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Verfahren und Vorrichtung zur wechselseitigen Behandlung von Flüssigkeiten
mit Gasen oder Dämpfen, insbesondere bei der Herstellung von Schwefelsäure Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wechselseitigen Behandlung von Flüssigkeiten
mit Gasen oder Dämpfen in waagerecht oder schräg durchströmten Behältern, deren
unterer Teil ein von der Flüssigkeit gebildetes Bad darstellt, über das im oberen
Teil die Gase oder Dämpfe strömen, vorzugsweise zur Absorption von Schwefeltrioxyd
in Schwefelsäure, zur Kühlung der gebildeten heißen Schwefelsäure mit Luft und zur
Auswaschung der säurehaltigen Abgase mit Schwefelsäure.
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Es ist bekannt, zur Trocknung von S 02-haltigen Gasen mittels Schwefelsäure,
aber auch zur Verstärkung von 98°/aiger Säure durch Absorption von S O., die Gesamtmenge
der zu behandelnden Gase oder Dämpfe durch Rohre in ein in einem liegenden zylindrischen
Behälter befindliches Flüssigkeitsbad unter Druck einzuleiten. Die Gaseinleitungsrohre
tauchen dabei tangential von oben in das Bad ein, und die aus den Rohren ausströmenden
Gase bewirken, indem sie aus dem Bad wieder aufsteigen, ein Mitreißen der Flüssigkeit
in dem Raum oberhalb des Bades.
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Bei derartigen Vorrichtungen muß ein hoher Druckverlust in Kauf genommen
werden, besonders dann, wenn die Flüssigkeitströpfchen zwecks guter Austauschwirkung
sich im ganzen Dampfraum oberhalb des Bades verteilen sollen.
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Es wurde nun gefunden, daß dieser Nachteil vermieden ist, wenn gemäß
der Erfindung die Flüssigkeit
mittels gas- oder dampfförmiger Treibmittel
in vielen im Bad aufrecht nebeneinanderstehenden Förderrohren, die weit-in den Gas-
oder Dampfraum hineinragen, getrennt von den zu behandelnden Gasen oder Dämpfen
weit über den Spiegel des Bades emporgetrieben und aus den Rohren ausgeworfen wird.
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Hierdurch wird ein dauernde gleichmäßige Benetzung der vom Querstrom
der zu behandelnden Gase oder Dämpfe beaufschlagten Außenseiten der über den Badspiegel
hinausragenden Förderrohre erreicht. Der eigentliche Austausch der Flüssigkeit mit
den Gasen oder Dämpfen erfolgt also beim Zurücklaufen der Flüssigkeit an den Außenoberflächen
der aus dem Bad auftauchenden Rohrenden.
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Die Benetzungsflüssigkeit wird durch das Innere der Förderrohre mittels
eines besonders hierfür verwendeten Treibgases nach Art der an sich bekannten Mammutpumpen
hochgetrieben und läuft über den oberen Rand der Rohre nach Art eines Springbrunnens
wieder in das Bad zurück. Da die erforderliche Menge des Treibgases viel geringer
ist als die Gesamtmenge der zu behandelnden Gase, ist der Druckverlust in der Vorrichtung
auch bedeutend geringer, als wenn wie bei den bekannten Vorrichtungen die gesamte
Gasmenge zur Aufreißung und Zerteilung der Flüssigkeit benutzt würde.
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Als Treibmittel können Luft oder Dampf oder Gemische aus beiden dienen.
Sofern durch das Hinzukommen des Treibmittels eine Beeinträchtigung der durchzuführenden
Behandlung eintritt, kann auch das Treibmittel durch Kompression eines Teiles der
über der Flüssigkeit strömenden Gase oder Dämpfe hergestellt werden; um Korrosionen
im Kompressor zu vermeiden, kann man Strahlverdichter verwenden. Eine andere Möglichkeit
zur Gewinnung des Treibmittels besteht in der Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit.
