DE2705322A1 - Kolonne zur erzeugung grosser spezifischer phasengrenzflaechen in heterogenen systemen - Google Patents

Kolonne zur erzeugung grosser spezifischer phasengrenzflaechen in heterogenen systemen

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DE2705322A1
DE2705322A1 DE19772705322 DE2705322A DE2705322A1 DE 2705322 A1 DE2705322 A1 DE 2705322A1 DE 19772705322 DE19772705322 DE 19772705322 DE 2705322 A DE2705322 A DE 2705322A DE 2705322 A1 DE2705322 A1 DE 2705322A1
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Description

  • Kolonne zur Erzeugung großer spezifischer Phasengrenzflächen
  • in heterogenen Systemen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolonne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Zur Durchführung von Stoffaustauschvorgängen wie beispielsweise Waschvorgängen oder Extraktionen und von chemischen Reaktionen wurden kolonnen mit zwei oder mehreren in Abstand übereinander angeordneten Böden benutzt, in denen zwischen Massenströmen unters&#iieclicher Dichte eine physikalische und/oder chemische Reaktion erfolgt. Diese Reaktion erfolgt in jeder zwischen zwei benechbarten Böden gebildeten #ustausch-, Wirbelzelle od. dgl.
  • erneut, und zwar im wesentlichen in der sogenannten Mischzone, in welcher das heterogene System eine mehr oder weniger intensie Misch-, Wirbelbewegung od. dgl. durchführt, wodurch der intensive Kontakt der miteinander in Reaktion tretenden Komponenten erreicht wird. Oberhalb der Mischzone reichert sich der bei dieser Reaktion entstehende neue leichtere Massenstrom an und unterhalb der Mischzone reichert sich der entsprechende neue schwerere Massenstrom an.
  • In der Regel treten die Massenströme dann über entsprechende Durchlässe in den Boden oder entsprechende Umgehungsleitungen in die nächst höhere bzw. nächst tiefere Wirbelzelle über, wo sie wiederum in der dortigen Mischzone mit dem jeweils anderen Massenstrom in Reaktion treten. Dabei ändert sich die Zusammensetzung der Massenströme von Zelle zu Zelle. Es ist aber z.B.
  • auch möglich, nur einen i4assenstrom lurch die gesamte Kolonne hindurchzuführen, und den anderen in jede Wirbelzelle gesondert von außen einzuleiten und aus seiner Anreicherungszone wieder nach außen abzuführen, wenn die in dieser Zelle erfolgte Umsetzung die gewünschte oder unter Umständen auch die maximal mögliche Größe erreicht hat.
  • Bei den heterogenen System handelt es sich insbesondere um solche mit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase, wobei gegebenen falls zusätzlich noch eine partikelförmige feste Phase vorhanden sein kann. Weitere heterogene Systeme sind z.B. solche mit zwei ineinander unlöslichen flüssigen Phasen oder einer flüssigen und einer partikelförmigen festen Phase. Die Flüssigkeit liegt bei den hier in Frage kommenden heterogenen Systemen immer als kontinuierliche Phase vor, d.h. das Gas, der Feststoff und/oder eine andere in ihr unlösliche Flüssigkeit sind in ihr dispergiert. Die jeweilige Phase bzw. der jeweilige Massenstrom kann am Beginn bzw. am Ende der physikalischen und/oder chemischen Reaktion als in sich einheitlicher Stoff oder auch als Gemisch verschiedene Stoffe vorliegen.
  • Die Massenströme unterschiedlicher Dichte können je nach den Gegebenheiten des Einzelfalles im Gleich-, Gegen- und/oder Kreuzstrom durch die Kolonne hindurchgeleitet werden. So kann z.B. beim System flüssig-gasförmig die flüssige Komponente im Kopf der Kolonne aufgegeben und an deren Fuß abgezogen werden, während die gasförmige Komponente am Fuß aufgegeben und am Kopf abgezogen wird. Die Böden können dabei in der Kolonne horizontal angeordnet sein. Bevorzugt werden sie jedoch entgegengesetzt zueinander gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet, so daß man eine sogenannte Schrägbodenkolonne erhält. Derartige Kolonne sind beispielsweise in den DT-Offenlegungsschriften 23 55 106 und 25 18 975 beschrieben.
  • Der Vorteil der Schrägbodenkolonne gegenüber einer Kolonne mit horizontalen Böden besteht insbesondere in der intensiven Verwirbelung in der Mischzone, ohne daß es dazu äußerer Rührelemen bedarf, in der vorteilhaften Ausbildung der je einen Anreicherungszone oberhalb und unterhalb der Mischzone in der "Tasche, zwischen dem geneigten Boden und der Kolonnenwand sowie in dem engen Verweilzeitspektrum der Flüssigkeit.
