DE2618390A1

DE2618390A1 - Vorrichtung zum kontaktieren einer fluessigkeit und eines damit nicht mischbaren fluids

Info

Publication number: DE2618390A1
Application number: DE19762618390
Authority: DE
Inventors: Kenyon E Clonts
Original assignee: Merichem Co
Current assignee: Merichem Co
Priority date: 1975-07-23
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1977-01-27
Also published as: JPS5415322B2; US3992156A; JPS5214920A; DE2618390B2; BE843886A; CA1032155A; GB1538323A; DE2618390C3

Description

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Tel. (O 22 35) 72623

Merichem Company, 4150 One Shell Plaza, Houston, Texas, USA

Vorrichtung zum Eontaktieren einer Flüssigkeit und eines damit nicht mischbaren Fluids

Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum miteinander in Berührung Bringen einer Flüssigkeit und eines damit nicht mischbaren Fluids zum Bewirken eines Massenübergangs oder Austausches von bestimmten Molekülen hierzwischen.

Die US-PSen 3 754 337 und 3 758 404 betreffen Verfahren zum Bewirken eines Massenübergangs oder Molekülaustausches zwischen zwei niehtmischbaren Fluids. Die US-PS 3 758 404 beschreibt ein Verfahren zur Vornahme eines Massenübergangs zwischen niehtmischbaren, gleichzeitig fließenden Flüssig-Flüssig-Rasen mit einer Leitung, in der ein Bündel aus langgestreckten Fasern angeordnet ist. Das Faserbündel ist an einem perforierten Knoten in Stellung gebracht, der auch als Einführungsstelle für die erste Flüssigkeit dient, die auf die Faser im Faserbündel als Film aufgebracht wird. Eine zweite Flüssigkeit wird in die Leitung und über die erste Flüssigkeit, die sich auf den Fasern befindet, eingeleitet. Der große Kontaktbereich zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeit führt zu einem

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wirksamen Massenübergang hierzwischen. Die erste auf den Fasern aufgebrachte Flüssigkeit wird längs der Fasern durch den Flüssigkeitsreibungswiderstand zwischen in den beiden in derselben Richtung fließenden Fluids bewegt. Die erste Flüssigkeit in Filmform, die manchmal als Zwangsphase bezeichnet wird, wird entlang der Fasern bewegt und eventuell in einem Sammelbehälter aufgefangen. Das stromabwärtige Ende des Faserbündels erstreckt sich aus der Leitung heraus in den Sammelbehälter zur Herstellung eines direkten Fluidkontaktes mit dem außerhalb des Bündels gesammelten Fluid , um eine Dispersion zwischen den beiden Phasen zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein Massenübergang zwischen den beiden nichtmischbaren Flüssigkeiten ohne Dispersion einer Flüssigkeit in der anderen wirksam vorgenommen. Die US-PS 3 74-7 377 beschreibt ein Verfahren zum Bewirken eines Massenübergangs zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit, das ähnlich dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist.

Bei der Durchführung dieser Verfahren traten jedoch entscheidende Probleme auf. So wurde festgestellt, daß der zwischen dem ersten und zweiten Fluid auftretende Flüssigkeitsreibungswiderstand zu einer starken Beanspruchung der einzelnen Fasern im Faserbündel führt, die zu einem Brechen der Fasern, insbesondere bei bestimmten Fasermaterialien wie etwa Stahlwolle aus nichtrostendem Stahl führen kann. Dieses Problem ist verbunden mit der Länge der Fasern und der Tatsache, daß diese Beanspruchungen mit der Länge dei- Fasern wachsen.

Erfindungsgemäß wird eine neue verbesserte Vorrichtung zum Kontaktieren zweier nichtmischbarer Fluids zum Erzielen eines Massenübergangs hierzwischen vorgeschlagen. Die Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung umfaßt eine Leitung mit einem Eintrittsende und einem Aus trittsende, wobei das Eintrittsende zur Zuführung des zvaten Fluids und das Austrittsende zur Anbringung in einem Sammelbehälter ausgebildet ist. Ein Faserbündel ist in der Leitung angeordnet

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und erstreckt sich allgemein entlang dieser Leitung. Das Faserbündel ist aus einer Vielzahl von sich allgemein linear erstreckenden metallischen oder nichtmetallischen Fasern.