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Zur Ausübung des Verfahrens dient vorzugsweise eine mit einer Abdeckung
versehene Wanne oder ein Rohr mit Flüssigkeitszu- und -abführungsleitungen, die
so angeordnet sind, daß ein Flüssigkeitssumpf entsteht, über dem die Gase oder Dämpfe
entlanggeführt werden. In der Flüssigkeit sind viele Rohre angeordnet, die aus der
Oberfläche des Bades hervorragen. Durch Einführung des Treibmittels in diese Rohre
wird die Flüssigkeit in ihnen hochgetrieben und läuft dann an der äußeren Oberfläche
der Rohre oder über Kaskaden, Füllkörpern od. dgl. herab, wobei eine wirksame Oberfläche
für den erstrebten Stoff- und Wärmeaustausch mit den vorbeistreichenden Gasen oder
Dämpfen gebildet wird. Um den Eintritt der Flüssigkeit in die Rohre, in welchen
die Flüssigkeit hochgetrieben wird, zu ermöglichen, besitzen diese an ihren unteren
Enden Öffnungen oder sind mit Abstand zum Boden des Flüssigkeitsbades angeordnet.
Hierzu können sie z. B. auf einem Rost aufgestellt sein, der in das Bad eingelegt
ist. Bei aggressiven Flüssigkeiten kann der Rost durch Steine oder durch Rohrstücke,
z. B. aus Quarz oder Glas, ersetzt werden, die in das Bad eingelegt bzw. eingestellt
sind. Wenn eine Ausmauerung vorhanden ist, können die etwa aus Quarz bestehenden
Steine in die Ausmauerung eingefügt sein. Um ein Umfallen der Rohre, in denen die
Flüssigkeit hochgetrieben wird, zu vermeiden, ist es zweckmäßig,. sie miteinander
zu verbinden oder gegeneinander abzustützen, etwa mit Abstandhaltern, die z. B.
aus Rohrstücken bestehen können. Um, insbesondere bei Destillationen und Rektifikationen,
eine Durchmischung der Flüssigkeit in ihrer Strömungsrichtung zu vermeiden, kann
das Flüssigkeitsbad durch Trennwände in Kammern unterteilt sein, welche nicht dicht'
gegeneinander abgeschlossen sind, um den Durchtritt der Flüssigkeit in der Strömungsrichtung
zu gestatten. Um die Mitführung von Flüssigkeitstropfen in der Strömungsrichtung
der Gase zu verhindern, kann der Gasraum durch Trennwände, die den Gasdurchtritt
gestatten, z. B. durch senkrechte oder waagerechte jalousieplatten, unterteilt sein.
Zur Einführung des Treibmittels sind Zuleitungen vorhanden, die zu den unter der
Badoberfläche liegenden Enden der Rohre, in denen die Flüssigkeit hochgetrieben
wird, hinführen. Die Einführungsleitungen für das Treibmittel können in dem Boden
des Bades eingesetzt sein und von einer oder mehreren unter demselben verlaufenden
Sammelleitungen mit Treibmittel versorgt werden. Bei stark aggressiven Flüssigkeiten,
wie z. B. heißer Schwefelsäure, ist die Wanne mit chemisch widerstandsfähigen Steinen,
z. B. Si 02, Quarz-, Lava-, Graphit- oder Kohlenstoffsteinen, ausgemauert. Um Durchbrechungen
der Ausmauerung zu vermeiden, kann es angezeigt sein, die Treibmittelzuleitungen,
die z. B. aus Glas öder Quarz bestehen, von oben kommen zu lassen und an ihrem unteren
Ende zu verzweigen, damit sie jeweils mehrere der Steigrohre mit Treibmittel versorgen
können; sie selbst erhalten ihr Treibmittel aus Sammelleitungen, die innerhalb des
Behandlungsraumes oder auch außerhalb liegen können. Im letztgenannten Falle können
die Treibmittelrohre durch die obere Abdeckung des Behandlungsraumes hindurchgeführt
werden. Im Falle der Behandlung von heißer Schwefelsäure oder aggressiven Gasen
kann diese Abdeckung z. B. durch nebeneinanderliegende Glas- oder Quarzrohre gebildet
werden, die Aussparungen für den Durchtritt der Treibmittelzuleitungen besitzen.