  • Insbesondere bei chemischen Reaktionen im heterogenen System Gas-Flüssigkeit wird in vielen Fällen außer einem möglichst engen Verweilzeitspektrum der Flüssigkeit auch eine möglichst große spezifische Phasengrenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gefordert, d.h. das Gas soll in möglichst kleinen Blasen in der Flüssigkeit dispergiert sein. Eine möglichst große spezifische Phasengrenzfläche kann aber auch bei physikalischen Stoffaustauschvorgängen und/oder bei heterogenen Systemen anderer Zusammensetzung von Vorteil sein.
  • Zum Erzeugen einer möglichst guten Dispergierung beispielsweise eines Gases ist es bekannt, den bzw. die Böden der Kolonne im Bereich der Anreicherungszone des Gases mit einer Durchflußeinrichtung in Gestalt einer oder mehrerer entsprechend enger Bohrungen zu versehen, durch die das Gas in die nächst höhere Austauschzelle strömt und sich dabei in mehr oder weniger kleine Blasen aufteilt.
  • Voraussetzung für diese Dispergierwirkung ist jedoch, daß der zu dispergierende Massenstrom gezwungen ist, tatsächlich durch die ihm zugedachten Durchfluß einrichtungen in die angrenzende Austauschzelle und damit auf die andere Seite des Bodens zu strömen. Hierzu ist es wiederum erforderlich, daß die Böden mit ihrem äußeren Rand - die gewollten Durchfluß querschnitte gegebenenfalls ausgenommen - dicht an der Innenwand der Kolonne anliegen, so daß der zu dispergierende Massenstrom nicht durch einen Spalt zwischen Boden und Kolonnenwand in die nächste Austauschzelle einströmen kann, da er hierbei nicht oder nur unzureichend dispergiert würde.
  • Der entlang des Umfangs dichte Einbau der Böden in die Kolonne ist in der Praxis jedoch einerseits mit einem häufig unerwünscht hohen Aufwand verbunden und andererseits auch bei Inkaufnahme dieses Aufwandes in gewissen Fällen nicht zufriedenstellend zu erreichen. Für den dichten Einbau werden die Böden durch Flächenpressung dicht mit der Kolonnenwand verbunden. Sofern aus Materialbeständigkeits- und/oder reaktionstechnischen Gründen für die Kolonne und deren Einbauten nur Glas und Kunststoffe wie beispielsweise Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid verwendet werden dürfen, ist durch Flächenpressung jedoch keine befriedigende Abdichtung zu erreichen. Infolge irreversibler Fließvergänge des durch Flächenpressung unter Spannung gesetzten Kunststoffs, aus dem die Böden gefertigt sind, kann die Dichtigkeit für längere Betriebszeiten auf keinen Fall sichergestellt werden. Selbst für kurze Betriebszeiten ist die Dichtigkeit infolge der Schwankungen des lichten Durchmessers der serienmäßig gefertigten Glasrohre nicht ohne entsprechend hohen Aufwand möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kolonne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art die vorstehenden Nachteile zu vermeiden, d.h. diese so auszubilden, daß auch bei Zulassung eines Spaltes zwischen den Böden und der Kolonneninnenwand mit dementsprechend geringerem Fertigungsaufwand die gewollte Dispergierung des leichteren und/oder schwereren Massenstromes und damit die geforderte möglichst große spezifische Phasengrenzfläche im heterogenen System erreicht werden.
  • Bei den heterogenen Systemen stellt die Flüssigkeit immer die kontinuierliche Phase dar.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. In dem erfindungsgemäß vorgesehenen Fangraum wird der praktisch über den mehr oder weniger ganzen Kolonnenquerschnitt nach oben aufsteigende neue leichtere Massenstrom bzw. nach unten sinkende neue schwerere Massenstrom eingefangen und am ungewollten Abströmen Uber den Spalt zwischen Boden und Kolonnen wand gehindert. Der unmittelbar an der Kolonnenwand entlang strömende und vom Fangraum nicht erfaßte Anteil der Massenströme ist im Vergleich zur eingefangenen Menge vernachlässigbar klein und damit bedeutungslos. Es ist daher bei der erfindungsgemäßen Kolonne in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, die Böden entlang ihres Umfangs dicht in die Kolonne einzubauen.