Das Faserbündel "besitzt ein stromabwärtiges Ende, das sich aus dem Austrittsende der Leitung herauserstreckt, um eine Fluidverbindung mit einer Schicht des ersten Fluids in dem Sammelbehälter herzustellen, während das stromaufwärtige Ende des Faserbündels innerhalb des Leitungseintritts angeordnet ist. Eine Befestigungseinrichtung hält das Faserbündel in der Leitung,während eine Fluidverteil einrichtung zum Aufbringen des ersten Fluids auf den stromauf wartigen Teil der Fasern vorgesehen ist, die das Faserbündel in einer solchen Weise umfaßt, daß eine Dispersion des ersten Fluids in dem zweiten vermieden wird. Eine Abstützeinrichtung ist innerhalb der Leitung angeordnet, erstreckt sich in Längsrichtung hiervon und steht in wirksamen Eingriff mit dem Faserbündel zum Übertragen wenigstens eines Teils des Zuges, der auf die Fasern von dem Faserbündel ausgeübt wird, wobei der Zug wenigstens teilweise durch den Strömungswiderstand bewirkt wird, der auf die Oberfläche der stationären Fasern durch die in gleicher Eichtung fließenden Fluids ausgeübt wird.

Vorzugsweise umfaßt die Abstützeinrichtung wenigstens ein langgestrecktes Abstützteil, das mit der Befestigungseinrichtung für das Faserbündel verbunden ist und sich allgemein längs und innerhalb des Faserbündels erstreckt. Das langgestreckte Abstützteil umfaßt Faserabstützungen, die wenigstens mit einigen der Fasern innerhalb des Faserbündels in Eingriff stehen, um wenigstens teilweise die Zugbelastung von den Fasern auf die Befestigungseinrichtung zu übertragen, die das Faserbündel innerhalb der Leitung hält. Die Faserabstützungen des langgestreckten Abstützteils besitzen in etwa in transversaler Eichtung gerichtete Oberflächenteile zum Eingriff mit den Fasern und zum Übertragen der Zugbelastung von den Fasern innerhalb des Faserbündels. Als Abstützteil kann beispielsweise Stacheldraht verwendet werden, der innerhalb des Faserbündels ange-

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ordnet werden kann, um die Zugbelastung von den Fasern im Bündel zu übertragen und somit die Lebensdauer des Faserbündels zu vergrößern.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Vielzahl von Teilbündeln aufweist, die innerhalb der Leitung anstelle von einem Bündel angeordnet werden. Die Teilbündel besitzen in ihrem Inneren Zugübertragungseinrichtungen ähnlich den bereits beschriebenen. Die Teilbündel sind mit einer ringförmigen Befestigungseinrichtung, die innerhalb der Leitung angeordnet ist, zum Halten der Bündel in ihrer Stellung in der Leitung verbunden. Eine Fluidverteileinrichtung zum Verteilen des ersten Fluids auf die Fasern umfaßt eine Vielzahl von Verteilerrohren, die in der Nähe des Eintrittsendes der Leitung angeordnet sind und das erste Fluid aufnehmen. Die Verteilerrohre enden genügend nahe am stromaufwärtigen Ende der Teilbündel und ermöglichen eine Überführung des ersten Fluids auf den stromaufwärtigen Teil der Fasern der Teilbündel ohne Dispersion. Unter einer Überführung ohne Dispersion in Bezug auf die Verteileinrichtung wird eine Bewegung des ersten Fluids in einem zylinderförmigen Strom vom Ende der Verteilerrohre zu dem Faserbündel verstanden, derart, daß eine kontinuierliche Brücke der ersten Flüssigkeit zwischen jedem Verteilerrohr und dem stromaufwärtigen Teil, im allgemeinen das stromaufwärtige Ende, der Teilbündel existiert.

Es wurde ferner entdeckt, daß bestimmte minimale und maximale Grenzen oder Bereiche vorhanden sind, die für die verschiedenen verwendeten Bauteile zur Durchführung des in den oben erwähnten Patenten beschriebenen Verfahrens zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse angewendet werden sollten. Beispielsweise wurde gefunden, daß das Verhältnis der Menge zum Durchmesser der Leitung, die Fülldichte der Fasern in der Leitung im Querschnitt gesehen und der Faserdurchmesser in einem wirksamen Bereich liegen müssen, der eingehalten werden muß, um die gewünschten Resultate zu erzielen.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

3Pig. 1 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt

einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem einzigen Faserbündel.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig.

1, aus der sich die Befestigung des Faserbündels innerhalb der Leitung ergibt.

Fig. 3 und 4- zeigen eine rückwärtige bzw. Seitenansicht einer ringförmigen Klammer zum Befestigen des Faserbündels in der Leitung.

