DE2628102A1 - Verfahren zur herstellung eines poroesen, form-, hitze- und korrosionsbestaendigen flaechenhaften gebildes aus glasfaeden - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines poroesen, form-, hitze- und korrosionsbestaendigen flaechenhaften gebildes aus glasfaeden

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Description

P. 5058
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur / Schweiz
Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden und ein nach dem Verfahren hergestelltes flächenartiges Gebilde.
Die genannten Anforderungen treten auf einem grossen Gebiet der Technik auf. Beispielsweise sind in Industrieanlagen in Abzugskaminen für heisse korrosive Gase bzw. Dämpfe Abzugshauben angeordnet, die korrosionsbeständig gegen die in den Abzugsdämpfen enthaltenen korrosiven Stoffe, z.B. Schwefelsäuredämpfe und hitzebeständig sein müssen, da die Abzugsdämpfe häufig hohe Temperaturen von z.B. 1000° C und mehr aufweisen. Ein anderes Anwendungsgebiet sind Filter in Industrieanlagen.
Von besonderer Bedeutung sind Packungskörper für Stoffaustausch- und Wärmeaustauschprozesse.
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Die zur Zeit gebräuchlichsten Packungskörper sind aus einem Gewebe oder Gewirk von Metalldrähten hergestellt. Andere bekannte Packungskörper bestehen aus Asbest oder Kunststoff. Die Packungskörpertypen aus Metallgewebe oder Metallgewirk sind hauptsächlich aus Drähten mit einem geringen Durchmesser hergestellt. Diese Drähte,.die meistens aus Stahl bestehen, sind jedoch gegen eine grosse Anzahl von zu behandelnden Stoffen nicht korrosionsbeständig.
Asbestpackungskörper sind zwar widerstandsfähig gegen eine relativ grosse Anzahl von Stoffen, sie verlangen aber wegen der Sprödigkeit des Asbestes relativ grosse Wandstärken. Dieses bedingt ein grosses Gewicht der Packungskörper und bei einem vorgegebenen Durchmesser eine Verminderung des freien Lückenvolumens, was einen höheren Druckabfall zur Folge hat.
Es ist schon vorgeschlagen worden, für Packungskörperlagen Asbestpapier zu verwenden, das mit einem nicht schrumpfenden synthetischen Harz, wie z.B. Epoxyharz oder Phenolharz behandelt werden soll.
Jedoch ist ein solches Harz höchstens bis ca. 100° C temperaturbeständig und schon deshalb nur für eine beschränkte Anzahl von Prozessen anwendbar.
Auch Packungskörper aus Kunststoffen haben den Nachteil, dass sie nur bis zu einer begrenzten Temperatur eingesetzt werden können, was ebenfalls ihre Anwendungsmöglichkeiten stark reduziert.
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Ausserdem sind verschiedene Formen von Packungskörpern bekannt, die ausschliesslich aus Keramik bestehen. Diese Packungskörper sind zwar auch korrosions-, form- und hitzebeständig, jedoch weisen sie den wesentlichen Nachteil auf, dass sie für die Formbeständigkeit relativ dicke Wände in der Grössenordnung von mehreren Millimetern aufweisen, was zur Folge hat, dass ausser des relativ grosser. Materialaufwandes der Druckabfall derartiger Packungskörper in Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen durch das relativ geringe freie Lückenvolumen sehr gross ist.
Sine weitere bekannte Ausführungsform von Packungskörpern, die zwar eine gute Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt eines Packungskörpers aufweist, besteht aus geriffelten Lamellen aus Textil- bzw. Glasfasergewebe oder Glasfasergewirk, das jedoch durch abstandsweise angeordnete Metaildrähte wegen der Formbeständigkeit versteift wird. Nachteilig wirken sich hier die zur Versteifung notwendigen Metalldrähte aus, die aus fabrikatorischen Gründen nur kleine Durchmesser haben und deshalb besonders leicht durch Korrosion zerstört werden können.