  • Aus dem Fangraum strömt der Massenstrom über die ihm zugeordnete Durchfluß einrichtung definiert in die nächste Austausch- oder Reaktionszelle und wird dabei in der gewollten Weise dispergiert Damit ist die möglichst große spezifische Phasengrenzfläche gewährleistet. Die Durchflußeinrichtung ist vorzugsweise eine einzige Bohrung entsprechenden Durchmessers im betreffenden Boden. Es können aber gegebenenfalls auch mehrere Bohrungen, kurze schmale Schlitze od. dgl. nebeneinander im Boden vorgesehen werden. Weiterhin ist es möglich, zusätzlich oder statt dessen als Durchflußeinrichtung z.B. eine Rohrleitung mit entsprechend kleinem lichten Querschnitt an der Außenwand der Kolonne vorzusehen, welche den Fangraum mit dem Raum auf der anderen Seite des Bodens verbindet.
  • Sofern der leichtere, in die nächst höhere Austauschzelle zu leitende Massenstrom dispergiert werden soll, wird dementsprechend der Fangraum als nach unten offener hauben-, glocken-, taschenförmiger od. dgl. Sammelraum ausgebildet, wobei die Bodenunterseite zweckmäßigerweise die obere Begrenzung des Sammelraumes bildet. Im umgekehrten Falle, d.h. wenn der in die nächst tiefere Austauschzelle strömende schwerere Massenstrom gezielt dispergiert werden soll, wird dann der Fangraum als nach oben offener napf-, schalen-, taschenförmiger od. dgl. Sammelraum ausgebildet, wobei auch hier zweckmäßigerweise der Boden mit seiner Oberseite gleichzeitig die untere Begrenzung des Sammelraums darstellt.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Kolonne ist insbesondere für das heterogene System flüsig-gasförmig, das gegebenenfalls noch zusätzlich Feststoffpartikel enthalten kann, von Bedeutung. Sie kann aber je nach den Gegebenheiten des Einzelfalles auch Anwendung bei anderen heterogenen Systemen, beispielsweise flüssig-flüssig oder flüssig-fest, finden, sofern hier die Dichteunterschiede der Massenströme hinreichend groß sind, um die vorstehend erläuterten Misch- und Trennungsvorgänge in jeder Zelle in dem gewünschten Maße zu erreichen.
  • Die erfindungsgemäße Kolonne wird weiterhin bevorzugt zum gewollten Dispergieren des leichteren Massenstromes, insbesondere eines Gases, verwendet, Je nach dem vorliegenden System und dem ges.unsehten Reaktionsablauf in jeder Zelle kann die Erfindung aber auch für die gezielte Dispergierung des schwereren Massenstromes eingesetzt werden.
  • Wie bereits vorstehend angegeben, ist es im Einzelfall möglich, daß ein Massenstrom nicht durch die ganze Kolonne, sondern nur durch eine oder einige Zellen hindurchgeleitet wird. In derjenigen Anreichungszone, aus welcher dieser Massenstrom aus der Kolonne abgeleitet wird, entfällt dann seine Durchflußeinrichtung zur angrenzenden Zelle.
  • Um im Bereich aer Anreicherungszonen das Fließen der betreffende Massenströme zu ihren Durchflußeinrichtungen hin zu begünstigen, ist in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Fangräume gemäß Anspruch 2 auszubilden. Bei der erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Schrägbodenkolonne ergibt sich diese geneigte Gleitfläche der Fangräume zur Eintrittsöffnung der Durchflußeinrichtung hin sozusagen von selbst, während bei einer Kolonne mit horizontalen Böden deren die Fangräume begrenzenden Flächen entsprechend geneigt auszubilden sind. Die Durchflußeinrichtung ist bevorzugt am Rand bzw. nahe dem Rand der Böden angeordnet.
  • Der Fangraum ist gemäß Anspruch 3 vorzugsweise nur dort am Boden vorgesehen, wo sich unterhalb bzw. oberhalb diesem die Anreicherungszone ausbildet, um den Aufwand für den Fangraum möglichst gering zu halten. Dabei ist seine Größe zweckmäßigerweise Bo bemessen, daß er praktisch die gesamte Anreicherungszone aufzunehmen vermag. Sofern sich in der Anreicherungszone ein Gas ansammelt, erweist es sich als vorteilhaft, den Fangraum noch etwas größer auszubilden, so daß die Flüssigkeit der geringfügig in ihn hineinragenden Mischzone den Gas raum nach Art einer Taucherglocke nach unten ebschließt. Die Größe der Anreicherungs zone ändert sich mit der Belastung der Kolonne. Für die Auslegung des Fangraumes maßgebend ist ihre unter normalen Betriebsbedingungen maximal mögliche Größe. Dadurch ist sichergestellt, daß bei geringem Aufwand für die Ausbildung des Fangraumes der sich anreichernde Nassenstrom nicht unerwünscht über den Spalt zwischen Boden und Kolonnenwand in die nächste Zelle entweichen kann.