Fig. 5 ist eine wenigstens teilweise schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, bei der eine Verteilerkalotte um die Befestigungsklammern, die das Faserbündel halten, angeordnet ist, und bei der der stromabwärtige Teil der Leitung des Faserbündels und deren Anordnung in einem Sammelbehälter gezeigt ist.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht von vier Teilbündeln zur Anordnung in einer Leitung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 zeigt Befestigungsringe zum Befestigen der Teilbündel .

Fig. 8 zeigt die Befestigung der Teilbündel an den Befestigungsringen.

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Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht einer Teilbündelanordnung und von Verteilerrohren, die zum Überführen des ersten Fluids auf die Fasern in den Teilbündeln verwendet werden, wenigstens teilweise in schematischer Form.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt längs der Linie 10-10 von

Fig. 9.

In den Fig. 1 bis 5 ist eine Vorrichtung M zum Erzeugen eines Massenübergangs dargestellt, die ein Faserbündel B aus langgestreckten Fasern aufweist, das in einer Leitung 10 angeordnet ist. Die Leitung 10 besitzt ein Austrittsende 10b, das zur Verbindung mit oder Anordnung in einem Sammelbehälter 11 geeignet ist. Eine Fluidverteileinrichtung 12 ist am Eintrittsende 10a der Leitung 10 zum Verteilen eines ersten Fluids aus einem Fluidrohr 12a auf die Fasern innerhalb des Faserbündels B angeordnet. Eine zweite Fluidleitung 14 ist an dem Eintrittsende 10a der Leitung 10 zum Zuführen eines zweiten Fluids in die Leitung befestigt. Eine Zugübertragungseinrichtung 15 ist innerhalb der Leitung 10 und in Längsrichtung zu dieser in wirksamem Eingriff mit dem Faserbündel B zum Vermindern wenigstens eines Teils des auf die Fasern des Faserbündels ausgeübten Zugbeanspruchung, die wenigstens teilweise durch den Reibungswiderstand zwischen den beiden in gleicher Richtung fließenden Fluids hervorgerufen wird, angeordnet. Das in den US-PSen 3 754- 337 "und 3 758 404 beschriebene Verfahren ermöglicht die Bereitstellung eines genügenden Oberflächenbereichs des ersten Fluids auf den Fasern in Filmform zum Bewirken eines Massenübergangs oder Austausche einer Komponente zwischen dem ersten und zweiten Fluid, wenn das zweite Fluid über das erste fließt. Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Verbesserung gegenüber der in diesen Patenten beschriebenen Konstruktion dar.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist das Austrittsende 10b der Leitung 10 direkt an dem Sammelbehälter 11 befestigt dargestellt. Die Leitung 10 kann sich jedoch auch teilweise oder

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ganz innerhalb des Sammelbehälters 11 befinden.

Das Faserbündel B ist in der Leitung 10 angeordnet und hieran durch eine Befestigungseinrichtung 16 befestigt. Das Faserbündel B besteht aus einer Vielzahl von langgestreckten Fasern 17» die zusammengepackt und in der Leitung 10 angeordnet sind. Das Faserbündel B besitzt ein stromauf wärtiges Ende 17a und ein stromabwärtiges Ende 17b. Das stromabwärtige Ende 17b des Faserbündels B erstreckt sich aus der Leitung 10 heraus und in das gesammelte erste Fluid 18 innerhalb des Sammelbehälter 11. Natürlich wird das gesammelte erste Fluid 18 in seiner Zusammensetzung verschieden von dem ersten Fluid sein, das in die Leitung 12a eingeführt wird, und zwar aufgrund der Aufnahme oder Abgabe von Stoffen, die ausgetauscht wurden. Die Anordnung des stromabwärtigen Endes 17b des Faserbündels B innerhalb des gesammelten ersten Fluids ermöglicht eine Überführung des ersten Fluids von den einzelnen Fasern in das gesammelte erste ~ Fluid ohne Dispersion des ersten Fluids in dem zweiten Fluid.