Weiterhin ist es bekannt, Packungskörper aus Glasfasergewebe-, Gewirk- oder Vlies herzustellen. Hierbei weisen die Glasfasern des Grundmaterials eine Beschichtung aus einem Bindemittel auf, welches mindestens eine glasbildende Komponente enthält, wobei dieses Bindemittel einzelne Glasfasern miteinander verbindet.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Packungskörper besteht darin, dass die einzelnen Faserbündel, aus welchen die Lagen der Packungskörper gebildet sind, aus einer Mehrzahl sehr dünner Fäden von ca. 5-2OyUy Durchmesser bestehen und eine äusserst dünne Beschichtung von nur wenigen juu aufweisen. Deshalb kann bei vielen Stoffaustauschprozessen, insbesondere bei der Behandlung von starken Säuren, z.B. konzentrierte Salzsäure, ein Herauslösen der Alkalien aus den Lagen, wobei die Gitterstruktur von Siliziumoxyden zurückbleibt, nicht vermieden werden. Hierdurch wird aber die selbsttragende Struktur der Lagen in relativ kurzer Zeit zerstört. Die Anwendung derartiger Packungskörper ist daher stark eingeschränkt und nur für schwach korrosive Medien beständig, oder wenn stark korrosive Medien nur in sehr geringen Mengen vorkommen, z.B. bei einer geringen Abspaltung von Salzsäure aus chlorierten organischen Produkten.
Demgegenüber hat sich die Erfindung eine wirtschaftliche Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden zum Ziel gesetzt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass auf den Oberflächen der Glasfaden ein Ueberzug aus einer brennfähigen keramischen Masse erzeugt wird, dass der Ueberzug zu einer festen Schale gebrannt wird, wobei die Brenntemperatur mindestens im Bereich der Schmelztemperatur der Glasfaden liegt, derart, dass die Glasfaden an ihren Berührungsstellen miteinander verschmolzen werden, wobei während dieses Schmelzvorganges die Schale als skelettartige tragende Struktur zur
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Wirkung kommt.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens können darin bestehen, dass das flächenartige Gebilde nach Bildung des Ueberzuges, jedoch vor dem Brennen einer Formgebung unterworfen wird, oder dass das flächenartige Gebilde bevor es mit dem Ueberzug versehen wird, mit einem Bindemittel versteift und einer Formgebung unterworfen wird.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes flächenartiges Gebilde besteht nach der Erfindung darin, dass die Glasfaden des flächenartigen Gebildes an ihren Berührungsstellen miteinander verschmolzen sind.
Die Glasfaden können beispielsweise jeweils aus Glasfaserbündeln bestehen, wobei während des Schmelzvorganges auch die Fasern der einzelnen Bündel zusammenschmelzen können.
Das flächenartige Gebilde kann z.B. aus einem Gewebe oder aus einem Gewirk, gegebenenfalls auch aus einem Vlies mit zum grössten Teil offenen Maschen bestehen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand von -in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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- ir-
3n Darstellt
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung
einen Teil eines erfindungsgemässen Gewebes, während Fig. 2 im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem Gewebe geinäss Fig.
zeigt.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung
einen Teil eines erfindungsgemässen Vlieses, während Fig. 4 im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem Vlies gemäss Fig.
zeigt.·
In der Fig. 5 ist in schematischer Weise ein z.B. für einen Kreuzstrom-Wärmeaustauscher dienender Packungskörper und in Fig. 6 sind in schematischer V/eise die einzelnen Lagen eines Packungskörpers für eine Stoffaustauschkolonne mit zylindrischem Querschnitt dargestellt.
Das in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellte Gewebe besteht aus Schuss- und Kettfaden 1 und 2 mit offenen Maschen 3. Dieses Gewebe, das aus Glasfaserbündeln besteht, ist in der erfindungsgemässen Weise mit einem Ueberzug aus einem keramischen Material 4 versehen worden, wobei die Fasern der einzelnen Bündel miteinander mindestens zum grössten Teil verschmolzen und die Berührungsstellen 5 der Faserbündel (vgl. Fig. 2) ebenfalls miteinander verschmolzen sind, so dass eine Formbeständigkeit des Gewebes gewährleistet ist.
