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Vorrichtung zum Waschen oder Absorbieren von Gasen Die bisher gebräuchlichsten
Vorrichtungen zum Waschen oder Absorbieren von Gasen bestehen in der überwiegenden
Mehrzahl aus mehr oder weniger hohen Kolonnen oder Türmen.
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Ein Vorteil dieser Kolonnen besteht darin, daß in den meisten Fällen
das Gas unter keinem nennenswerten Druck zu stehen braucht.
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Die Nachteile derartiger Vorrichtungen sind verschiedener Art und
zum Teil auch abhängig von der Art der in Berührung stehenden Medien. So ist es
besonders dann ein Nachteil, wenn das flüssige Medium in großer Menge anfällt und
mittels Pumpen auf den obersten Kolonnenteil gepumpt werden muß. Ein weiterer Nachteil
ist das meist sehr große Gewicht solcher Kolonnen, der Anschaffungswert und die
schlechte Zugänglichkeit zum Kolonneninnern, was sich besonders bei der Reinigung
und bei Reparaturen bemerkbar macht.
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Es gibt aber auch Fälle, in denen die Verwendung derartiger Kolonnen
wegen der auftreten den Verschlammung und Verkrustung unmöglich gemacht wird. In
solchen Fällen hat man sich damit begnügt, das gasförmilge Medium unter Druck in
den untersten Teil eines mit flüssigem Medium gefüllten Behälters hineinzupumpen.
Das Gas muß also erst entsprechend dem manometrischen Druck von Flüssigkeitssäule
mal spez. Gewicht plus der auftretenden Widerstände verdichtet werden. Das eingepumpte
Gas steigt dabei sehr rasch an die Oberfläche und kommt somit nur für ganz kurze
Zeit mit dem flüssigen Medium in Berührung.
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Dieser Vorgang hat bezüglich der Gesamtwirkung zwei Hauptnachteile:
I. ist ein mehr oder weniger erheblicher Gasdruck vor der Verteilung nötig, der
den Dispersitätsgrad herabmindert; 2. ist die Verweilzeit in vielen Fällen zu kurz
und daher die Reaktionsgeschwindigkeif
bzw. Raum-Zeit-Ausbeute nachteilig
beeinflußt.
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Den ersten Nachteil hat man durch die Anwendung von Injektoren oder
Venturischiebern bei kleineren Gasmengen und mittels der sog. Rotorverteiler bei
der Verarbeitung größerer Gasmengen erfolgreich beseitigt.
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Die Rotorverteiler haben jedoch anch in baulicher Hinsicht verschiedene
Nachteile.
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Um die Verweilzeit des dispersen Gases einigermaßen günstig zu gestalten.
müssen die Gefäße derartiger Rotorverteiler möglichst hoch gebaut werden. Hierdurch
ist eine lange Antriebsweille mit Lagerung im Diespersionsmittel notwendig. Besonders
letzteres ist in sehr vielen Fällen ein Übelstand, der die Verwendungsmäglichkeit
nachteilig beeinflußt.
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Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß das Dispersionsmittel nur
eine mäßige Rotationsbewegung haben darf, um nicht den Venturieffekt ungünstig zu
beeindussen. Diese Tatsache verhindert das rasche Zu- und Abführen des Dispersionsmittels.
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Noch weit geringer als die Bewegungsgeschwindigkeit in der Radial-
und Tangentialkomponente ist die Bewegungsgeschwindigkeit in senkrechter Richtung.
Diese Tatsache führt zu einem nur mäßigen Wirkungsbereich, auf den waagerechten
und senkrecht ten Querschnitt des ganzen Gefäßes bezogen.
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Es ist an sich bekannt.Rotorverteiler allein zu verwenden. Hierbei
ergeben sich jedoch die bereits geschilderten Nachteile Auch die Verwendung von
Kreiselröhren. die durch eine besondere Anordnung der Beschaufelung eine Mischung
von Flüssigkeiten untereindander oder von Flüssigkeiten mit Gasen oder festen Körper
erreichen sollen. konnten in der Praxis nicht befriedigen. da eine Mischung tatsächlich
mit diesen Einrichtungen nicht erzielt werden konnte. Die aus den einzelnen Schanfelrädern
austretenden Teilströme er geben zusammen eine Abströmbewegung unter einem resultierenden
winkel, ohne daß die in den einzelnen Teilströmen bewegten Medien tatsächlich miteinander
vermischt werden konnten.