Das zweite Fluid wird aus dem Sammelbehälter 11 in irgendeiner geeigneten Weise abgeführt. Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Leitung 10 ist horizontal angeordnet, sie kann jedoch auch vertikal angeordnet werden, wobei die nichtmischbaren Fluids von oben nach unten fließen. Wenn bei einer horizontalen Anordnung das spezifische Gewicht des ersten Fluids geringer als dasjenige des zweiten Fluids ist, wird das erste Fluid in einer Schicht in einem oberen Teil des Sammelbehälters gesammelt und die stromabwärtigen Enden der Fasern werden aus der Leitung 10 herausgeführt und in einer aufwärts gerichteten Richtung zum Kontakt mit der Schicht aus dem ersten Fluid befestigt. Das stromabwärtige Ende 17b des Faserbündels B kann praktisch in jeder Stellung oder jedem Winkel in Bezug zum Austrittsende 10b der Leitung 10 angeordnet sein, um ein Lösen des zweiten Fluids und die nachfolgende Überführung des ersten Fluids von den Fasern innerhalb des Faserbündels B zu bewirken.

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Die Fasern, die das Faserbündel B bilden, können entweder metallische oder nichtmetallische langgestreckte Fasern sein, nichtmetallische langgestreckte Fasern können aus Glas, etwa Fiberglas, oder aus einem organischen Material bestehen. Beispiele für organische Fasern, die in geeigneter Weise verwendet werden können, sind solche aus Rayon, Nylon, Polyestern, Polyolefinen und fast allen anderen Verbindungen, aus denen langgestreckte Fasern hergestellt werden können, die in ein Bündel B zusammengepackt werden können.

Die Befestigungseinrichtung 16 umfaßt gegenübergestellte halbringförmige Klammerteile 18a und 18b, die Ansätze 18c und 18d aufweisen, die miteinander durch Schrauben 19 zum Befestigen der halbkreisförmigen Klammerteile um das stromaufwartige Ende 17c des Faserbündels B zusammengeschraubt werden können. Die Klammerteile 18a und 18b sind ferner mit Ansätzen 20 und 21 verschraubt, die an der Innenwand der Leitung 10 im Bereich des Eintrittsendes 10a durch Schweißen oder in anderer Weise befestigt sind. Die Klammerteile 18a und 18b dienen zum Anbringen und Befestigen des Faserbündels in der Leitung 10.

Die Abstützeinrichtung 15 ist aus einer Vielzahl von langgestreckten Abstützteilen oder Drähten 15a gebildet, die innerhalb der Fasern des Faserbündels B angeordnet sind und sich längs der Leitung 10 erstrecken. Die Abstütz- oder Zugübertragungsteile 15a sind mit den Klammerteilen 18a und 18b verbunden, um zusätzlich das Bündel B innerhalb der Leitung 10 zu halten. Die Zugübertragungsteile 15a umfassen einen langgestreckten zugaushaltenden Strang 15b und eine Vielzahl von faserabstützenden Vorsprüngen oder Knoten 15c* um in etwa transversal gerichtete Oberflächenbereiche zu schaffen, die mit wenigstens einem Teil der Fasern des Faserbündels B in Eingriff stehen und die Zugbeanspruchung, die auf die Fasern ausgeübt wird, auf den zugaushaltenden Teil 15a zu übertragen, der seinerseits die Zugbelastung auf die Büestigungsklammerteile 18a und 18b und daher auf die Leitung 10 selbst überträgt.

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Es wurde "bereits ausgeführt, daß der auf die Oberfläche der stationären Fasern ausgeübte Reibungswiderstand durch die in gleicher Richtung strömenden Fluids erzeugt wird und zu einer Zugbeanspruchung der Fasern führt. Die Große einer derartigen Zugbeanspruchung ist normalerweise proportional zur Länge der Fasern. Ohne das Bewirken einer Verringerung der ausgeübten Zugbeanspruchung ist es möglich, daß diese eine Größe erreicht, die bewirkt, daß die Fasern brechen und auf diese Weise zu einem wenigstens teilweise nicht betriebsfähigen Faserbündel führen. Die Abstützteile 15a dienen zum Aufnehmen, Verteilen, Übertragen und zum Erleichtern der Zugbeanspruchung in anderer Veise innerhalb der Fasern, um ein Brechen der Fasern zu verhindern.

Stacheldraht ist als wirksames Zugübertragungsmittel sehr geeignet. Jedoch können auch andere langgestreckte Zugübertragungsteile verwendet werden, die innerhalb des Faserbündels B angeordnet und mit den Klammerteilen 18a und 18b verbunden werden können, um den auf die Fasern ausgeübten Zug zu verringern oder zu übertragen. Andere langgestreckte Zugverteilungsstücke sind langgestreckte Bandsägenblätter und Schraubenfedern. Die Zugverteilungsstücke 15a werden an den halbkreisförmigen Klammerteilen 18a und 18b befestigt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Zugverteilungsstücke 15a aus Stacheldraht, wobei die Enden 15d des Stacheldrahts über die Klammerteile 18a und 18b gebogen und hieran befestigt sind. Auf diese Weise dienen die Zugverteilungs stücke 15a auch dazu, mit den miteinander verbundenen halbkreisförmigen Klammerteilen 18a und 18b zusammenzuarbeiten, um das gesamte Faserbündel B innerhalb der Leitung 10 anzuordnen und zu halten.

