO₂ + Al₂O₃ 80-120 bzw. 70-130%

c) SiO₂+ AlO(OH) 80-120 bzw. 80-150%

d) SiO₂ + Al(OH)₃ 80-120 bzw. 100-200%

e) Al₂O₃+ Pyrophyllit 30-50bzw. 100-170%

Die Menge des Zusatzes oder der Zusätze wird so abgewogen, daß die Verhältniswerte zwischen den drei Hauptkomponenten in die oben angegebenen Größen fallen.

Bei der Herstellung von Asbestpapier wird normalerweise eine kleinere Menge an organischen Bindemitteln zugesetzt, die zur Aufgabe haben, die mechanische Festigkeit des fertigen Papiers zu vergrößern. In der Praxis setzt man diesem Zweck bis zu etwa 15 Gewichtshundertteile an organischen Mitteln zu. Gemäß der Erfindung wird das hergestellte Asbestpapier so viel der von außen zugeführien Bestandteile enthalten, daß sich das Papier nicht einmal bei den Arbeitsmomenten, z. B. der Wellung der Schichten, die für den Aufbau eines Kontaktkörperrohlings erforderlich sind, handhaben ließe. Man kann die Menge an Zusatzmitteln, auf das Gewicht des Asbestpapiers berechnet, dadurch verringern, daß man mehr und vorzugsweise wesentlich mehr an organischen Stoffen in der Form von Fasern und Bindemitteln als normalerweise zu der Asbestfasermasse zusetzt. Dieser Zusatz, der 50% und mehr betragen kann, wird bei der Sinterung weggebrannt und leistet somit nur bei der eigentlichen Formung des Schichtkörpers seine Dienste. Papier mit einem solchen Zusatz an organischem Werkstoff wird hierdurch leichter formbar.

Das auf diese Weise hergestellte Asbestpapier, das eine Stärke von 0,1 —0,5 mm haben kann, wird in feuchtem Zustand mit parallelen Falten oder Wellungen oder mit Ausbuchtungen versehen. Die Befeuchtung kann unter gleichzeitigem Zusetzen von Na- oder K-Wasserglaslösung erfolgen. Letzterer Zusatz stellt sicher, daß die gewellte oder parallelgefaltete Struktur eine Steifigkeit erhält, die den Aufbau des Kontaktkörperrohlings noch weiter erleichtert. Darauf folgt die Wärmebehandlung bei 1000-1250⁰C, und das Enderzeugnis erhält dann dieselbe Zusammensetzung, wie oben angegeben wurde.

Kleinere Zusätze zwecks Verbesserung der Sinterungseigenschaften lassen sich in der Form von beispielsweise ZnO, Zn-Silikat, Li-Silikat, Cr₂O₃, CaO mit Ca-Silikat vornehmen. Diese Zusätze dürfen nur einige wenige Hundertteile des Gewichts des Enderzeugnisses ausmachen.

Durch seine Härte und Formbeständigkeit können gemäß der Erfindung hergestellte Kontaktkörper auch z. B. in Wärme- und/oder Feuchtigkeitsaustauschern für beispielsweise zwei Luftströme, wo die Temperatur mäßiger ist, Anwendung finden. In einem Feuchtigkeitsaustauscher oder Trockner dient der Austauschkörper für einen hygroskopischen Stoff, wie LiCl. Der Gegenstand der Erfindung kann auch als Einsatzkörper in Kühltürmen oder Befeuchtern, in denen Wasser und Luft miteinander in Berührung gebracht werden zur Anwendung kommen. Beispiele für derartige Austauscher sind in den DT-PS 13 00 511 und 17 51696 gegeben.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen, mehr oder weniger spezifischen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern läßt sich im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Leitgedankens abwandlen. Eine der Komponenten, z. B. die Aluminiumverbindung, kann der Fasermasse, aus der die Papierschichten hergestellt werden, zugeführt werden, während die andere Komponente, wie sie Siliziumverbindung, zugesetzt werden kann, nachdem der Kontaktkörper geformt worden ist. Alternativ kann ein Teil wenigstens einer Komponente der Fasermasse beigemischt werden, während der Rest dem fertiggeformten Körper zugeführt wird.

Claims

Palentansprüche:

1. Verfahren ;;ur Herstellung eines Kontaktkörpers, bei dem Schien en aus Asbest ganz oder teilweise mit parallelen Falten oder Wellungen oder mit Ausbuchtungen versehen und dazu gebracht werden, sich stellenweise gegeneinander abzustützen und dazwischen eine Vielzahl durchlaufender Kanäle oder Durchlässe zu bilden, wonach sie iu zusammen mit einem oder mehreren, Silizium und Aluminium enthaltenden Stoffen auf Sintertemperatur erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an solchem Stoff oder solchen Stoffen so abgewogen wird, daß in den gesinterten Schichten das Gewichtsverhältnis zwischen Silizium-, Aluminium- und Magnesiumoxyd einer Verteilung von 45-55% SiO₂, 30-45% Al₂O₃ und 10— 20% MgO entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsverhältnisse innerhalb der Grenzen 47-52% SiO₂, 32-40% Al₂O₃ und 12-18% MgO verteilt liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten in dem Kontaktkörperrohling wenigstens zweimal mit Lösungen oder Aufschwemmungen der Si und Al enthaltenden Stoffe getränkt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Stoffe bereits in die Faserstoffmasse eingemischt wird, aus der die Asbestpapierschicht hergestellt wird.