Oberhalb der Abdeckung können dann die Sammelleitungen für das Treibmittel angeordnet
sein, die etwa aus Glas bestehen und mit Glaswolle umkleidet sein können. Da die
genannte Abdeckung bei Verwendung von nebeneinandergelegten Glas-oder Quarzrohren
nicht absolut dicht ist, kann oberhalb derselben noch ein dichter Abschluß etwa
in Gestalt eines Eisendeckels oder der oberen Rohrwandung (bei Verzicht auf einen
abnehmbaren Deckel) vorhanden sein. Um diese Eisenfläche vor den aggressiven Gasen
zu schützen, ist es zweckmäßig, den Raum zwischen der Glas- oder Quarzabdeckung
und der Eisenwand mit Glaswatte auszufüllen. Falls der obere dichte Abschluß eine
zylindrische Krümmung besitzt, kann er auch -mit, korrosionsbeständigen Steinen
ausgemauert sein.
Sollen die Treibmittelzuleitungen durch den dichten
Abschluß hindurch zu einer außerhalb verlaufenden Treibmittelsammelleitung geführt
werden, so kann auf einen besonderen Schutz der Eisenfläche verzichtet werden, wenn
diese von außen zur Vermeidung von Kondensatbildung geheizt wird, was etwa durch
Entlangführung des vorerhitzten Treibmittels an der Außenfläche der Eisenwand geschehen
kann. Auch zur Behandlung von feststoffhaltigen Flüssigkeiten ist die Erfindung
mit Vorteil anwendbar. Um ein Liegenbleiben von Ablagerungen auf der Kanalsohle
zu vermeiden, wird diese zweckmäßig mit Neigung ausgeführt oder mit abschüssigen
Flächen versehen, die zu Schlammablaßstutzen führen.
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Bei ausgemauerten Behandlungswannen, -kanälen oder -rohren können
die Verteilungsleitungen sowie die Sammelleitungen für das Treibmittel auch in Aussparungen
eingelegt werden, die zwischen, den in die Ausmauerung eingefügten Stützsteinen
vorhanden sind. Um Wärmespannungen in dem verzweigten Leitungssystem ' zu vermeiden,
ist es -zweckmäßig, wenn die Verteilungsleitungen und die Sammelleitungen nicht
fest miteinander verbunden sind. Beispielsweise können an den Verteilungsleitungen,
etwa mit relativ kurzen Stutzen, Ausströmöffnungen für das Treibmittel unterhalb
oder innerhalb der an den Verteilungsleitungen vorhandenen Einströmöffnungen angeordnet
sein, so daß zwischen beiden Spielraum ist. Oberhalb der Rohre, in denen die Flüssigkeit
hochgetrieben wird, sind zweckmäßig Prallkörper, z. B. ebene oder gekrümmte Prallplatten
oder -keile, angeordnet, welche die austretende Flüssigkeit ab- oder umlenken. Zur
Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche können im Behandlungsraum Kaskaden, Füllkörper
oder Rieseleinbauten od. dgl. angeordnet sein, über welche die hochgetriebene Flüssigkeit
herabläuft. Weiter können die Rohre, in denen die Flüssigkeit hochgetrieben wird,
mit Öffnungen, z. B. Schlitzen, Unterbrechungen oder Löchern, versehen sein, aus
denen Flüssigkeit austritt, z. B. ausspritzt. Diese mit Öffnungen für den Flüssigkeitsaustritt
versehenen Rohre können durch die obere Begrenzung des Behandlungsraumes hindurch
zu einer Sammelleitung oder einem Sammelraum für das austretende Treibmittel geführt
sein, womit erreicht werden kann, daß das Treibmittel sich nicht mit den im Behandlungsraum
vorhandenen Gasen oder Dämpfen mischt. In diesem Fall kann ein Umwälzgebläse für
das Treibmittel vorhanden sein, welches ermöglicht, immer das gleiche Treibmittel
zu verwenden. Zur Umwälzung des Treibmittels können auch Strahlgebläse verwendet
werden. Auch für den Fall, daß die im Behandlungsraum vorhandenen Gase oder Dämpfe
als Treibmittel dienen, können mit Vorteil Strahlgebläse benutzt werden, welche
jeweils im Behandlungsraum an bestimmten Stellen Gase oder Dämpfe absaugen und als
