DE4128675C2 - Verfahren zum Verbinden von Glaswellplatten aus Borosilikatglas und Verwendung des Verbundes als Kolonnentragrost - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden von Glaswellplat­ ten aus Borosilikatglas bei Hochleistungspackungen für Kolonnen.

In der thermischen Trenntechnik werden neben einfachen Füllkörperschüttun­ gen auch geregelte Füllkörperpackungen eingesetzt. Die Packungskörper be­ stehen aus schräg gewellten Platten, die alternierend gegenläufig so an­ einandergelegt sind, daß offene, sich kreuzende Kanäle, die schräg zur Kolonnenachse verlaufen, gebildet werden (z. B. DE-AS 13 00 511). Dadurch wird eine wesentliche Verbesserung des Kontaktes zwischen Flüssig- und Dampfphase und somit des Wirkungsgrades der Packung, verglichen mit dem einer Füllkörperschüttung, erzielt. Durch Versetzen der einzelnen Füllkör­ perpakete zueinander um jeweils 90° wird eine weitere Durchmischung der Phasen erreicht.

Diese Füllkörperpakete bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wie Ke­ ramik, Edelstahl, anderen Metallegierungen, sowie aus Kunststoffen (z. B. GB-PS 1 391 307) oder beschichteten und geformten Glasfasergebilden (z. B. GB-PS 1 471 442). Es sind ferner auch Füllkörperpakete aus Glaswellplatten bekannt (DE 39 09 995 C1).

Die einzelnen Wellplatten werden durch Sintern bei Keramik bzw. durch Punktschweißen bei Stahl miteinander verbunden. Kunststoffe sowie die z. B. aus GB-PS 1 471 442 bekannten beschichteten Glasfasergewebe werden im all­ gemeinen miteinander verklebt. Bei der aus DE 39 09 995 bekannten Hochlei­ stungspackung aus Glaswellplatten erfolgt der Verbund zwischen den einzel­ nen Platten entweder kraftschlüssig durch eine um das Wellplattenpaket herumgelegte Banderole oder durch Verkleben mit einem anorganischen Kleb­ mittel oder durch Verbinden mittels eines Glaslotes.

Diese aus DE 39 09 995 C1 bekannte Hochleistungspackung aus Glaswellplat­ ten besitzt in der Praxis jedoch noch gewisse Nachteile. Bei den durch ei­ ne Banderole zusammengehaltenen Glaswellplatten müssen die einzelnen Glas­ wellplatten entsprechend dem Durchmesser der Kolonne vorher passend zuge­ schnitten werden, dann sorgfältig zusammengelegt und anschließend mit der Banderole umhüllt werden. Dieses Zuschneiden der einzelnen Glaswellplatten ist mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden. Bei den verklebten oder verlöteten Glaswellplatten ist es technisch aufwendig, den Glaskleber bzw. das Glaslot immer exakt an den Kreuzungspunkten der einzelnen Wellen der unterschiedlichen Glaswellplatten zu positionieren.

Aus DE-PS 8 70 326 ist ein Isolierkörper bekannt, der aus einer Vielzahl von durch Abstandshalter miteinander verbundenen dünnen Glasflächen in Form von Folien oder Filmen gebildet ist. Die Abstandshalter können durch Sicken im Glas gebildet werden. Die Verbindung erfolgt durch Verleimen der Folien oder dadurch, daß sie in erwärmten Zustand an diesen Stellen eine monolithische Verbindung eingehen. Eine Lehre, wie sich Glaswellplatten aus Borosilikatglas für Hochleistungspackungen einfach, dauerhaft und un­ ter weitestgehender Beibehaltung ihrer Geometrie miteinander verbinden lassen, ist dieser Schrift nicht zu entnehmen.

DE-OS 17 96 334 beschreibt das Schmelzen von thermisch kristallisierbaren Glasteilen aus Lithium-Aluminium-Silicatglas miteinander. Die Verschmel­ zung wird bei Temperaturen vorgenommen, bei denen gleichzeitig die Keim­ bildung unter Phasentrennung stattfindet. Bei dieser Phasentrennung ent­ steht eine hochschmelzende Kristallphase, die der Aussteifung der zu ver­ schmelzenden Körper dient, und eine niedriger als das Ausgangsglas schmel­ zende Glasphase, die die Verschmelzung begünstigt. Borosilikatglas hat nicht nur eine andere Zusammensetzung als Lithium-Aluminium-Silicatglas, ihm fehlen auch die Eigenschaften (Phasentrennung) die das Verfahren gemäß DE-OS 17 96 334 erst ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu finden, mit Hil­ fe dessen sich Glaswellplatten aus Borosilikatglas für Hochleistungspak­ kungen für Kolonnen einfach und dauerhaft miteinander verbinden lassen.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.