  • Der Fangraum kann gemäß Anspruch 4 beispielsweise dadurch gebildet werden, daß an den Boden ein entsprechender dünnwandiger Streifen angesetzt wird. Der Streifen kann je nach dem Material des Bodens aus Kunststoff, Metall od. dgl. sein und mit dem Boden z.B. durch Kleben, Schweißen, Schrauben od. dgl. verbunden werden Seine Form und seine Abmessungen richten sich nach der Anordnung der Böden und der Lage und Größe der Anreicherungszonen. Bei horizontalen Böden mit im wesentlichen gleichfalls horizontaler Deck- bzw. Bodenfläche des Fangraumes wird sich die streifenförmige Wandung in der Regel über den ganzen Umfang des Bodens erstrecken, während sie bei schräg geneigten Deck- bzw. Bodenflächen des Fangraumes, wie sie bei den bevorzugt verwendeten Schrägböaen von vornherein vorliegen, im allgemeinen nur entlang eines Teils des Bodenumfangs angebracht ist, nämlich in dem taschenförmigen Bereich zwischen Boden und Kolonnenwand, in dem sich die Anreicherungszonen befinden. Die Wandung bildet dann vorzugsweise gemäß Anspruch 5 eine Art segmentförmigen Schirm, der die Anreicherungszone gegenüber der Kolonnenwand absperrt.
  • Eine andere vorteilhafte Ausbildung des Fangraumes ist im Anaspruch 6 angegeben, gemäß dem die Fangraumvertiefung in dem Boden entsprechender Dicke z.B. durch Zerspanen wie etwa Fräsen hergestellt wird. Statt dessen könnte aber auch vorgesehen werden, den Boden mit Fangraum spanlos z.B. durch Gießen oder Pressen herzustellen. In jedem Falle ist dabei die den Fangraum gegenüber der Kolonnenwand begrenzende Wandung einstückig mit dem eigentlichen Boden ausgebildet. Der Boden braucht dabei nicht über seine gesamte Ausdehnung hinweg entsprechend dicker ausgeführt zu sein, sondern diese Verdickung kann sich auf den Bereich des Fangraumes beschränken.
  • Die Größe des Spaltes zwischen der äußeren Mantelfläche des Fangraumes und der Kolonneninnenwand wird in Abhängigkeit vom vertretbaren Fertigungsaufwand möglichst gering gehalten. Bei Glasrohren mit einem lichten Innendurchmesser zwischen beispiels weise 20 und 60 cm kann seine Breite aufgrund der Maß toleranzen der vorgefertigten Glasrohre z.B. 2 bis 4 mm betragen. Je nach der axialen Länge oder Höhe des Spaltes zwischen der Fangraumaußenwand und der Kolonneninnenwand sowie dessen Erstreckung in Umfangsrichtung erreicht man mit dm erfindungsgemäßen Fangraum außer der gezielten Dispergierung in vorteilhafter Weise noch eine unter Umstanden erhebliche Reduzierung einer durch diesen Spalt unkontrolliert in die nächst angrenzende Zelle strömenden Phase, insbesondere einer Flüssigkeit. Diese Leckströme sind bei den bekannten Kolonnen mit Ringspalt zwischen Kolonnenwand und Boden ohne Fangraum häufig so groß, daß sie den gewollten Reaktionsablauf in nachteiliger Weise beeinflussen.
  • Sofern im Einzelfall eine noch stärkere Dispergierung des Massenstromes zwecks Erzielung einer noch größeren spezifischen Phasengrenzfläche vorteilhaft sein sollte, kann nach einem weiteren im Anspruch 7 angegebenen Vorschlag der Erfindung der aus der Durchflußeinrichtung austretende zu dispergierende Massenstrom zusätzlich mit einem Strahl eines sekundären oder Hilfsmassenstromes beaufschlagt werden, der mit entsprechend großer kinetischer Energie in die Zelle eingeleitet wird und hier auf den zu dispergierenden Massenstrom trifft bzw. diesen ansaugt, sich dadurch mit ihm vermischt und unter Strahlauflösung die gewollte zusätzliche Dispergierung in entsprechend feine Blasen, Tröpfchen bzw. die Wiederauftrennung von aneinanderhaftenden kleinen Feststoffpartikeln bewirkt. Als sekundärer Massenstrom wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet, insbesondere eine solche, die mit der des heterogenen Systems identisch ist. Die Dispergierung mittels eines Flussigkeits strahles weist gegenüber der mittels eines Gasstrahles den wesentlichen Vorteil auf, daß bei gleicher. Strömungsgeschwindigkeit ein sehr viel höherer Impuls auf den zu dispergierenden Massenstrom übertragen wird. Diese vorteilhafte Verfahrensweise der Dispergierung mittels eines flüssigen Hilfsmediums ist in seiner Anwendung nicht auf Kolonnen mit dem erfindungsgemäßen Farnrau: beschränkt, sondern kann auch bei Böden ohne Fangraum angewandt werden, wenngleich dann aus den einleitend geschilderten Gründen die erreichte Wirkung entsprechend geringer ist.
