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Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von Adsorptionsverfahren
Zur Durchführung von Adsorptionsverfahren, bei denen beispielsweise Gase oder Dämpfe
bazw. Gasdamp.fgemische mit festen Adsorptionsmitteln, wie- z. B. aktive Kohle,
in Berührung gebracht werden, bedient man sich in der Hauptsache Behälter, in denen
das feste Adsorptionsmittel auf einer Siebblechunterlage oder auch zwischen Siebblechen
gelagert ist und durch die-die Gase oder Dämpfe bzw. Gasdampfgemische hin-,durchgeführt
werden. Infolge der Vielzahl der Arbeitsstufen, wie Adsorption, Resorption, Trocknung,
Kühlung usw., in die-die Adsorptionsverfahren zerfallen, sind eine Vielzahl von
Umschaltungen erforderlich, die ihrerseits wieder zahlreiche Schaltarmaturen und
umfangreiche Rohrleitungen notwendig machen. Die Großzahl der Armaturen, die von
Hand oder auch automatisch nach bestimmten Fahrplänen oder in Abhängigkeit vom Verlauf
der Verfahren betätigt werden, macht dieVorrichtungen meist kompliziert und unübersichtlich
und bringt somit in baulicher und betrieblicher Hinsicht eine ganze Anzahl von Nachteilen
mit sich. Die Anlagen werden verteuert und zudem sperrig, so daß ihr Platzbedarf
verhältnismäßig groß ist. Die Bedienung von Hand ist zudem sehr zeitraubend und
birgt die Gefahr von Fehlschaltungen. Die automatische Betätigung wiederum ist sehr
teuer und störungsempfindlich und bedingt meistens noch zusätzliche kostspielige
Einrichtungen.
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Zur Vereinfachung der Adsorptionsprozesse hatte man schon vorgeschlagen,
mehrere im Kreise angeordnete Adsorber oder einen in
mehrere Kammern
aufgeteilten kreisförmigen Adsorber drehbar über einem ringförmigen Steuerkasten
anzuordnen und den Adsorbern bzw. dem in Kammern aufgeteilten Adsorber iiber diesen
Steuerkasten die Behandlungsgase oder Dämpfe zuzuführen. Nach dem bekannten Vorschlag
sollte der Adsorberring nach Beendigung einer jeden Verfahrensstufe ein Stück weiter
gedreht werden, bis jeder Adsorber an die Stelle des Nachbaradsorbers getreten und
damit über die Steuerkastenöffnung gelangt war, über die das Verfahrensmittel der
nächsten Verfahrensstufe in den Adsorber eintreten mußte. Die Abdichtung des Steuerkastens
gegen die bzw. den Adsorber erfolgte durch Gleitflächen, die sich beim Weiterdrehen
schleifend aufeinander bzw. gegeneinander bewegten. Hierin lag ein Hauptmangel der
bekannten Vorrichtungen, da die aufeinandergleitenden Dichtungsflächen zwischen
Adsorber und Steuerkastenring einem außerordentlichen Verschleiß unterlagen, so
daß ständige Reparaturen uiid damit verbundene Stockungen unvermeidlich waren. Auch
besaßen die Vorrichtungen Schaltarmaturen in großer Zahl, so daß auch die damit
verbundenen Nachteile nicht beseitigt waren. Derartige kontinuierlich arbeitende
Adsorptionsvorrichtungen haben sich darum bisher auch nicht durchsetzen können.
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Die Mängel von kontinuierlich arbeitenden Adsorptionsvorrichtungen
der vorbeschriebenen oder ähnlichen Art werden durch die Erfindung beseitigt. Die
Erfindung besteht darin, daß unter den Adsorbern ein Steuerkasten angeordnet ist,
der durch Fortbewegung in horizontaler Richtung die verschiedenen Gasanschlüsse
zu den Adsorbern vermittelt und der nicht nur in horizontaler, sondern auch in vertikaler
Ebene bewegbar ist, so daß er abdichtend nach oben gegen die Adsorber in Arbeitsstellung
gedrückt, vor Weiterschaltung jedoch wieder abgesenkt werden und somit die Bewegung
zu der nächsten Anschlußstellung frei ausführen kann.
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Durch diese Anordnung ist jede Schleifbewegung abdichaender Teile
vermieden.