Das in den Figuren 3 bzw. 4 dargestellte Vlies besteht aus Glasfaden 6 und weist offene Maschen 7 auf. Die Fäden sind ebenfalls in der erfindungsgemässen Weise mit einem keramischen Material 8
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beschichtet. Während des Herstellungvorganges schmelzen die Fäden und sind an ihren Berührungsstellen 9 (vgl. Fig. 4) zusammengeschmolzen, d.h. miteinander verschweisst.
Die Herstellung des erfindungsgemässen Gewebes bzw. des Vlieses kann in der nachstehenden Weise erfolgen.
Die Glasfaden bzw. Glasfaserbündel werden zunächst mit einem Bindemittel, z.B. kolloidale Kieselsäure getränkt oder mit einem ionotropen Sol, z.B. Al(NO3J3 . 9H2O, Alkohol, Milchsäurealuminiumsalz und Tetraäthoxysilan befeuchtet,'dann das flächenartige Gebilde getrocknet und einer gewünschten Formgebung unterworfen.
Sodann wird das flächenartige Gebilde in eine mit einem keramischen Pulver aufgeschlämmte Lösung eingetaucht und in einem Temperaturbereich von ca. 600 - 1500° C in einem Ofen gebrannt.
Die Lösung kann beispielsweise aus Alkohol, Aethylsilikat und wässeriger Salzsäure bestehen.
Beispiele für pulverförmige keramische Materialien sind Silikate, z.B. Quarzsand, Silikate mit Oxyden anderer Elemente wie z.B. Na, Ca, Al, B, Mg oder Tone, die in verschiedenen Zusammensetzungen und Reinheiten vorkommen und durch Mischen eine unterschiedliche Beschaffenheit aufweisen, wie z.B. Zirkonmehl, Sillimanit, Mullit, Quarzmehl oder Zirkonsilikat. Wichtig bei allen diesen Stoffen ist
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- sr-
für die Erfindung, dass der keramische Ueberzug seine Stabilität, d.h. Formbeständigkeit erhält, bevor der Erweichungspunkt des fadenartigen Materials, z.B. der Glasfäden oder Glasfaserbündeln erreicht ist.
Während des Brennvorganges schmelzen die Glasfäden und werden an ihren Berührungspunkten miteinander verschmolzen. Nach dem Brennvorgang erhält man ein poröses, form-, hitze- und korrosionsbeständiges Gebilde.
Die Herstellung des formbeständigen Gebildes wird mit Hilfe des Ueberzuges aus einer brennfähigen, keramischen Masse erreicht. Wäre dieser Ueberzug nicht vorhanden, so würde beim Schmelzen der Glasfäden die Struktur des flächenartigen Gebildes zerstört.
Die Formbeständigkeit des flächenartigen Gebildes, z.B. eines Gewebes, Gewirkes oder Vlieses wird durch die Verschmelzung, d.h. die Verschweissung der Glasfäden an ihren Berührungsstellen erreicht.
Die Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung die einzelnen Lagen eines Kreuzstromwärmeaustauschers. Die einzelnen Lagen 10 bzw. 11 weisen horizontale, bzw. vertikale Riffelungen auf, wobei sich die Riffelungen benachbarter Lagen punktförmig berühren und- einen Winkel von etwa 90° miteinander einschliessen. Der Pfeil W gibt die Strömungsrichtung des einen Mediums und der Pfeil L gibt die Strömungsrichtung des anderen Mediums, welches mit dem ersten Medium in Wärme-
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austausch steht, während des Betriebes an.
Im Ausführungsbeispiel weist der Packungskörper einen quadratischen Querschnitt auf. Selbstverständlich könnte der Querschnitt auch beispielsweise kreisförmig sein.