  • Das für die zusätzliche Dispergierung verwendete Hilfsmedium kann grundsätzlich von außen frisch in die Kolonne eingeführt werden und z.B. auch ein neutraler Stoff sein, der an der physikalischen und/oder chemischen Reaktion in der Kolonne nicht teilnimmt. Bevorzugt wird jedoch nach Anspruch 8 verfahren, das Hilfsmedium also an geeigneter Stelle und in der erforderlichen Menge aus der Kolonne selbst abgezogen und beispielsweise mittels einer Pumpe und ein mit dieser verbundenes Einspritzrohr bei einem leichteren zu dispergierenden Massenstrom oberhalb bzw. bei einem schwereren zu dispergierenden Massenstrom unterhalb der Durchflußeinrichtung und nahe dieser unter entsprechend hohem Druck wieder in die Kolonne eingeführt.
  • Sofern das heterogene System der Kolonne eine gasförmige Phase enthält, wie es bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung der Fall ist, ist es vorteilhaft, gemäß Anspruch 9 das aus der Kolonne selbst zu entnehmende Dispergierhilfsmedium aus der zumindest annähernd gasfreien Anreicherungszone des schwereren Massenstromes zu entnehmen, damit das Hilfsmedium möglichst überhaupt kein oder allenfalls sehr wenig Gas enthält.
  • Das mittels der Verteileinrichtung in die jeweilige Zelle der Kolonne eingeführte Dispergierhilfsmedium bietet darüber hinaus noch den Vorteil, die Strömungsvorgänge innerhalb der Zelle gewollt beeinflussen zu können, also beispielsweise die Wirbelbewegung in der Mischzone zu fördern oder auch - sofern keine anderen Antriebskräfte vorhanden sind - sie überhaupt erst auszulösen. Ein entsprechender Vorschlag ist im Anspruch 10 angegeben, gemäß welchem der heterogenen System eine Bewegung um die vertikale Achse der Kolonne aufgezwungen wird, die den anderen Bewegungen des Systems, beispielsweise der in den Schrägbodenkolonnen erfolgenden Wirbelbewegung um eine horizontale Achse, überlagert ist.
  • Bei einer Schrägbodenkolonne ist es mittels des Dispergierhilfs mediums weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, den Strömungsweg des zu dispergierenden Massenstroms im Kontakt mit dem anderen Massenstrom des heterogenen Systems zu verlängern, indem die Verteileinrichtung für das Dispergierhilfsmedium mit ihrer Austrittsöffnung gegenüber der Durchflußeinrichtung derart ausgerichtet wird, daß der aus der Durchflußeinrichtung austretende zu dispergierende leichtere Massenstrom in Richtung des unteren Endes des Schrägbodens bzw. der zu dispergierende schwerere Massenstrom in Richtung des oberen Endes des Schrägbodens abgelenkt wird. Damit ist eine gezielte Verlängerung der Verweilzeit des betreffenden Massenstromes in der jeweiligen Zelle möglich.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen gezeigt und wird anhand dieser nachstehend noch näher erläutert.
  • Es zeigen im Ausschnitt sowie im Längs- und Querschnitt Figur la und b eine Schrägbodenkolonne mit Fangraum für den leichteren Massenstrom, Figur 2a und b eine Variante hierzu und Figur 3 nur im Längsschnitt eine Kolonne mit je einem Fangraum für den leichteren und den schwereren Massenstrom.