Treibmittel in bestimmte Gruppen von Steigrohren einblasen. Hiermit kann eine Destillation
oder Rektifikation durchgeführt werden. Zum Antrieb der Strahlgebläse können z:
B. Dämpfe dienen, die durch Verdampfung von Flüssigkeit aus dem Behandlungsraum
gewonnen sind. Soll die Behandlung in Stufen durchgeführt werden, etwa analog der
Arbeitsweise in Bodenkolonnen, so kann das Flüssigkeitsbad in der Strömungsrichtung
in Kammern unterteilt werden, die Öffnungen für den Durchtritt der Flüssigkeit von
einer zur anderen Kammer in der Strömungsrichtung besitzen. Bei Platzmangel oder
wenn die Behandlung bei Über- oder Unterdruck durchgeführt werden soll, kann es
vorteilhaft sein, mehrere Flüssigkeitsbäder, die nacheinander von der Flüssigkeit
durchströmt werden, übereinander anzuordnen, zweckmäßig innerhalb eines aufrecht
stehenden Rohres. Die Bäder lassen einen Teil des Rohrquerschnittes frei für den
Übertritt des gas- oder dampfförmigen Behandlungsmittels von einer Stufe zur nächsten;
die Dampfräume über den Bädern sind durch Tropfenfänger, z. B. senkrechte oder waagerechte
Jalousieplatten, die den Dampfdurchtritt gestatten, gegeneinander abgesperrt. Innerhalb
einer Stufe ist die Strömung im wesentlichen waagerecht. Bei der Anwendung dieser
nacheinander durchströmten Bäder zur Destillation oder zur Rektifikation - die vorteilhaft
bei Unterdruck erfolgt, da diese Anordnung nur sehr geringe Druckverluste in der
Dampfphase besitzt - können in den Flüssigkeitsbädern vorzugsweise spiral- oder
schlangenförmig gebogene Heizelemente, etwa dampfbeheizte Rohrschlangen, angeordnet
sein, die das Treibmittel durch Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit bilden.
Zum Auffangen der von den Heizelementen aufsteigenden Dampfblasen können die Steigrohre
in ihrem unteren Teil trichterförmig erweitert werden. Um eine etwa unerwünschte
Zunahme der Menge der Dampfphase von Stufe zu Stufe zu vermeiden, können Kondensationseinrichtungen,
z. B. gekühlte Rohrschlangen, vorhanden sein, die jeweils den hinzukommenden Treibmittelmengen
äquivalente Dampfmengen kondensieren.
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Die Abbildungen zeigen einige mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, an Hand deren der Verfahrensgang im einzelnen erläutert werden' möge.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch eine Wanne i, die mit dem Deckel
2 abgedeckt ist; die Wanne besitzt vier Stutzen, von denen die beiden unteren
31 für Ein- und Austritt der Flüssigkeit und die beiden oberen
3, für Ein- und Austritt des Gases dienen. In der Wanne befindet sich ein
Rost oder ein Traggestell 5, welches die Steigrohre 4 trägt. An diesen sind die
Scheiben 6 angebracht, die zweckmäßig gegeneinander versetzt sind. Zu den unteren
Enden der Steigrohre 4, die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegen, während die
oberen Enden aus diesen hervorragen, führen die Treibstoffzuleitungen 9, aus denen
gas- oder dampfförmige Treibmittel austreten. Durch die Mammutpumpenwirkung der
austretenden Blasen wird die Flüssigkeit in den Steigrohren 4 hochgetrieben und
läuft über die Scheiben 6, die miteinander Kaskaden bilden, oder über
Füllkörper oder sonstige Rieseleinbauten herab. Zur Umlenkung der aus den
Steigrohren
oben austretenden Flüssigkeit dienen die Prallkörper 7. Beim Hindurchströmen des
gas-oder dampfförmigen Behandlungsmittels zwischen den Steigrohren 4 und den Rieseleinbauten
6 liegen günstige Bedingungen für einen wirksamen Austausch von Stoff und Wärme
zwischen den beiden Behandlungspartnern in der flüssigen und in der Gasphase vor.
