DE2628102C3 - Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus Glasfaden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines porösen, form-, hitze- und korrosionsbeständigen flächenhaften Gebildes aus GlasfadenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials für Packungskörper von Stoff-
und Wärmeaustauschern, bei dem aus Glasfaden ein flächenhaftes Gebilde geformt wird.
Es ist bekannt, Packungskörpermaterial 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 (vergl. DE-AS 23 27 373).
Ein wesentlicher Nachteil von Packungskörpern aus diesem Material besteht darin, daß die einzelnen
Faserbündel, aus welchen die Lagen der Packungskörper gebildet sind, aus einer Mehrzahl sehr dünner Fäden
von ca. 5—20μ Durchmesser bestehen und eine äußerst dünne Beschichtung von nur wenigen μ 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.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch eine wirtschaftliche Herstellung die Form-, Hitze-
und Korrosionsbeständigkeit flächenhafter Gebilde aus Glasfäden als Packungskörpermaterial zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß als Beschichtung auf den Oberflächen der Glasfaden ein
Überzug aus einer brennfähigen keramischen Masse erzeugt wird, daß der Überzug zu einer festen Schale
gebrannt wird, wobei die Brenntemperatur mindestens im Bereich der Schmelztemperatur der Glasfäden liegt,
derart, daß die Glasfäden an ihren Berührungsstellen
miteinander verschmolzen werden, wobei während dieses Schmelzvorganges die Schale als skelettartige
tragende Struktur zur Wirkung kommt
Es sind zwar verschiedene Formen von Packungskörpern bekannt, die ausschließlich aus Keramik bestehen. Diese Packungskörper sind auch korrosions-, form- und hitzebeständig, jedoch weisen sie den wesentlichen Nachteil auf, daß sie für die Formbeständigkeit relativ ίο dicke Wände in der Größenordnung von mehreren Millimetern aufweisen, was zur Folge hat, daiß außer des relativ großen Materialaufwandes der Druckabfall derartiger Packungskörper in Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen durch das relativ geringe freie Lückenvolumen sehr groß ist (vergl DE-PS 12 68 596).
Es sind zwar verschiedene Formen von Packungskörpern bekannt, die ausschließlich aus Keramik bestehen. Diese Packungskörper sind auch korrosions-, form- und hitzebeständig, jedoch weisen sie den wesentlichen Nachteil auf, daß sie für die Formbeständigkeit relativ ίο dicke Wände in der Größenordnung von mehreren Millimetern aufweisen, was zur Folge hat, daiß außer des relativ großen Materialaufwandes der Druckabfall derartiger Packungskörper in Stoff- und Wärmeaustauschkolonnen durch das relativ geringe freie Lückenvolumen sehr groß ist (vergl DE-PS 12 68 596).
Mit dem beanspruchten Verfahren lassen sich poröse Materialien geringer Dicke herstellen, so daß der
Nachteil überwunden wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können darin bestehen, daß das
fächenartige Gebilde nach Bildung des Überzuges, jedoch vor dem Brennen einer Formgebung unterworfen
wird, oder daß das flächenartige Gebilde bevor es
mit dem Überzug versehen wird, mit einem Bindemittel versteift und einer Formgebung unterworfen wird.
Die Glasfäden 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.
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.
F i g. 1 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Dastellung einen Teil eines erfindungsgemäßen Gewebes,
während
Fig.2 im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem
Gewebe gemäß F i g. 1 zeigt.
F i g. 3 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung einen Teil eines erfindungsgemäßen Vlieses,
während
F i g. 4 im Querschnitt einen Ausschnitt aus dem Vlies
gemäß F i g. 3 zeigt.
In der F i g. 5 ist in schematischer Weise ein z. B. für einen Kreuzstrom-Wärmeaustauscher dienender Pakkungskörper
und in F i g. 6 sind in schematischer Weise 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
Überzug aus einem keramischen Material 4 versehen worden, wobei die Fasern der einzelnen Bündel
bo miteinander mindestens zum größten Teil verschmolzen
und die Berührungsstellen 5 der Faserbündel (vgl.
F i g. 2) ebenfalls miteinander verschmolzen üind, so daß
eine Formbeständigkeit des Gewebes gewährleistet ist.
Das in den F i g. 3 bzw. 4 dargestellte Vlies besteht aus
h1) Glasfäden 6 und weist offene Maschen 7 auf. Die Fäden
sind ebenfalls in der erfindungsgemäßen Weise mit einem keramischen Material 8 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, ζ. Β.
ΑΪ(Ν03)3·9Η2θ, Alkohol, Milchsäurealuminiumsalz und
Tetraäthoxysilan befeuchtet, dann das flächenartige to
Gebilde getro?.knet 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— 15000C in einem Ofen gebrannt
Die Lösung kannn beispielsweise aus Alkohol, Aethysilikat 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 für die Erfindung, daß der keramische Überzug seine Stabilität, d. h. Formbeständigkeit
erhält, bevor der Erweichungspunkt des fadenartigen Materials, z. B. der Glasfäden oder
Glasfaserbündeln erreicht ist. jo
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. r>
Die Herstellung des formbeständigen Gebildes wird mit Hilfe des Überzuges aus einer brennfähigen,
keramischen Masse erreicht. Wäre dieser Überzug nicht vorhanden, so würde beim Schmelzen der Glasfaden 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 F i g. 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 Wärmeaustausch
steht, während des Betriebes an.
Im Ausführungsbeispiel weist der Packungskörper einen quadratischen Querschnitt auf. Selbstverständlich
könnte der Querschnitt auch beispielsweise kreisförmig sein.
F i g. 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 gemäß Fig.5, bzw. die einzelnen
Lagen eines Packungskörpers gemäß F i g. 6 vor dem Brennen geformt und zu einem Packungskörper
zusammengefügt werden. Bei dieser Herstellungsweise verbinden sich größtenteils die einzelnen benachbarten
Lagen an den Berührungsstellen.
Das erfindungsgemäße hergestellte Material kann jedoch nicht nur für Packungskörper der in den F i g. 5
und 6 dargestellten Art verwendet werden, sondern auch für Packungskörper anderer Gestaltung, mit z. B.
wabenförmiger Struktur der Strömungskanäle. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die
einzelnen Lagen mit einer sehr geringen Dicke von beispielsweise I 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 Pakkungskörper
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— 300μ der keramischen Masse ein poröses Überzugsmaterial erhalten werden, welches
durch seine Kapillarwirkung eine gute Flüssigkeitsverteilung erbringt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials für Packungskörper von Stoff- oder
Wärmeaustauschern, bei dem aus Glasfäden ein flächenhaftes Gebilde geformt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß als Beschichtung auf den Oberflächen der Glasfaden ein Überzug aus einer
brennfähigen keramischen Masse erzeugt wird, daß der Oberzug zu einer festen Schale gebrannt wird,
wobei die Brenntemperatur mindestens im Bereich der Schmelztemperatur der Glasfaden liegt, derart,
daß die" Glasfäden 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 flächenartige Gebilde nach Bildung des Überzuges, jedoch vor dem Brennen einer
Formgebung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenartige Gebilde bevor es mit
dem Überzug versehen wird, mit einem Bindemittel versteift und einer Formgebung unterworfen wird.
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---|---|---|---|
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DE2628102A1 DE2628102A1 (de) | 1977-12-22 |
DE2628102B2 DE2628102B2 (de) | 1978-04-20 |
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