  • Bei der in Figur 1a schematisch dargestellten Kolonne 1 sind die Böden 2 im Abstand übereinander und gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet. Zwischen diesen schrägen, entgegengesetzt zueinander geneigten Böden 2 ist die Mischzone X, oberhalb dieser die Anreicherungszone A1 für den leichteren Massenstrom und unterhalb der Mischzone M die Anreicherungszone As für den schwereren Massenstrom ausgebildet. Die Mischzone M erstreckt sich praktisch über den ganzen Kolonnenquerschnitt, während die Anreicherungszonen A1 in der "Tasche" zwischen dem oberen Bereich des Bodens 2 und der Kolonnenwand 3 sowie die Anreicherungszone k5 in der "Tasche" zwischen dem unteren Bereich des Bodens 2 und der Kolonnenwand 3 ausgebildet ist. Die Anreicherungszone Al ist mit dem Raum auf der anderen Seite des Bodens 2, der Oberseite 4, über die Durchflußeinrichtung 5, hier eine einzige Bohrung, verbunden. Die Anreicherungszone As ist mit dem an die Unterseite 6 des Bodens 2 angrenzenden Raum über die Durchflußeinrichtung 7 verbunden. Der lichte Querschnitt der Durchflußeinrichtung 7 ist sehr viel größer als derjenige der Durchflußeinrichtung 5 - wie Figur Ib deutlich erkennen läßt - so daß es bei heterogenen Systemen mit entsprechend großen Dichteunterschieden zu den in den DT-Offenlegungsschriften 23 55 106 und 25 18 975 im einzelnen erläuterten zwangsweisen Wirbelbewegungen in der Mischzone M kommt, die z.B. von außen angetriebene mechanische Rühreinrichtungen entbehrlich machen.
  • Zwischen den Böden 2 und der Innenseite der Kolonnenwand 3 ist der Ringspalt 8 ausgebildet, so daß z.B. bei aus Kunststoff gesertigten Böden keine irreversiblen Fließvorgänge auftreten, da keine Normal- und Schubspannungen zwischen Boden 2 und Kolonnenwand S vorhanden sind. Um dennoch den leichteren Massenstrom zu zwingen, durch die für ihn vorgesehene Durchflußeinrichtung 5 in die nächst höhere Wirbelzelle zu strömen und dabei dispergiert zu werden, sind die Böden 2 an ihrer Unterseite 6 mit dem Fangraum 9 versehen, der zur Mischzone M hin offen ist und in dessen oberen Bereich die Durchflußeinrichtung 5 angeordnet ist. Zur Ausbildung des Fang- oder Sammelraums 9 sind die Böden 2 mit einer mantelförmigen Wandung 10 versehen, die sich im geringen Abstand von der Kolonnenwand 3 entsprechend dem Ringspalt 8 über etwas mehr als den halben Umfang der Böden 2 erstreckt. Der der Mischzone M zugekehrte freie Rand 11 des nach unten hängenden Mantels 10 verläuft horizontal.
  • Die Größe des Fangraums 9 ist durch entsprechende Festlegung der Höhe des Mantels 10 so gewählt, daß er die gesamte Anreicherungszone A1 des leichteren Massenstroms aufnimmt und vorzugsweise sogar mit seinem unteren freien Rand 11 noch etwas in die Mischzone M hineinragt. Bei einem heterogenen System Gas-Flüssigkeit sammelt sich dann im Fangraum 9 das Gas an, wobei die aus der Mischzone M entsprechend den Pfeilen 12 nach oben aufsteigenden Gasblasen zum Teil erst an der Unterseite 6 der Böden 2 nach oben entlangströmen, bevor sie in den eigentlichen Fangraum 9 gelangen. Sofern der untere Rand 11 des Fangraums 9 etwas in die Mischzone M eintaucht, sperrt deren Flüssigkeit den Fangraum 9 nach unten ab. Dieser nach Art einer Taucherglocke gebildete Gasfangraum der Böden 2 gewährleistet die geforderte Gasdichtigkeit trotz des Ringspaltes 8. Dadurch ist es z.B. bei der geringen Maßgenauigkeit der üblichen Glasrohre nicht erforderlich, die Böden 2 mit entsprechendem Aufwand in die Kolonne 1 einzupassen, wobei je nach dem für die Böden verwendeten Material im Laufe der Zeit noch die vorgenannten irreversiblen Formänderungen der Böden auftreten können.
  • Ein weiterer Vorteil des Fangraums 9 ist, daß durch den Mantel 1 der Ringspalt 8 wenigstens zum Teil in axialer Länge verlängert wird, so daß der durch den Ringspalt 8 von einer Zelle in die nächst tiefere übertretende Flüssigkeitsleckstrom erheblich verringert wird.
