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Kolonne zur Erzeugung großer spezifischer Phasengrenzflächen
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in heterogenen Systemen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolonne
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei den heterogenen Systemen stellt die Flüssigkeit immer die kontinuierliche
Phase dar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen gezeigt
und wird anhand dieser nachstehend noch näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.