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Zur Vermeidung von Schaltarmaturen wird die Anordnung gemäß Erfindung
zweckmäßig so getroffen, daß die Zu- und Abführung der Gase, Dämpfe o. dgl. zu und
von dem Steuerkasten über konzentrisch angeordnete Kameiern erfolgt, die an die
Roh- und Abgasleitungen angeschlossen sind und deren Wände zur Abdichtung gegeneinander
und nach außen in ringförmige, mit einem Dichtungsmittel, z. B. Wasser, gefüllte
schmale Tauchkammern eintauchen. Der Steuerkasten ist vorteilhaft mittels Laufräder
auf einem drehbaren Kurvenring gelagert, der auf seiner tragenden Laufbahn keilförmig
ansteigene und abfallende Erhöhungen aufweist, derart, daß der Steuerkasten nach
Erreichung der gewünschten Betriebsstellung und nach seiner Arretierung in dieser
Stellung durch Weiterdrehen des Kurvenringes in axialer Richtung gehoben und gegen
die darüber befindlichen, zu den Behandlungsbehältern führenden Anschlüsse gedrückt
werden kann.
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Eine kontinuierliche Adsorptionsvorrichtung gemäß Erfindung ist in
der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Abb. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung, die in
Abb. 2 in Sicht von oben wiedergegeben ist; Abb. 3 stellt eine Sicht auf den Steuerkasten
von oben dar; Abb. 4 zeigt einen Uängsschnitt, der die Anordnung des Steuerkastens
und des Kurvenringes erkennen läßt.
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Die in der Zeichnung beispielsweise dargestellte Vorrichtung besteht
im wesentlichen aus den drei im Kreis zueinander angeordneten Adsorbern I, II und
III. In jedem Adsorber befindet sich in bekannter Weise ein Siebrost I als Auflage
für die Adsorptionsmittelfüllung 2. Weiterhin besitzt jeder Adsorber einen Bodenstutzen
3 und ein den Adsorberraum durchziehendes Gasabzugsrohr4, das oberhalb der Adsorptionsmittelscllicht
in den Adsorberraum einmündet. Zentral über den Adsorbern ist sodann noch ein Mehrwegehahn
5 vorgesehen, über den Wasserdampf aus der Leitung 6 in die Leitungen 7 und von
diesen in die Adsorber eintreten kann. Der Mehrwegehahn ist über eine Mitnehmerstange
8 mit dem Steuerkasten 9, der drehbar unter den Adsorbern angeordnet ist, derart
gekuppelt, daß er sich in Abhängigkeit von den Drehbewegungen des Steuerkastens
öffnet und schließt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Mehrwegehahn
jeweils über dem Adsorber geöffnet wird, der zur Ausdämpfung bestimmt ist.
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Der Steuerkasten mündet in Ringkammern a, b und c, die von konzentrisch
angeordneten, in schmale Tauchkammern I0 eintauchenden Zwischenböden ii gebildet
werden. Der Tauchkammerbehälter, der mit einem fliissigen Dichtungsmittel gefüllt
wird, besitzt einen Flüssigkeitszulauf IOa und einen Siphonüberlauf Iob. In die
Ringkammern wiederum münden Rohranschlüsse I2, I3 und I zur Ab bzw. Zuführung der
Behandlungsgase. Der Steuerkasten schließlich ist, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist,
durch Zwischenwände 15 in verschiedene Kammern A bis I unterteilt, von deren jeweiliger
Stellung es ablängt, ob ein Adsorber mit Behandlungsgas oder Trocken- hzw. Kühlgas
beaufschlagl wird oder ob von oben her Dampf durch einen Adsorber treten kann. Zur
Dampfabführung ist, wie aus Abb. 6 ersichtlich, ein in
den Steuerkasten
mündendes Abdampfrohr I6 vorgesehen (vgl. auch Abb. 3).
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Wie insbesondere aus Abb. 4 ersichtlich ist, ist der Steuerkasten
9 auf Rädern I7 drehbar auf einem Kurvenring i8 angeordnet, der seinerseits wieder
auf Rädern 19 drehbar aufliegt. Der Kurvenring i 8 wird mit e tels Kzegelradalltriebes
20 und Antriebskette 21 in Bewegung gesetzt. Der Antrieb erfolgt von Hand mittels
Handkurbel 22. 23 ist eine Feststellvorrichtung, durch die im Zusammenwirken mit
den Rasten 23a bis 23' der Steuerkasten nach Erreichung der jeweiligen Arbeitsstellung
festgestellt wird.
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Soll der in Arbeitsstellung - befindliche Steuerkasten in seiner
Lage verändert werden, so wird der Kurvenring I8 mittels Handkurbel 22 nach rechts,
d. h. also im Uhrzeigersinne gedreht. Infogedessen laufen die Räder auf den schiefen
Ebenen usa abwärts, bis sie gegen den Anschlag I8b anstol3en. Ist diese Stellung
erreicht, so wird die Feststellvorrichtung 23 aus der Raste, z. B. 23a, gelöst und
die Kurbel 22 sodann -im gleichen Sinne weitergedreht. Nunmehr drehen sich der Kurvenring
I8 und der Steuerkasten 19 gemeinsam, bis die gewünschte nächste Stellung erreicht
ist und die Feststellvorrichtung 23 in die nächste Raste, z. B. 23b, einspringt.