  • Um eine zusätzliche Dispergierung des aus der Durchflußeinrichtung nach oben austretenden leichteren Massenstromes zu erreichen ist über dem auf der Oberseite 4 der Böden 2 liegenden Austritts ende der Durchflußeinrichtung 5 eine zusätzliche Verteileinrichtung 13 angeordnet, mit der gemäß dem Pfeil 14 ein zusätzlicher sekundärer Massenstrom entsprechend hoher kinetischer Energie gegen den aus der Durchflußeinrichtung 5 austretenden leichteren Massenstrom geleitet wird. Der sekundäre Massenstrom wird über den Entnahmestutzen 15 aus dem Bereich der Anreicherungszone AS des schwereren Massenstroms aus der Kolonne 1 gemäß dem Pheil 16 entnommen und über eine nicht gezeigte Pumpe mit der Verteileinrichtung 13 wieder in die Kolonne eingeführt. Bei dem vorgenannten Gas-Flüssigkeit-System werden auf diese Weise die aus der Bohrung 5 nach oben austretenden Gasblasen durch den sich mit ihnen vermischenden Flüssigkeitsstrahl der Verteileinrichtung 13 in jeder Wirbelzelle zusätzlich dispergiert und so die spezifische Phasengrenz#äphe zwischen Gas und Flüssigkeit noch weiter vergrößert.
  • Die Figur Ib ist ein Q'#erschnitt durch die Kolonne 1 entsprechend der Linie I-I in Figur la. Sie zeigt die Durchflußeinrichtungen , und 7 des Boden~ 2, den Ringspalt 8 zwischen Boden 2 und Kolonnenwand 3 sowie den sich über etwas mehr als den halben Umfang des Bodens 2 erstreckenden Mantel 10 des Fangraums 9. Oberhalb der Durchflußbohrung 5 ist die Verteileinrichtung 13 angeordnet, deren Austrittsende so gekrümmt ist, daß der sekundäre Nassenstrom für die zusätzliche Dispergierung nahezu tangential in die Kolonne eingeleitet wird.
  • Die in Figur 2a gezeigte Kolonne 1 weist Böden 2 größerer Dicke auf, in denen der Fangraum 9 als durch spanabhebendes Bearbeiten wie beispielsweise Fräsen hergestellte Vertiefung 17 ausgebildet ist. Der obere Boden 2 ist in der Ansicht gezeigt.
  • Wie die Figur 2b, welche einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II in Figur 2a darstellt, erkennen läßt, ist der Fangraum 9 zu den Seiten hin nierenförmig erweitert. Die Böden 2 sind an der zentralen Haltestange 18 mittels der radialen Stifte 19 befestigt. Der weitere Aufbau entspricht im Prinzip der in Figur la und b gezeigten Kolonne, so daß für die übrigen Einzelheiten die dort eingeführten Bezugszeichen verwendet wurden. Da keine zusätzliche Dispergierung mittels eines zusätzlichen Massenstroms vorgesehen ist, weist die Kolonne jedoch keine Verteileinrichtung 13 und keine seitlichen Entnahmestutzen 15 auf.
  • In Figur 3 ist schließlich noch ein Ausschnitt aus einer Schrägbodenkolonne 1 gezeigt, bei welcher im Bereich der Anreicherungszone Al des leichteren Massenstroms wieder der Fangraum 9 vorgesehen ist, außerdem aber noch im Bereich der Anreicherungszone As des schwereren Massestroms der Fangraum 9' 5 ausgebildet ist. Dieser Fangraum 9' öffnet sich zur Mischzone M hin und ist analog zu dem Fangraum 9 hergestellt. Er hindert den schwereren Massenstrom daran, unter unzureichender Dispergierung über den Ringspalt 8 in die nächst tiefere Wirbelzelle zu strömen. Ebenso wie der leichtere Massenstrom zwangsweise durch die Durchflußeinrichtung 5 hindurchströmt, ist jetzt auch der schwerere Massenstrom gezwungen, durch seine ihm zugeordnete Durchlaßeinrichtung 7',z.B. eine oder mehrere Bohrungen entsprechend engen Querschnitts, hindurchzuströmen und dabei dispergiert zu werden.
  • Sofern im Einzelfall eine noch weitere Dispergierung zweckmäßig sein sollte, kann auch hier wieder über die Verteileinrichtungen 13' ein sekundärer Massenstrom eingeleitet werden, der durch seine Saugwirkung auf die aus den Durchlässen 5, 7' austretenden Massenströme deren verstärkte Zerteilung bewirkt. Je nach dem vertikalen Abstand zwischen den übereinanderliegenden Durchlässen 5 und 7' genügt für beide - wie gezeigt - eine gemeinsame Verteileinrichtung 13'. Gegebenenfalls kann aber auch jeder Durchflußeinrichtung eine eigene Verteileinrichtung zugeordnet werden. Falls die kinetische Energie des dispergierten schwerere Nassenstroms nicht ausreicht, um eine selbständige Wirbelbewegung in den einzelnen Wirbelzellen zu erreichen, können diese in bekannter Weise zusätzlich mit nicht gezeigten mechanischen Rühreinrichtungen versehen werden, welche in der Mischzone den für den Stoffaustausch erforderlichen Kontakt der Massenströme gewährleisten.