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Durch den Gegenstand der Erfindung werden die bestehenden Nachteile
der bisher bekannten Vorrichtungen zum Waschen oder Absorbieren von Gasen beseitigt,
und es wird eine Vorrichtung geschaffen bei der eine beliebige Verweilzeit des Gases
in der Flüssigkeit, geringe Drücke auch bei schwer zu absorbierenden Gasen und daher
auch bei großer Leistung ein geringer Platzhedarf bei kleinen Abmessungen erreicht
wird. Die Vorrichtung nach der Erfindung gibt durch den eingeleiteten Umlauf die
Gewähr. daß der ganze Gefäßinhalt an der Absorption bwz. dem Waschen teilnimmt.
Ein wesentlicher Vorteil ist, daß eine ununterbrochene Arbeitsweise durchgeführt
werden kann, wodurch die Vorrichtung eine gute Anpassungsfähigkeit an die verschiedenen
Betriebe bzw. Betriebsverhältnisse besitzt. Es wird auch eine besonders große Raum-Zeit-Ausbeute
erreicht, da bei der Anordnung gemäß der Erfindung kleine gasblasen durch die Flüssigkeit
hindurchgetrieben werden.
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Das wesentliche Merkmal des Erfindung gegenstandes besteht darin,
daß bei einer Vorrichtung zum \Vaschen oder Absorbieren von Gasen mit einer Fördervorrichtung
für die Flüssigkeit und einem Rotorverteiler für die Gase die Fördervorrichtungen
und der Rotorverteiler auf einer gemeinsamen Welle im oberen Teil eines mit Einbauten
zur Flüssigkeitsführung versehenen Behälters derart angeordnet und gemeinsam oder
getrennt angetrieben sind. daß die Fördervorrichtungen eine axiale Strömung der
Flüssigkeit hzw. des Gemisches längs der Rotorwand bewirken, die sich beispielsweise
dann bei zwei oder mehreren Fördervorrichtungen als Radialströmung vom Rotor trennen
und die zu absorbierenden Gasteilchen, welche durch den Rotor angesaugt werden.
in der Flüssigkeit verteilen.
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Mit der Vorrichtung nach der Erfindung kann sowohl im Gleichstrom
als auch im Gegenstrom gearbeitet werden.
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Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise
veranschaulicht, und es stellen dar: Abb. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung
zum Mischen und Absorbieren von Gasen.
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Abb. 2, 3 und 4 einen Längsschnitt, eine Teilansicht und einen Querschnitt
durch einen Einzelteil der Vorrichtung in vergrößertem Maßstabe, Abb. 5 bis 10 und
13 Schnitte durch verschiedene Ausführungen der Vorrichtung, Abb. 11 und 12 Schnitte
durch einen weiteren Einzelteil der Vorrichtung in vergrößertem Maßstabe.
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Die in Abb. 1 schematisch dargestellte Anordnung zeigt eine Vorrichtung
für eine Gleichstrom- und unterbrochene Arbeitsweise. Diese Vorrichtung zeigt einen
Behälter a, in dem sich zentral ein zylindrisches Rohr b zur Führung der angesaugten
flüssig gen Medien und gleichzeitig als Führung der in Berührung gebrachten flüssigen
und gasförmigen Medien dient. Im oberen Teil des Führuitgsrohres b befindet sich
auf der von außen her antreibharen Welle c eine Fördervorrichtung, z. B. Schraubenflügel
d, und ein Rotorverteiler c. Die Welle c ist oberhalb des höchsten Flüssigkeitsspiegels
in einem Doppelhalslager f gelagert un bei g durch
eine Stopfbüchse
abgedichtet. Die Stopfbiichse g und das Lagerf sind an demDeckellt und dieser an
dem Gaszuführungsdomi befestigt, der seinerseits mit dem Gefäßdeckel k ein Ganzes
bildet.
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Die Gaszufuhr erfolgt durch den Stutzen l und der Gasaustritt durch
einen Stutzen.
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Das Gefäß a wird durch einen Stutzen o nach Offnen eines Ventils p
entleert.
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Die Schraubenflügel d bringen das flüssige Medium in der Pfeilrichtung
in Umlauf. Das gasförmige Medium wird durch den Venturi effekt des Rotorverteilers
in den Flüssigkeitsstrom gebracht und von diesem im Sinne der Flüssigkeitsbewegung
mitgeführt. Strombrecher s verhindern das Mitrotieren der außerhalb des Rotorverteilers
befindlichen Medien, was die Venturiwirlung erhöht. Damit die Gase nicht erneut
angesaugt werden, sind zwei Führungszylinder q und r eingebaut. Dadurch scheiden
sich die Gase über dem Flüssigkeitsspiegel ab und werden durch den Stutzen m an
eine andere Stelle geleitet. soll das Gas mehrmals ganz oder teilweise erneut in
Umlauf gebracht werden, so ist eine Absperrvorrichtung s zu öffnen. Durch letztere
Maßnahme entsteht die sog. halbkontinuierliche Arbeitsweise.