Die in gewünschter Weise geschichteten Glaswellplatten werden für eine Zeit von 6-15 Minuten auf eine Temperatur, die 200-230 K über der Trans­ formationstemperatur Tg des Borosilikatglases liegt, erhitzt. Dabei bildet sich überraschenderweise an den Berührungspunkten der einzelnen Glaswell­ platten eine dauerhafte und stabile Verschweißung bzw. Verschmelzung aus, ohne daß die Glaswellplatten ihre Form verlören. Glaswellplatten aus Boro­ silikatglas 3.3 können durch 6-15 minütiges Erhitzen auf eine Temperatur von 725-755°C miteinander verbunden werden. Borosilikatglas 3.3 ist ein genormtes Borosilikatglas, dessen Kennwerte in der Norm DIN/Iso 3585 fest­ gelegt sind. Die Aufheizgeschwindigkeit, mit der die Glaswellplatten auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt werden, wird zweckmäßigerweise mög­ lichst hoch gewählt, um die Taktzeiten möglichst klein zu halten. Aller­ dings darf die Aufheizgeschwindigkeit nicht so hoch sein, daß die Platten während des Aufheizens springen. Normalerweise erzielt man mit Aufheizge­ schwindigkeiten zwischen 3 und 5 K/min befriedigende Ergebnisse.

Die Stabilität des hergestellten Verbundes aus Glaswellplatten ist ganz vorzüglich. An den Kreuzungs- bzw. Berührungspunkten der einzelnen Glas­ wellplatten erfolgt bei der Wärmebehandlung eine außerordentlich feste Verschweißung bzw. Verschmelzung der Glasplatten. Es ergibt sich damit ein Plattenverbund, der überall die gleiche chemische Zusammensetzung und den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Aus den erfindungs­ gemäß miteinander verschmolzenen Plattenpaketen kann die gewünschte Hoch­ leistungspackung leicht in beliebigen Abmessungen durch Aussägen oder Ausbohren hergestellt werden. Aus dem miteinander verbundenen Paket von Glaswellplatten können ohne Schwierigkeiten Packungen mit einer Genauig­ keit von ± 0,1 mm geschnitten werden, so daß bei entsprechend genau gefer­ tigten Kolonnenschüssen in der Kolonne nur noch ein Randspalt von ca. 0,2 mm zwischen Packung und Innenwandung der Kolonne vorhanden ist. Dadurch wird es möglich, auf gesonderte Randabdichtungen zwischen Packung und Ko­ lonneninnenwand zu verzichten. Das neue Verfahren ermöglicht es auch, ohne Schwierigkeiten Glaswellplatten einzusetzen, die vor dem Verschweißen bzw. Verschmelzen durch Sandstrahlen oder durch andere Mittel aufgerauht sind, um eine vergrößerte Oberflächenbenetzung, die bei Destillation und der­ gleichen mitunter erwünscht ist, zu erreichen. Die einzelnen Glaswellplat­ ten können ohne Schwierigkeiten bis zu einer Höhe von 50 cm für die Verbindung durch die thermische Behandlung geschichtet werden. Darüber­ hinaus besteht die Gefahr der Deformation der untersten Lagen.

Der erfindungsgemäße Verbund zwischen den einzelnen Glaswellplatten ist mechanisch derartig stabil, daß eine entsprechend zugeschnittene Scheibe aus dem Verbund ohne weiteres als chemisch besonders beständiger Kolonnen­ tragrost Verwendung finden kann.

Die Erfindung wird anhand der Abbildung weiter dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein zusammengefügtes Paket aus Glaswellplatten in Schrägan­ sicht und

Fig. 2 den Aufschnitt und die teilweise Draufsicht einer Kolonne mit einem Tragerost aus Glaswellplatten.

Fig. 1 zeigt ein Paket aus sechs Borosilikatglaswellplatten 1, die alter­ nierend gegenläufig aufeinandergelegt sind und die an sämtlichen Berüh­ rungspunkten 2 der Scheitel der Wellen miteinander verschmolzen sind. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer aufgeschnittenen Kolonne, in die ein aus erfindungsgemäß verbundenen Glaswellplatten gebildeter Tragrost 3 eingebaut ist. Der Tragrost 3 wird in der Kolonne durch den an der Innen­ seite der Kolonne angebrachten Tragring 4 gehalten. Der Durchmesser des Tragrostes 3 entspricht der Nennweite der Kolonne. Die Stärke des Kolon­ nentragrostes ist so bemessen, daß er das Gewicht der auf ihn lastenden Einbauten oder Schüttungen tragen kann. Die von der Wellenhöhe der verwendeten Glaswellplatten abhängigen Durchlässe 5,5′ des Kolonnentragro­ stes müssen natürlich so bemessen sein, daß keinerlei Einbauten oder Füll­ körper durch bzw. hineinfallen können. Es ist ferner auch möglich, Glaswellplatten alternierend mit Flachglasplatten zu kombinieren oder Glaswellplatten unterschiedlicher Wellenhöhe zu verwenden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verbinden von Glaswellplatten aus Borosilikatglas bei Hochleistungspackungen für Kolonnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaswellplatten in gewünschter Weise übereinander gelegt und 6 bis 15 Minuten auf eine Temperatur von 200 bis 230 K über ihre Transformationstemperatur Tg erhitzt werden.

2. Verfahren zum Verbinden von Glaswellplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glaswellplatten aus Borosilikatglas 3.3. 6 bis 15 Minuten auf ei­ ne Temperatur von 725 bis 755°C erhitzt werden.

3. Verwendung des nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellten Verbundes aus Glaswellplatten als Kolonnentragrost.