Damit ist der Steuerkasten wieder arretiert. Nunmehr wird die Handkurbel 22 in entgegengesetzter
Richtung gedreht, was zur Folge hat, daß die Räder I7 die entsprechend angeordneten
schiefen Ebenen 18 wieder hinauflaufen. Infolgedessen wird der Steuerkasten wieder
nach oben gehoben und mit den Dichtungsringnuten 24 gegen die Stutzenansätze 25
(vgl.
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Abb. I) im Boden der Adsorber gedrückt.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine Vorrichtung mit drei Adsorbern
dargestellt.
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Die Vorrichtung kann jedoch erfindungsgemäß auch zwei oder auch mehr
als drei Adsorber aufweisen. Es ist dann lediglich erforderlich, daß der Steuerkasten
eine kleinere oder größere Anzahl von Verteilkammern und korrespondierenden Zu-
und Ab; leitungsöffnungen aufweist.
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Die Arbeitsweise mit der dargestellten Vorrichtung, bei der die Zu-
und Abführung sämtlicher Behandlungsgase und Dämpfe mit Ausnahme des Wasserdampfes
über den Steuerkasten 9 erfolgt, spielt sich beispielsweise wie folgt ab: Das zu
behandelnde Gasdampfgemisch (rohgas), beispielsweise ein Binzinluftgemisch, wird
der in Arbeitsstellung befindlichen Vorrichtung (Abb. I) durch den Stutzen 14 zugefiihrt
und strömt von hier über das dazugehörige Rohr c zu dem segmentartig aufgeteilten
Steuerkasten 9. Bei der beispielsweise dargestellten Stellung tritt es in die Steuerkastenkammer
A (Abb. 3) ein. Von der Kammer A gelangt das Rohgas über den Stutzen 3a (Abb. I)
in den Adsorber I, durchströmt die Adsorptionsmittelschicht 2 und tritt sodann in
den freien Raum oberhalb der Adsorptionsmittelschicht. Von hier strömt es über das
Gasabzugsrohr 4a (Abb. 5) zu dem Steuerkammerkasten B (Abb. 3) und tritt von diesem
über die Ringkammer b (Abb. 5) und das Rohr 12 wieder aus der Vorrichtung aus.
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Während - der gleichen Zeit befindet sich der Adsorber III über der
Kammer E. des Steuerkastens. Diese Stellung ist im Vertikalschnitt .in Abb. 6 wiedergegeben.
In dieser Stellung ist der Mehrwegehahn 5 durch die mit dem Steuerkasten sich drehende
Stange 8 geöffnet worden, und es tritt infolgedessen Dampf aus der Leitung 6 über
die Leitung 7 in den Adsorber ein. Der Dampf durchströmt die ~Adsorptionsmittelschicht
2 und tritt über den Stutzen 3, die Steuerkammer E und das Austrittsrohr I6 aus
der Vorrichtung aus.
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Während sich Adsorber I in der Beladung und Adsorber III in der Ausdämpfung
befinden, wird Adsorber II getrocknet. Er befindet sich über den Kammern C und D
(Abb. 3). Das Trockengas tritt über den Rohranschluß I3 (Abb. 5), die Ringkammer
a, die Steuerkammer und den Rohrstutzen 317 in den Adsorber ein und verläßt diesen
nach Durchstreichen der Adsorptionsmittelschicht über das Abzugsrohr 4b und die
Kammer D -(vgl. Abb. I und 3). Es tritt sodann gemeinsam mit dem lösemittelfreien
Gas des- Adsorbers 1 über die Ringkammer b und das Austrittsrohr 12 aus der Vorrichtung
wieder aus.
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Sind die vorbeschriebenen Vorgänge beendet, wird der Kurvenring I8
mittels Handrades 22 im Uhrzeige-rsn, wie weiter oben reits beschrieben, in Richtung
des eingezeichneten Pfeiles in Drehung versetzt. Infolgedessen laufen die den Steuerkasten
tragenden Räder 17 auf den schiefen Ebenen I8a des Kurvenringes ab, bis sie an den
Anschlag isb anstoßen. Mit dem Ablaufen der Räder 17 senkt sich der Steuerkasten
um die Höhe der schiefen Ebene. Ist die Endstellung erreicht, wird die Feststellvorrichtung
23 gelöst und sodann mittels Handrades 22 weitergedreht.
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Nunmehr dreht sich der Steuerkasten mit, bis die Kammern A-B unter
Adsorber II, die Kammern C-D unter Adsorber III - und die Kammer E unter Adsorber
I angelangt sind.