Die Fluidverteileinrichtung 12 zum Verteilen des ersten film-Mldenden Fluids über die einzelnen Fasern innerhalb des Faserbündels B umfaßt einen hohlen, taschenartigen Endteil 12b, der einstückig mit der Leitung 12a ausgebildet sein kann. Der Endteil 12b umfaßt diametral gegenüberliegende Schlitze 12c, die die miteinander verbundenen Klammeransätze 18c und 18d aufnehmen, um die Tasse um das stromaufwärtige Ende 17c des Faser-

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bündeis B herum anzuordnen. Das tassenförmige Teil 12d dient zum Aufbringen des ersten Fluids auf den stromaufwärtigen Teil der einzelnen Fasern, um auf diese Weise^ dem ersten Fluid zu ermöglichen, einen Film auf den Fasern innerhalb des Faserbündels B zu bilden.

Bei der Benutzung der Vorrichtung M wird eine Vielzahl von Zugübertragungsteilen oder Strängen 15a in dem Faserbündel B entlang den Fasern, die das Bündel bilden, angeordnet, wobei wenigstens der Endteil 17c zusammengedrückt und durch ein Band 22 zusammengeklemmt wird. Der Endteil 15<1 der- Stränge 15a wird um die halbkreisförmigen Klammerteile 18a und 18b geschlungen und die Klammerteile miteinander verbunden. Bei Fasern aus Materialien wie Stahlwolle aus nichtrostendem Stahl oder ähnlichen abgeschabten Fasern wird das Bündel vor dem Einsetzen in die Leitung 10 auf eine Querschnittsgröße größer als diejenige der Leitung 10, in der das Bündel angeordnet werden soll, aufgebauscht. Eine Einzieheinrichtung wird im allgemeinen verwendet, um das Faserbündel B in die Leitung 10 zu ziehen. Die Klammerteile 18a und 18b werden dann mit den Ansätzen 20 und 21 verschraubt, so daß das Faserbündel B in der Leitung 10 sicher befestigt ist.

In den Fig. 6 bis 10 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung M-1 zum Erzeugen eines Massenübergangs dargestellt, die grundsätzlich identisch mit der Vorrichtung M ist, wobei jedoch eine Vielzahl von Teilbündeln B-1 innerhalb der Leitung 10 zur Aufnahme des ersten Fluids von einer Fluidverteileinrichtung 25 vorgesehen ist. Die zweite Fluidleitung 14 ist mit dem Eingangsende 10a der Leitung 10 zum Einführen des zweiten Fluids in die Leitung 10 verbunden.

Die Verwendung einer Vielzahl von Teilbündeln B-1 ist grundsätzlich ähnlich der Verwendung eines größeren einzigen Faserbündels B bei der Vorrichtung M. Jedes Teilbündel B-1 wird aus

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κ m λ λ

einer Vielzahl von langgestreckten Fasern der weiter oben beschriebenen Art gebildet. Die Zugbelastungsverminderungseinrichtung 15 umfaßt eine Vielzahl von langgestreckten Zugübertragungsteilen 15a, die Zugübertragungs- oder Faserabstützvorsprünge oder Knoten 15c zum Eingriff mit den und zum Abstützen der Fasern in den Faserbündeln B-1 besitzen und die Zugbelastung auf die strangartigen zugaushaltenden Teile 15T3 der langgestreckten Teile 15a übertragen. In der in den Fig. 6 bis 10 dargestellten Ausführungsform sind die Teile 15a wiederum aus Stacheldraht. Jedoch ist hierbei jeder Stacheldrahtstrang umgebogen, um zwei Stränge innerhalb der Teilbündel B-1 und einen verbindbaren Endteil 26 zu bilden, der sich aus dem stromaufwartigen Ende 26a des stromaufwärtigen Teils 26b jedes Teilbündels B-1 herauserstreckt. In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform besitzt jedes Teilbündel B-1 vier Stränge 15a, die zwei Schleifen 26 bilden, die sich aus dem Endteil 26a des Teilbündels herauserstrecken. Gemäß den Fig. 6 bis 8 sind die vier Teilbündel B-1 benachbart zueinander angeordnet, wobei die Schleifen 26 für jeden der Strangsätze 15a in Ausnehmungen 27a angeordnet sind, die sich mit Abstand zueinander am Umfang eines Halterings 27 befinden. Ein Ankerring 28 wird dann durch die Schleifen 26 geführt, so daß die Teilbündel B-1 mit dem Haltering 27 durch die Stränge 15a verbunden sind. Die Aufgabe und Funktion der Stränge 15a ist identisch zu denjenigen, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung M beschrieben wurden.