Fig. 6 zeigt erfindungsgemäss hergestellte Lagen 12 eines Packungskörpers für eine Stoffaustauschkolonne, z.B. eine Rektifikationskolonne, die im Gegenstrom von einer flüssigen und einer gasförmigen Phase durchsetzt wird.
Die Lagen 12 sind in der Reihenfolge dargestellt, wie sie anschliessend aufeinandergelegt und sodann in den Stoffaustauschteil einer zylindrischen Kolonne eingeschoben werden. Aus der Zeichnung ist die unterschiedliche Lagengrösse der einzelnen Teile ersichtlich, die von beiden Aussenseiten her zur Mitte zunimmt, derart, dass die Lagen beim Zusammenfügen einen zylindrischen Körper ergeben.
Von den einzelnen Lagen sind nur vier genau und die übrigen schematisch wiedergegeben.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, verlaufen die Riffelungen der benachbarten Lagen derart, dass sich die Kanten der Riffelungen von je zwei benachbarten Lagen schneiden.
Selbstverständlich können die einzelnen Lagen eines Wärmeaustauschers
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gemäss Fig. 5, bzw. die einzelnen Lagen eines Packungskörpers gemäss Fig. 6 vor dem Brennen geformt und zu einem Packungskörper zusammengefügt werden. Bei dieser Herstellungsweise verbinden sich grösstenteils die einzelnen benachbarten Lagen an den Berührungsstellen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Packungskörper der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Art beschränkt, sondern umfasst auch Pakkungskörper anderer Gestaltung, mit z.B. wabenförmiger Struktur der Strömungskanäle. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die einzelnen Lagen mit einer sehr geringen Dicke von beispielsweise 1 mm oder weniger herzustellen. Letzteres ist insbesondere für Stoffaustauschkolonnen, wie z.B. Rektifikationskolonnen äusserst vorteilhaft, da derartige Packungskörper nur einen relativ geringen Druckabfall aufweisen. Weiterhin haben solche Packungskörper nur einen geringen Flüssigkeitsinhalt (hold-up) infolge des relativ grossen freien Lückenvolumens, so dass ein rascher Stoffaustausch zwischen den Medien erfolgen kann.
Schliesslich kann durch entsprechende Wahl der Korngrösse, z.B. mit Durchmessern in der Grössenordnung von etwa 50 - 300 U, der keramischen Masse ein poröses Ueberzugsmaterial erhalten werden, welches durch seine Kapillarwirkung eine gute Flüssigkeitsverteilung erbringt.
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Oberflächen der Glasfaden ein Ueberzug aus einer brennfähigen keramischen Masse erzeugt wird, dass der Ueberzug zu einer festen Schale gebrannt wird, wobei die Brenntemperatur mindestens im Bereich
der Schmelztemperatur der Glasfäden liegt, derart, dass die Glasfaden an ihren Berührungsstellen miteinander verschmolzen werden, wobei während dieses Schmelzvorganges die Schale als skelettartige tragende Struktur zur Wirkung kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fiächenartige Gebilde nach Bildung des Ueberzuges, jedoch vor dem Brennen einer Formgebung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flächenartige Gebilde bevor es mit dem Ueberzug versehen wird, mit einem Bindemittel versteift und einer Formgebung unterworfen wird.
4. Nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestelltes poröses flächenartiges Gebilde, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaden des flächenartigen Gebildes an ihren Berührungs-
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stellen miteinander verschmolzen sind.
5. Flächenartiges Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaden jeweils aus Glasfaserbündeln bestehen.
6. Flächenartiges Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flächenartige Gebilde aus einem Gewebe mit zum grössten Teil offenen Maschen besteht.
7. Flächenartiges Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flächenartige Gebilde aus einem Gewirk mit zum grössten Teil offenen Maschen besteht.
3. Verwendung eines nach Anspruch 1 hergestellten flächenartigen Gebildes für poröse Packungskörper für Stoff- und Wärmeaus tauschprozesse.
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DE2628102A 1976-06-17 1976-06-23 Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden Expired DE2628102C3 (de)

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