Zur Erzeugung der Mammutpumpenwirkung in den Steigrohren gibt es eine große Anzähl
von Modifikationen, von denen einige im mittleren und rechten Teil der Abb. i angedeutet
sind. Von links beginnend zeigen die beiden ersten Steigrohre Einblasedüsen 9 für
das Treibmittel, die durch den- Boden der Behandlungswanne hindurchgesteckt sind
und von einer unterhalb des Bades liegenden Sammelleitung8 mit Treibmittel versorgt
werden. Die beiden nächsten Steigrohre 4a und 4b erhalten ihr Treibmittel von einer
innerhalb des Behandlungsbades über dem Boden angeordneten Sammelleitung 8a, die
Öffnungen 9" besitzt, aus denen das Treibmittel in glockenförmige Erweiterungen
ioa der Steigrohre 4a und 4b und über die gezahnten Unterkanten i i, in die Steigrohre
selbst gelangt. Bei den links gezeichneten beiden Steigrohren 4 sind die Prallkörper
7 unmittelbar am Deckel 2 befestigt; das Steigrohr 4" besitzt einen Prallkörper
7a, der in die Steigrohröffnung hineinragt und mittels des Stiftes 12" mit dem Deckel
2 verbunden ist; bei dem Steigrohr 4b besitzt der Prallkörper 7b Stege 13b und ist
in die obere Öffnung des Steigrohres eingelegt. Die nächsten beiden Steigrohre 4e
erhalten ihr Treibmittel von oben her durch Rohre 9" z. B. aus Glas, die mittels
Stopfen durch den Deckel 2, hindurchgeführt sind und zu einer oberhalb des Deckels
verlaufenden Sammelleitung 8b führen. Die geschweiften Prallteller 7, sind an den
von oben kommenden Treibmittelzuleitungsrohren befestigt. Auch bei den nächsten
Steigrohren4d kommt das Treibmittel von oben. Die Prallkörper 7d sind durch Rohrerweiterungen
oberhalb der Steigrohre gebildet. Das Treibmittel wird aus dem Behandlungsraum durch
die Leitungen 14d entnommen und mit Strahlpumpen 15, in die Treibmittelzuleitungen
9,1 eingeblasen. Sofern das Treibmittel von dem gas- oder dampfförmigen Behandlungsmittel
getrennt gehalten werden soll, können die Steigrohre 4e und 4f durch den Deckel
2 hindurch in eine Barüberliegende Kammer 16 geführt sein, wie dies im rechten Teil
der Abb. i dargestellt ist. Wenn die Steigrohre 4f Löcher 17f für den Austritt der
Flüssigkeit besitzen, können die oberen Durchführungen 181 gleichzeitig als Aufhängung
für die Steigrohre dienen, wie ganz rechts gezeigt. Links davon sind Steigrohre
4e dargestellt, welche aus zwei Teilen bestehen, zwischen denen Spalte ige für den
Austritt der Flüssigkeit bestehen; die oberen Teile 18e der Steigrohre sind im Deckel
2 befestigt und besitzen nach- unten trichterförmige Erweiterungen 2o, die in Tassen
21e eintauchen und ein Austreten des Treibmittels an dieser Stelle verhindern. Das
in den Sammelraum 16 gelangende Treibmittel kann durch das Gebläse 22 abgesaugt
und über den Sammelraum 23 in die Treibmittelzuleitungsrohre 9f eingeblasen werden.
