-
Gewinnung einzelner Bestandteile aus Gas oder Dampfgemischen Die bekannten
Verfahren zur Gewinnung von Bestandteilen aus Gas- oder Dampfgemischen mittels großoberflächiger
Stoffe arbeiten wärmewirtschaftlich sehr unbefriedigend, so daß ihre Anwendung bei
der Gewinkung minder wertvoller Stoffe meist von zweifelhaftem Vorteil ist und unterbleiben
muß.
-
Bei der Beladung großoberflächiger Stoffe treten beträchtliche Wärmemengen,
Kondensations- und Benetzungswärme, auf, deren Abführung schon deswegen zweckmäßig
ist, da sie den Beladungsprozeß ungünstig beeinflussen. Andererseits erfordert das
Austreiben mit überhitzten Dämpfen, in der überwiegenden Zahl der Fälle Wasserdampf,
beträchtliche Dampf- und Wärmemengen, die ebenso meist verlorengehen. Ferner muß
man meist nach vollendetem Austreiben geraume Zeit warten, bis das Adsorptionsmittel
wieder genügend abgekühlt ist, um es aufs neue mit Erfolg beladen zu können, oder
man muß sogar besondere Maßnahmen treffen, um diese Abkühlung zu beschleunigen.
Es sind zwar schon Versuche bekannt geworden, die bei der Adsorption frei werdende
Wärme bei der Wiederaustreibung auszunutzen, jedoch ist es auf dem bis jetzt eingeschlagenen
Wege nicht möglich gewesen, diese Ausnutzung in auch nur einigermaßen befriedigen,
dem Umfange durchzuführen.
-
Es hat sich nun ergeben, daß die Schwierigkeiten, die einer wirtschaftlichen
Gestaltung des Verfahrens entgegenstehen, überwunden werden können, und zwar derart,
daß die frei werdende Beladungswärme den Aufwand an Austreibewärme durch direkten
Austausch im wesentlichen deckt. Man kann diesen Wärmeaustausch zwischen einem gerade
in Beladung befindlichen Behälter A und einem in Austreibung befindlichen Behälter
B z. B. durch ein umlaufendes gas- bzw. dampfförmiges Medium als Wärmeträger bewerkstelligen.
Man verwendet zweckmäßig Behälter in Form der bekannten Röhrenkühler, bei denen
das Adsorptionsmittel den Zwischenraum zwischen den Rohren erfüllt; durch die Rohre
strömt das umlaufende Gas.
-
Auf dem Weg von A nach B wird das Gas adiabatisch komprimiert, um
es auf eine Temperatur etwas über der bei der Austreibung in B herrschenden zu bringen.
Die Kompressionsarbeit wird durch die auf dem Rückweg von B nach A unter entsprechender
Abkühlung erfolgende Entspannung des Gases im wesentlichen zurüclçgewonnen. Diese
Ausführung hat allerdings den Nachteil, daß die bei der Gewinnung der Entspannungsarbeit
unvermeiidlichen Verluste durch Aufwand mechanischer Energie gedeckt werden müssen.
Ferner läßt sie keine direkte Umschaltung nach erfolgter Adsorption und Austreibung
zu, da der beladene Behälter A zuerst aufgeheizt, der entladene Behälter B abgekühlt
werden muß, damit man Austreibung bzw. erneute Beladung vornehmen kann.
-
Die Schwierigkeiten, die sich aus der Differenz zwischen Beladungs-
und Austreibungstemperatur
für den Wärmeaustausch ergeben, lassen
sich in weiterer Entwicklung des Eriindungsgedankens dadurch vermeiden, daß man
das Beladen bei derselben bzw. unwesentlichen höherer Temperatur wie das Austreiben
vornimmt. Zur erfolgreichen Durchführung der Beladung ist dann ein Mehrfaches des
Druckes erforderlich, der beim Austreiben angewandt wird. Mit Rücksicht auf den
beträchtlichen Widerstand, den die großoberflächigen Stoffe rasch bewegten Gasen
bieten, wird man es meist vorziehen, das Beladen bei erhöhter Temperatur und bei
Drucken von einigen Atmosphären durchzuführen, das Austreiben, wie bisher üblich,
bei Atmosphärendruck; doch können besondere Verhältnisse auch den entgegengesetzten
Weg, Beladen bei atmosphärischem und Austreiben bei Unterdruck, empfehlen, ebenso
wie ein Mittelweg, Beladen bei Drucken über I at, Austreiben bei Drucken unter I
at, möglich ist.