Claims (10)

  1. P a t e n t a n r 1;2 r~i3 ch e 1#. Kolonne zur Erzeugung großer spezifischer Phasengrenzflächen in heterogenen Systemen mit einem schwereren und einem leichteren Massenstrom,die wenigstens zwei im Abstand übereinander angeordnete Böden aufweist, zwischen denen eine Mischzone für die beiden Massenströme, oberhalb des unteren Bodens eine Anreicherungszone für den sich in der Mischzone bildenden neuen schwereren Massenstrom und unterhalb des oberen Bodens eine Anreicherungszone für den sich in der Mischzone bildenden neuen leichteren Massenstrom ausgebildet sind, und wobei wenigstens eine der beiden Anreicherungszonen über eine Durchflußeinrichtung für den entsprechenden angereicherten Massenstrom mit der anderen Seite des jeweiligen Bodens verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß derjenigen Anreicherungszone (A1, As), deren auf die andere Seite des Bodens (2) zu leitender Massenstrom möglichst fein dispergiert werden soll, ein den sich anreichernden Massenstrom aufnehmender Fangraum (9, 9') mit an diesem angeschlossener Durchflußeinrichtung (5, 7') zugeordnet ist, indem der Boden (2) bei einem zu dispergierenden leichteren tOsmn«rom an seiner Unterseite (6) mit einem nach unten offenen und bei einem zu dispergierenden schwereren Massenstrom an seiner Oberseite (4) mit einem nach oben offenen Sammelraum ausgebildet ist.
  2. 2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu dispergierendem leichteren Mascenetrom die den Fangraum (9) nach oben begrenzende Unterseite (6) des Bodens (2) zur Durchflui3einrichtung (5) hin ansteigend und bei zu dispergierendex schwereren Massenstrom die den Fangraum (9')nach unten begrenzende Oberseite (4) des Bodens (2) zur Durchflußeinrichtung (7') hin abfallend ausgebildet ist.
  3. 3. Kolonne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangraum (9, 9') derart angeordnet und bemessen ist, daß er zumindest annähernd die gesamte Anreicherungszone (A1, A8) des des betreffenden Massenstromes aufnimmt.
  4. 4. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dan zur Bildung des Fangraumes (9, 9') der Boden (2) eine wenigstens entlang eines Teiles seines Randes angebrachte und im, vorzugsweise geringen, Abstand (8) von der Innenwand (3) der Kolonne (1) sich bei zu dispergierendem leichteren Massenstrom nach unten bzw. bei zu dispergierendem schwereren Massenstrom nach oben erstreckende manschetten-, kragen-, streifenförmige od. dgl. Wandung (10) aufweist.
  5. 5. Kolonne nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Mischzone (M) zugekehrte Rand (11) der Wandung (10) zumindest angenähert horizontal verläuft.
  6. 6. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daS der Fangraum (9, 9') in einem Boden (2) entsprechender Dicke als napf-, taschen-, segmentförmige od. dgl.
    Vertiefung (17) ausgebildet ist.
  7. 7. Kolonne, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Austrittsende der Durchflußeinrichtung t5, 7') für den zu dispergierenden Massenstrom eine zusätzliche Verteileinrichtung (13, 13') zugeordnet ist, mit der ein sekundärer Massenstrom höherer Geschwindigkeit strahlförmig in die Kolonne (1) einleitbar ist, der durch seinen Impuls die zusätzliche Verteilung des zu dispergierennen Massenstroms bewirkt.
  8. 8. Kolonne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Massenstrom an anderer Stelle aus der Kolonne (1) entnommen und, vorzugsweise über eine Fördereinrichtung, der Verteileinrichtung (13, 13') zugeführt wird.
  9. 9. Kolonne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Massenstrom aus dem Bereich der Anreicherungszone (As, As) des schwereren Massenstromes entnommen wird.
  10. 10. Kolonne nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, naß die Verteileinrichtung (13, 13') derart angeordnet ist, da der sekundäre Massenstrom eine möglichst große Geschwindigkeitskomponente in tangentialer Richtung - bezogen auf den Kolonnenquerschnitt - aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4507175A (en) * 1982-04-30 1985-03-26 Centre National De La Recherche Scientifique C.N.R.S. Fractional distillation process and applications thereof to the production of thermal or mechanical energy from two low level heat sources

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4507175A (en) * 1982-04-30 1985-03-26 Centre National De La Recherche Scientifique C.N.R.S. Fractional distillation process and applications thereof to the production of thermal or mechanical energy from two low level heat sources

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