Nachdem der Haltering 27 an den Teilbündeln B-1 durch die Schleifen 26 und den gespaltenen Ankerring 28 befestigt ist, wird eine Einzieheinrichtung verwendet, um die Vielzahl von Teilbündeln B-1 in die Leitung 10 zu ziehen, wobei das stromabwärtige Ende der Bündel (nicht gezeigt) ähnlich dem stromabwärtigen Ende 17b des Bündels B aus dem Austrittsende 10b der Leitung 10 herausragend gelassen wird. Der Haltering 27 besitzt Vorsprünge 27b, die durch Schrauben oder in anderer Weise mit Ansätzen 20 und 21 verbunden werden, die ihrerseits

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am Eintrittsende 10a in der Leitung 10 angeschweißt oder in anderer Weise befestigt sind.

Die Fluidverteileinrichtung 25 umfaßt eine Fluidleitung 25a, die sich in die zweite Fluidleitung 14 erstreckt und eine Vielzahl von Verteilerrohren 25"b aufweist, deren Enden genügend nahe am oder im stromaufwärtigen Ende 26a der Teilbündel B-1 enden, um eine Überführung des ersten Fluids auf den stromaufwärtigen Teil 26b der Teilbündel B-1 ohne Dispersion zu ermöglichen. Gemäß Fig. 10 ist das Ende 25c der Leitung 25a verdeckelt, so daß das erste Fluid nur durch die Verteilerrohre 25b verteilt wird. Die Zahl der Verteilerrohre 25b entspricht der Anzahl der Teilbündel B-1. Gemäß Fig. 9 erstrecken sich die Verteilerrohre 25"b durch den Haltering 27 und enden in einer Stellung unmittelbar stromaufwärts des stromaufwärtigen Endes 26a des Teilbündels. Auf diese Weise ist das Ende 25d jedes Verteilerrohres 25b genügend nahe am stromaufwärtigen Ende 26a jedes Teilbündels B-1, um die Überführung des ersten Fluids auf jedes Teilbündel B-1 ohne Dispergierung zu ermöglichen. Unter einer Überführung ohne Dispergierung ist die Abgabe des ersten Fluids aus den Rohrenden 25d in einem zylinderartigen Strom F gemeint, der den Abstand zwischen den Rohrenden 25"b und dem stromaufwärtigen Ende 26a des Teilbündels überbrückt, so daß das erste Fluid auf die Fasern in den Teilbündeln B-1 überführt wird, worauf ein Film auf der Oberfläche der Fasern gebildet wird. Die Verteilerrohre 25b können auch innerhalb des stromaufwärtigen Teils 26b in dem Teilbündel enden. Dies ist für das obere Verteilerrohr 25b von Fig. 9 dargestellt.

Unter Betriebsbedingungen wurde entdeckt, daß bestimmte Grenzen einzuhalten sind, um ein effektives Arbeiten der Vorrichtungen M oder M-1 zu erzielen. So ist es zweckmäßig, das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D) des gegebenenfalls aus mehreren Teilbündeln bestehenden Faserbündels im Bereich von

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etwa 3 bis 30 zu halten. Bei einem L/D-Verhältnis von weniger als 3 ergibt sich eine im allgemeinen ungenügende Verweilzeit des Fluids innerhalb des Bündels, um einen genügenden Massenübergang zu erzielen, während bei einem L/D-Verhältnis größer als 30 im allgemeinen Druckabfallprobleme und mechanische Probleme hinsichtlich des Einbringens des Faserbündels in die Leitung existieren. Besonders bevorzugt wird ein L/D-Verhältnis im Bereich von etwa 5 bis 15·