-
Die Verwendung von Wasserdampf als Austreibemittel bedingt bei der
üblichen Arbeitsweise einen Unterschied von mindestens 800 zwischen Beladungs- und
Austreibetemperatur, meist sogar mehr, da erst überhitzter Wasserdampf hinreichen,
d rasch die adsorbierten Stoffe ausbläst. Es wurde nun gefunden, daß die Verwendung
von niedriger siedenden und zugleich besser adsorbierbaren Dämpfen, als es Wasserdampf
gegenüber aktiver Kohle ist, diese Temperaturdifferenz wesentlich herabsetzt, und
daß es dann infolgedessen schon bei verhältnismäßig geringen Druckunterschieden
möglich ist, Beladungs- und Austreibtemperatur gleich zu halten.
-
Es ist zwar schon -vorgeschlagen worden, die aus den Absorptionskammern
abziehenden, nicht adsorbierten Anteile von Gas- oder Dampfgemischen zur Beheizung
einer gerade der Austreibung unterworfenen Kammer zu verwenden, derart, daß man
sie z. B. durch in das Adsorptionsmittel eingebettete Rohre hindurchschickt. Bei
dieser Arbeitsweise ist es jedoch im allgemeinen nicht möglich, die bei der Adsorption
frei werdende Wßriue auch nur annähernd vollständig dem Austreibprozeß zugute zu
bringen, da der Betrag der durch abziehende Gase oder Dämpfe zu transportierenden
Wärme auch in den günstigsten Fällen noch weit unter dem Betrag der Adsorptiouswärme
bzw. der bei der Wiederaustreibung aufzuwendenden Wärme liegen wird. Es hat ferner
diese Arbeitsweise den Nachteil, daß die Beladungstemperatur über der Austreibtemperatur
liegen muß, wodurch der Betrag der möglichen Beladung von vornherein wesentlich
herabgesetzt wird.
-
Im Gegensatz dazu wird bei vorliegendem Verfahren, soweit dasselbe
bei annähernd gleichen Temperaturen beim Beladungs- und Austreibprozeß arbeitet,
das Beladen bei so weit erhöhtem Druck vorgenommen, daß vergleichsweise dieselben
Beladungsziffern erreicht werden wie bei der normalen Arbeitsweise, d. h. bei gleichem
Druck in beiden Kammern und einem Temperaturunterschied von beispielsweise 60 bis
800 zwischen der Beladungs-und der Austreibtemperatur.
-
Es ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, bei Konstanthaltung
der Temperatur in der Entgasungskammer unter vermindertem Druck zu arbeiten, doch
gelingt es auch bei dieser Arbeitsweise nicht, wie vorgesehen, durch Erhitzen mit
Hilfe des der Zerlegung durch Adsorption zu unterwerfenden Gasgemisches die bei
der Entgasung erforderliche Verdampfungs- bzw. genauer Desorptionswärme aufzubringen,
da unter solchen Umständen diese Wärmequelle durch die spezifische Wärme des Gasgemisches
gegeben und entsprechend eng begrenzt ist, wie schon oben ausgeführt wurde. Eine
vollständige Wärmeökonomie kann nur gemäß dem Vorschlag der Erfindung erzielt werden,
indem man entweder Beladung und Desorption in unmittelbar benachbarten Räumen mit
Wärme durchlässigen Zwischenwänden oder unter Vermittlung des Wärmeaustausches durch
ein umlaufendes Hilfsmedium vornimmt.