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Der Rotorverteiler e ist in Abb. 2 im senkrechten Schnitt, in Abb.
3 in der Seitenansicht und in Abb.4 im waagerechten Schnitt dargestellt. Er besteht
aus einem zylindrischen Mantel 1, aüßeren Venturikörper 2, inneren Venturileitkörper
3, einem oberen Versteifungsring 4 auf der Gaseintrittsseite und einer unteren Bodenscheibe
5.
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In Abb. 5 ist der Aufbau einer ununterbrochen arbeitenden Vorrichtung
der Gleichstromgruppe dargestellt. Auch diese Vorrichtung ist ihren Buchstabenbezeichnungen
nacll aus den gleichen Teilen zusammengesetzt wie die Vorrichtung unter Abb. 1.
Es kommen lediglich noch zwei weitere Führungszylinder b1 und b2 sowie ein Zulaufrohr
t und ein Ablaufrohr u für flüssige Medien und eine waagerechte Trennwand v hinzu.
Auch hier laufen flüssige und gasförmige Medien im Sinne der angegebenen Pfeilrichtungen
um.
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Durch die in beliebiger Anzahl einbaubaren Führungszylinder b1 und
b2 usw. kann der Umlaufweg verlängert und dadurch die Verweilzeit gesteigert werden.
Gelangt das gasförmige Medium zwischen die Wände a und b2 über den Flüssigkeitsspiegel,
so kann das Gas durch den Stutzen m abgeleitet oder über die Absperrvorrichtung
s erneut in Umlauf gesetzt werden. Die flüssigen Medien gelangen durch das Zulaufrohr
t in ununterbrochener Folge über den Stutzen u zum Ablauf.
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In Abb. 6 ist im wesentlichen eine Vorrichtung ähnlich wie in Abb.
5 dargestellt. Die Uinlaufbewegung wird hier durch ein Zentrifugalflügelrad d2 erzeugt.
Der Gasflüssigkeitsstrom wird dem Flügelrad senkrecht zugeführt und nach Verlassen
dieses aus der waagerechten Richtung durch die Zwischenw and v1 senkrecht nach unten
geleitet, um von hier aus im Sinne der Pfeilrichtungen die Vorrichtung ähnlich wie
bei Abb. 5 zu durchlaufen. Das Gefäß a ist in der Mitte des Bodens zylindrisch durch
die Wand a1 und den Boden a2 räumlich verkleinert. An Stelle der Flügelschraube
d der Abb. I und 5 ist bei Abb. 6 ein Zentrifugalflügelrad d2 getreten.
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In Abb. 7 ist eine Vorrichtung schematisch dargestellt, deren Arbeitsweise
sich mit der der Vorrichtung nach Abb. 5 deckt, dessen innerer Aufbau aber nicht
aus zylindrischen Führungszylindern, sondern aus waagerecht angeordneten Ringscheiben
b5 und b6 besteht.
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Der Umlaufweg ist auch hier durch die Pfeile angegeben.
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Die Abb. 8 stellt eine Vorrichtung der Gegenstromgruppe dar und Abb.
9 und 10 zwei Vorrichtungen, die einer besonderen Bauart angehören.
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In den Grundzügen ähnelt die Vorrichtung nach Abb. 8 der Vorrichtung
nach Abb. 5.
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Das Hauptunterscheidungsmerkmal besteht darin, daß, an beiden Enden
des Rotorverteilers e je ein Schraubenflügel angeordnet ist.
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Beide Schraubenflügel arbeiten gegeneinander, so daß die flüssigen
Medien im Gegenstrom umlaufen und im Bereiche des Rotorverteilers zusammenströmen,
um von dort aus durch die bereits bekannten Einbauten wie bei Abb. 5 umzulaufen.