Der Bereich einer wirksamen Fülldichte, unter der das Verhältnis der Summe der transversalen Querschnittsbereiche aller einzelnen Fasern längs einer Linie parallel zur Linie 30-30 (Fig. 9) geteilt durch den inneren transversalen Querschnitt der Leitung längs derselben Linie und ausgedrückt in Prozent verstanden wird, wird durch Inbetrachtziehen der Massenübergangserfordernisse und der Druckabfallerwägungen für das System bestimmt. Diese Eigenschaften werden ihrerseits durch den Faserdurchmesser, die relative Geradlinigkeit oder Anordnung der Fasern im Faserbündel und durch das spezifische Gewicht und die Viskosität jeder der Fluids bestimmt. Im allgemeinen muß die Fülldichte im Bereich von etwa 0,25 bis 15% liegen, wobei eine Fülldichte von etwa 1 bis 5% bevorzugt wird. Bei einer Fülldichte größer als 15%» die im allgemeinen nur bei Fasern mit größerem Durchmesser möglich ist, ist der für den Massenübergang verfügbare Oberflächenbereich im allgemeinen ungenügend, wohingegen bei einer Fülldichte von weniger als 0,25% die Fasern des Faserbündels einsacken, so daß die Fasern den

/nicht

Querschnitt wenigstens eines Teils der Leitung im wesentlichen gleichmäßig füllen. ·

Bezüglich des Faserdurchmessers wurde gefunden, daß dieser zweckmäßigerweise zwischen etwa 3 und 2.500/u (etwa 0,25 cm) liegt. Dieser Bereich wird teilweise durch die Art der Faser einschließlich der Festigkeit der Faser und ihrer relativen Geradheit oder Anordnung bestimmt. Beispielsweise wird bei Metallfasern wie Stahlwolle aus nichtrostendem Stahl ein Bereich

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von etwa 15 bis 200 yu bevorzugt. Der Faserdurchmesser kann derart ausgewählt werden, daß eine bestimmte Fülldichte für einen bestimmten Anwendungszweck erhalten werden kann. Im allgemeinen erfordert ein größerer Faserdurchmesser eine höhere Fülldichte, um einen genügenden Oberflächenbereich für den Massenübergang zu liefern. Auf der anderen Seite besitzen extrem dünne Fasern nicht die strukturelle Festigkeit, um im wesentlichen gleichmäßig über den Leitungsquerschnitt verteilt zu bleiben.

Beispiel

Eine Leitung 10 mit einem inneren Durchmesser von 35*56cm und einer Länge von 2,44m wurde mit einem ebenso langen Faserbündel ausgerüstet, dessen stromabwärtiger Endteil sich aus der Leitung 10 heraus erstreckte. Die Verteileinrichtung 12 umfaßte eine Verteilkalotte 12b mit 15>24cm Durchmesser, wobei das erste Fluid, das durch diese Kalotte verteilt wurde, 25Gew.-%-ige Natronlauge war. Die Faser bestand aus nichtrostendem Stahl 3§rp 430 (Stahlwolle) und hatte einen mittleren Faserdurchmesser von 65yU« Die Fülldichte im Querschnitt des Faserbündels in der Leitung 10 betrug 1

Die Natronlauge strömte durch die Verteilerkappe mit einer Geschwindigkeit von 73-6451/Tag. Die Natronlauge hatte ein spezifisches Gewicht von 1,2g/cnr und eine Viskosität im Bereich von 5 bis 17 el*. .In die zweite Fluidleitung 14 wurde ein kohlenwasserstoffhaltiger Naphtastrom mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,64 Mio. l/Tag in die Leitung eingeführt. Das Kohlenwasserstofffluid hatte ein spezifisches Gewicht von 0,76g/cm^ und eine Viskosität von 0,5 cP. Die Flüssigkeitstemperaturen lagen im Bereich von 38 bis 41⁰C. Nahezu 70 bis 80% der ungewünschten Mercaptane und andere saure Komponenten wurden aus dem Kohlenwasserstoffstrom in die Natronlauge überführt.

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Die Abstützung des Faserbündels kann auch durch eine Vielzahl von Nasen (3Ό erfolgen, die an der Innenseite der Leitung 10 angeordnet und sich nach einwärts in einem Winkel gegen das Einlaßende 10a der Leitung 10 erstrecken. Die Nasen 31 liefern einen sich in etwa transversal erstreckenden Oberflächenteil 31a zum Eingriff mit den Fasern in den Faserbündeln B-1 oder B und zum Abstützen der Fasern. Diese werden vorzugsweise zusammen mit der Abstützeinrichtung 15 verwendet.