-
Die schlechte Wärmeleitfähigkeit der bekannten Adsorptionsmittel
erschwert den unmittelbaren Austausch der Wärmen. Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit
durch geeignete Ausbildung der Behälterform überwunden. Als einfachste Ausführungsform
hat sich die in der Zeichnung im waagerechten Schnitt dargestellte erwiesen, bei
der ein Behälter von rechteckigem Grundriß, nach außen gegen Wärmeabgabe isoliert,
zwei durch eine vielfach hin und her geführte, gut wärmedurchlässige, zugleich genügend
druckfeste Scheidewand getrennte Kammern in sich vereinigt, die wechselweise als
Beladungs-und Austreibungskammer benutzt werden.
-
Durch diese Anordnung wird das Adsorptionsmittel jeder Kammer in
Schichten von geringer Dicke und großer Oberfläche zerlegt, wodurch Wärmeleitung
und d Wärmeaustausch sehr erleichtert werden. Durch Verwendung gewellter oder mit
Rippen versehener Bleche für die Scheidewand können austauschende Oberfläche und
Druckfestigkeit weiter gesteigert werden.
-
Beispielsweise kann das in dem Patent 472 399 geschilderte Verfahren
zur Gewinnung konzentrierter Essigsäure gemäß der Erfindung derart durchgeführt
werden, daß die wässerige Essigsäure unter einem Druck von 5 bis 6 at verdampft
und der Dampf mäßig überhitzt der Kammer 1 des oben beschriebenen
Behälters
zugeführt wird, so daß in ihr mindestens I750 gemessen werden.
-
Gleichzeitig wird Athylacetat in der laufend erforderlichen Menge
unter Atmosphärendruck verdampft und der überhitzte Dampf der Kammer II zugeführt,
in der gegen I750 herrschen. Der Esterdampf tritt aus II zusammen mit der konzentrierten
Essigsäure aus; das Dampfgemisch kann in einer geeigneten Kolonne kontinuierlich
getrennt werden.
-
Der beträchtliche Wärmeinhalt des aus I abgehenden fast säurefreien
Dampfes deckt leicht den ganzen Wärmebedarf bei der Esterverdampfung und -rückgewinnung,
der Rest wird zur Anwärmung der dem Druckverdampfer zugeführten frischen Essigsäure
verwendet. Die Gewinnung des vom Dampf mitgeführten Esters, der in Kammer 1 von
der vorhergehenden Austreibung hinterblieben war, kann nebenher kontinuierlich und
unter Ausnutzen des Dampfes selbst als Wärmequelle erfolgen. In der zweiten Hälfte
der Beladungsperiode wird der Estergehalt des aus I abgehenden Dampfes so gering,
daß eine Rückgewinnung nicht mehr in Betracht kommt; andererseits kann nun etwas
nicht adsorbierte Essigsäure im Dampf auftreten, die man zweckmäßig durch Zwischenschaltung
eines kleinen Hilfsfilters mit demselben Adsorptionsmittel gewinnt. Nachdem Beladung
in I und Austreibung in II vollendet sind, werden die Ventile umgestellt, und es
wird aus I die konzentrierte Säure durch Ester ausgetrieben, II mit Essigsäure beladen.
-
Mäßige Überhitzung der Dämpfe von Essigsäure und Ester über die Behältertemperatur
von I750 ist erforderlich, um den Wärmeverlust des Behälters nach außen zu decken;
bei guter Isolierung bleibt sie indes von ganz untergeordneter Größe.
-
Schließlich zeigt dieses Beispiel noch einen weiteren Vorteil des
Druckgefälles zwischen Beladungs- und Austreibungsseite: es wird gleichzeitig damit
ein Temperaturgefälle zwischen Beladungsdampfgemisch (5 at) und Austreibdämpfen
(tat) gesc-haffen, das weitere wärmespendende Austauschmaßnahmen ermöglicht.