Das flüssige Medium wird dem unteren Schraubenflügel d1 zunächst durch den Ringraum
zwischen a und b4, dann durch den Raum zwischen a und v2 dem mittleren Zuführungsrohr
b zugeführt. Die umlaufenden flüssigen und gasförmigen Medien verlassen gemeinsam
den Ringraum zwischen b3 und b4, wobei sich die Gase über dem Flüssigkeitsspiegel
abscheiden, um je nach Wahl entweder durch den Stutzen 11D abgeleitet oder über
die Absperrvorrichtung s erneut in Umlauf gesetzt zu werden. Die an gleicher Stelle
anfallende Flüssigkeit wird nach zwei Richtungen hin aufgeteilt, wobei der eine
Strom zum oberen und der andere Strom zum unteren Schraubenflügel führt.
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Die Buchstahenbezeichnungen decken sich auch hier mit denen der Abb.
5, wobei noch zwei weitere Führungszylinder bs und b4 sowie ein Zwischenboden v2
hinzugekommen sind.
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In Abb. g ist eine Vorrichtung ähnlich wie in Abb. 6 dargestellt;
der Unterschied besteht darin, daß der Zulauf der flüssigen Medien tangential zum
Rotorverteiler e erfolgt und von hier aus der Gesamtflüssigkeitsgasstrom
durch
zwei axial am Rotorverteiler e angebrachte Zentrifugalflügelräder d2 und d3 abgesaugt
wird, um wiederum gemeinsam zusammengeführt durch die einzelnen Ringräume hindurchzulaufen.
Sonst ist der Aufbau und die Arbeitsweise wie bei der Ausführung nach Abb. 6.
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Die Vorrichtung nach Abb. 10 ist identisch mit der Vorrichtung nach
Abb. 8. mit dem Unterschied, daß an Stelle der Flügelschrauben d und d1 zwei Zentrifugalräder
d2 und d3 angeordnet sind und daß die Flüssigkeitse lltritte in die Räder wohl axial.
der Austritt aber radial erfolgt und infolgedessen die Zusammenführung nicht mie
bei Abb. S rein axial gegeneinander, sondern linear gleichlaufend erfolgt. Im übrigen
ist der Aufbau und die Arbeitsweise wie bei Abb.8.
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Abschlißend sei nich bemerkt, daß die Lage des rotierenden Teiles,
wie eingangs begründet, knapp unter dem Flüssigkeitsspiegel die günstigste Anordnung
darstellt; dies schließt jedoch nicht aus. auch die Lage dieses Teiles zu ändern,
also z. B. in der Mitte oder knapp über dem Gefäßboden anzuordnen.
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Ebenso kann auch in Sonderfällen der Antrieb für Jede Rotorlage von
unten erfolgen.
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In den Abb. 11 und 12 ist eine Maschine dargestellt, in der nur der
rotierende Teil. also Rotorverteiler c und Zentrifugalflügelräder d2 und d0 bzw.
Schraubenräder, untergebracht sind. Diese Maschine hat besonders bei großen Leistungen
den Vorteil, daß die hewegten Teile nicht in eine Vorrichtung eingebaut, sondern
außerhalb der Vorrichtung untergebracht werden. Dadurch ist die gesamte Lagerung
der rotierenden Teile leichter durchführbar. und es kann an die Maschine jedes beliebige
Vorrichtungssystem. in Sonderfällen auch mehrere Vorrichtungen. angeschlossen werden.
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Diese Maschine besteht aus einem inneren Gehäuse 6 und aus einem
äußeren Gehäuse 7 der Welle 8. dem Gaszuführungsstutzen 9. den Zentrifugalflügelrädern
10 und 11 oder an deren Stelle aus zwei Schraubenflügelrädern wie bei Abb. 8, außerdem
aus dem Rotorverteiler 12. dem Flüssigkeitszulaufstutzen 13. dem Abgansstutzen 14
für die flüssigen und gasförmigen Medien und den Strombrechern 15.
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In Abb. 13 ist eine derartige Maschine 16 mit einer Stromführungsvorrichtung
17 schematisch dargestellt. 18 bezeichnet die Zuleitung für die in Mischung gebrachten
gasförmigen und flüssigen Medien, 19 die Rückleitung des flüssigen Anteiles zur
Maschine 16. 20 die Rückleitung des überflülligen Gases. 21 Frischgaseintritt, 22
Zulauf für frische Flüssigkeit, 23 Ablauf für gesättigte Flüssigkeit und 24 Abgang
für Gas, das an dem Umlauf nicht mehr teilnehmen soll.
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Einige wichtige Anwendungsgebiete der Vorrichtung nach der Erfindung
sind nachstehend aufgeführt: Bei der Herstellung von Salz- und Schwefelsäure als
Absorptionsmachine. bei der Reinigung von Salz- und Schwefelsäure, Kohlenoxyden.
Leuchtgas, Kohlensäure usw.