Ansprüche

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Claims

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Ansprüche

Λ) Vorrichtung zum Kontaktieren einer Flüssigkeit und eines damit nicht mischbaren Fluids zum Bewirken eines Massenübergangs hierzwischen mit einer Leitung, deren Eintrittsende zur Aufnahme des Fluids und deren Austrittsende zur Anordnung in einem Sammelbehälter ausgebildet ist, einem oder mehreren in Längsrichtung in der Leitung angeordneten Faserbündeln, die eine Vielzahl von sich ±m. allgemeinen in Längsrichtung erstreckenden Fasern enthalten, deren stromabwärtiges Ende sich aus dem Austrittsende der Leitung heraus in die Flüssigkeitsschicht im Sammelbehälter erstreckt, während sich ihr stromaufwärtiges Ende in der Leitung befindet, einer Befestigungseinrichtung für das stromaufwärtige Ende des oder der Faserbündel in der Leitung und einer Flüssigkeitverteileinrichtung in genügend nahem Abstand zum stromaufwartigen Ende des oder der Faserbündel zum Überführen der Flüssigkeit auf das stromaufwärtige Ende des oder der Faserbündel ohne Dispergieren, wobei die Flüssigkeit auf der Faseroberfläche einen Film bildet, um eine Berührung mit dem Fluid auf einem genügenden Oberflächenbereich in dem oder den Bündeln für einen Massenübergang zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß in und linienförmig längs der Leitung (10) in wirksamem Eingriff mit dem oder den Faserbündeln (B;B-1) zum Vermindern wenigstens eines Teils der auf die Fasern der Faserbündel (B;B-1) ausgeübten Beanspruchung eine Abstützeinrichtung (15) angeordnet ist, die wenigstens ein langgestrecktes Abstützteil (15a) aufweist, das sich allgemein entlang und in dem Faserbündel (B;B-1) erstreckt, Abstützungen (15c) zum Eingriff mit wenigstens einigen der Fasern in dem Faserbündel (B;B-1) aufweist und wenigstens mit der Befestigungseinrichtung (18a-18d;27,28) zur wenigstens teilweisen übertragung der Zugbeanspruchung von den Fasern hierauf in Virkverbindung steht.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15<O zum Befestigen der langgestreckten Abstützteile (15a) an der Befestigungseinrichtung (18a-18d; 27,28) vorgesehen sind.
J. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützteil (15a) wenigstens einen im wesentlichen transversal gerichteten Oberflächenteil zum Eingriff mit den Fasern des Bündels (B;B-1) zum Übertragen der Zugbeanspruchung aufweist.
4-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche "1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützteil (15a) aus Stacheldraht besteht.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (18a-18d) zwei halbkreisförmige Klammerteile (18a,18b) aufweist, die um den stromaufwärtigen Teil der Fasern des Faserbündels (B) befestigt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsverteileinrichtung (12) einen kalottenartigen ausgebauchten Endteil (12b) aufweist, der um das stromaufwärtige Ende des Faserbündels (B) angeordnet ist.
7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4- oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (27» 28) einen Haltering (27), der an der Leitung (10) befestigbar ist, und einen Ankerring (28) für die Faserbündel (B-1) aufweist, der durch Schleifen der Abstützteile (15a) geführt und durch den Haltering (27) abgestützt ist«,
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4- oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsverteileinrich-

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tung (25) eine Vielzahl von Verteilerrohren (25b) aufweist, die in der Leitung (10) angeordnet sind, deren Anzahl der Anzahl der Faserbündel (B-1) und deren stromabwärtiges Ende (25d) genügend nahe am jeweiligen stromaufwärtigen Ende der Faserbündel (B-1) angeordnet ist, um ein dispergierungsfreies Überführen der Flüssigkeit auf die stromauf wärtigen Enden der Fasern zu bewirken.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärtigen Enden (25d) in den Faserbündeln (B-1) in der Nähe der stromaufwärtigen Enden hiervon enden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu innerem Durchmesser der Leitung (10) im Bereich von etwa 3 bis 30 liegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel (B;B-1) Fasern in einer solchen Menge enthalten, daß die Fülldichte über dem Querschnitt im Bereich von etwa 0,25 "bis 15% liegt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdurchmesser im Bereich von etwa 3 bis 2.500 ^ja liegt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung eine Vielzahl von Nasen (31) an der Innenseite der Leitung (10) umfaßt, die sich allgemein radial einwärts erstrecken und die Fasern in dem oder den Faserbündeln (B;B-1) abstützen.

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