Um eine Durchmischung zwischen Flüssigkeitsteilen, die sich in verschiedenen Stadien
der Behandlung befinden und demgemäß verschiedene Zusammensetzungen haben, zu vermeiden,
kann das Flüssigkeitsbad in der Strömungsrichtung in Kammern unterteilt sein, deren
Trennwände 24 nicht dicht abschließen, so daß die gewünschte Flüssigkeitsströmung
nicht unterbunden wird.
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In Abb. 2 ist ein Querschnitt durch eine ausgemauerte Wanne i, dargestellt,
wobei die Steigrohre 4 auf Klötzen, Steinen oder Rohrstücken 25 stehen und durch
zwischengestellte Rohrstücke 26 gegeneinander abgestützt sind. Zur Einführung des
Treibmittels dienen die Zuleitungen 27, welche an ihren unteren Enden die Verzweigungen
28 tragen. Die aus den Steigrohren 4 austretende Flüssigkeit wird an den Prallplatten
29 abgelenkt. Die Leitungen 27 sind im Deckel 2 befestigt, zu dessen Schutz vor
chemischem Angriff durch die Gasatmosphäre im Behandlungsraum eine z. B. aus nebeneinanderliegenden
Glasrohren bestehende Zwischendecke 30 eingelegt ist, durch deren Aussparungen die
Treibmittelzuleitungen 27 hindurchgesteckt sind. Der Zwischenraum 36 zwischen den
Decken 30 und 2 ist z. B. mit Glaswolle ausgefüllt. Oberhalb der Decke 2
befindet sich der Sammelraum 23 für das durch die Leitung 3 i eintretende Treibmittel.
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Abb. 3 gibt einen Einblick in den Grundriß der Wanne nach Abb. 2.
Die Steigrohre 4 stehen so auf den Klötzen 25, daß genügend freier Querschnitt für
den Eintritt der Flüssigkeit an den unteren Enden verbleibt. Durch einige der als
Abstandhalter dienenden Rohrstücke 26 sind die von oben kommenden Treibmittelzuleitungen
27 hindurchgeführt, welche an ihren unteren Enden jeweils drei nach oben umgewinkelte
Verzweigungen 28 tragen, die in die Steigrohre 4 von unten her hineinragen.
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Abb.4 zeigt einen Querschnitt durch ein ausgemauertes Rohr ib, in
_ dessen unterem Teil sich die Flüssigkeit, z. B. siedende Schwefelsäure, befindet,
während der obere Teil heiße Verbrennungsgase oder S 03-Gase, aus denen
SO, in der Säure absorbiert werden soll, oder Luft, welche die Säure abkühlen
soll, enthält. Die Steigrohre 4, z. B. aus Quarz, sowie die Abstandsrohre 26 stehen
auf einem aus Steinen 25 gebildeten Tragrost. Unter diesen sind die Stützsteine
33 angeordnet, die in die Ausmauerung eingefügt sind. Wie der zugehörige Grundriß
Abb. 5 zeigt, sind die Steine so angeordnet, daß zwischen ihnen Raum für die Verteilungsleitungen
32 für das Treibmittel, für die Sammelleitung 8 mit den Stutzen 9 sowie für den
Zutritt der Flüssigkeit zu den Steigrohren 4 verbleibt. Die Verteilungsleitungen
32 besitzen eine Anzahl von nach oben gerichteten Ausströmstutzen 34, die unter
den Steigrohren 4 enden, sowie einen nach unten gerichteten Einströmstutzen 35.
In diese Stutzen 35 tritt das Treibmittel, das durch die Sammelleitung 8 mit den
Verteilungsstutzen 9 herangeführt wird, von unten ein. Sammelleitung
und
Verteilungsleitungen sind hier nicht fest miteinander verbunden, um Brüche zu vermeiden.
An beiden Enden und an den Seiten des Behandlungsraumes sind zweckmäßig noch Abstandsrohre
26 eingelegt oder eingestellt. Die Prallkörper 7, welche die aus den Steigrohren
austretende Flüssigkeit ablenken, sind, wie Abb. q. zeigt, in das Gewölbe eingemauert.