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In dieser Stellung schnappt die Feststellvorrichtung 23 in die Raste
23b ein, so daß der Steuerkasten in dieser Stellung fixiert ist.
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Nunmehr muß das Handrad im entgegengesetzten
Sinne
gedreht werden. Infolgedessen laufen die Räder 17 die schiefc Ebene ISa wieder hinauf,
so daß der Steuerkasten wieder nach oben geht und die Gasanschlüsse 25 in die Dichtungen.
24 gedrückt werden.
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Ist die Stellung des Steuerkastens in dieser Weise verändert, so
spielen sich anschließend die gleichen Operationen, wie oben beschrieben, lediglich
jeweils in einem anderen Adsorber von neuem ab.
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Beim Umschalten des Steuerkastens in der vorbeschriebenen Weise wird
die dichte Verbindung zwischen dem Steuerkasten und den Gas anschlüssen vorübergehend
unterbrochen, so daß Luft oder Gas austreten können. Die Umschaltung nimmt jedoch
nur so kurze Zeit, etwa den Bruchteil einer Minute, in Anspruch, daß dieses ohne
weiteres hingenommen werden kann, wenn es sich nicht um schädliche Gase handelt.
Auch Verluste können in der kurzen Umschaltzeit nur in unwesentlicher Höhe entstehen.
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Damit nicht vorzeitig Dampf aus dem Mellrwegehahn 5 austreten kann,
ist das Hahnkücken zweckmäßig derart angeordnet, daß es sich mit dem Steuerkasten
nicht nur dreht, sondern auch hebt und senkt. Infolgedessen bleiben die Austrittswege
so lange geschlossen, bis der Steuerkasten bis zu seiner Endstellung gehoben ist.
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Andere Ventile als der Mehrwegehahn für den Wasserdampf sind bei
der neuen Vorrichtung nicht erforderlich. Ist es allerdings unerwünscht, daß Gase
beim Umschalten aus der Vorrichtung austreten, so können jedoch noch zusätzliche
Ventile vorgesehen sein, die den Gasfluß vorübergehend absperren. Das Austreten
der Gase kann aber auch vermieden werden durch vorübergehendes Umführen der Gase
ins Freie oder durch ihre Weiterfiihrung nach einer oder mehreren gleichartigen
Vorrichtungen. Die hierzu erforderlichen Umschaltvorrichtungen können so angeordnet
sein, daß sie in Abhängigkeit von den Schaltvorgängen stehen. So kann die Anordnung
derart getroffen werden, daß Idas Sinken und Drehen des Steuerkastens erst dann
möglich wird, wenn die Absperrung oder Umführung der Gase bereits erfolgt ist.
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Der Steuerkasten kann aber auch mit den Absperr- oder Umführungsorganen
derart gekuppelt sein, daß diese Organe sich mit dem Steuerkasten bewegen und in
Abhängigkeit von dessen Bewegungen geschlossen und geöffnet werden.
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Die Verflüssigung des bei der Ausdämpfung anfallenden Gasdampfgemisches
kann außerhalb der Adsorptionsvorrichtung erfolgen.
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Es können aber natürlich auch Kondensations- und Absclleidevorriclltungen
unmittelbar unterhalb des Steuerkastens angebracht werden, durch die das aus dem
Adsorber austretende Gasdampfgemisch hindurch geführt und in denen es verflüssigt
und getrennt werden kann.
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Die Erfindung ist beschrieben an dem Beispiel einer Vorrichtung,
die mit drei getrennt im Krise angeordneten Adsorbern ausge--rüstet ist. In gleicher
Weise können aber auch mehrere Adsorptionskammern in einem Adsorptionsbehälter vorgesehen
sein. Ebenso kann auch die Gaszu- oder -abführung anders als dargestellt erfolgen.
So kann der einzelne Adsorber bzw. die einzelne Adsorptionskammer z. B. auch aus
einem mittleren das Adsorptionsmittel enthaltenden Behälter bestehen, der von einem
größeren Behälter umschlossen ist und aus dem von oben oder unten eintretende Gase
über den Ringraum zwischen den beiden Behältern nach unten in Richtung des Steuerkastens
abgezogen wer--den.
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PATNTANSPBÜC: I. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung von
Adsorptionsprozessen bestchend aus einer Anzahl Adsorber, die über einem die Gaszu-
und -abführung vermittelnden drehbaren Steuerl;asten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkasten sowohl in horizontaler als auch in vertilialer Richtung bewegbar
ist, so daß er abdichtend nach oben gegen die Adsorber gedrückt, vor Weiterscllaltung
jedoch wieder abgesenkt werden und somit die Bewegung zu der nächsten Anschlußsteliung
frei ausführen kann.