DE2306008A1

DE2306008A1 - Kolonne zum inberuehrungbringen von gasen oder daempfen und fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2306008A1
Application number: DE2306008A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Koch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1973-02-07
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS49111868A; FR2215999A1; US3958964A

Description

Kolonne zum Inberührungbringen von Gasen oder Dämpfen und Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Kolonne mit Durchtrittsöffnungen enthaltenden Böden aus hochporösem, offenporigem, gesintertem Material zum Inberührungbringen von Gasen oder Dämpfen und Flüssigkeiten, insbesondere zur Absorption von Gasen oder Komponenten aus Gasgemischen mittels Flüssigkeiten und/oder Desorption von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen mittels gas- oder dampfförmiger Medien.

Als Vorrichtungen zur Absorption von Gasen in Flüssigkeiten oder zur Desorption von Gasen aus Flüssigkeiten werden häufig Füllkörpersäulen oder übliche Bodenkolonnen, wie Glocken-, Sieb- oder Ventilbodenkolonnen, verwendet. Diese Vorrichtungen arbeiten jedoch nicht immer zufriedenstellend, für manche Anwendungszwecke sind sie sogar ungeeignet. So kann sich beispielsweise bei der Verwendung in bewegten Systemen ihre Schräglagenempfindlichkeit nachteilig bemerkbar machen. Dies gilt insbesondere für die Verwendung als Reinigungsanlagen für gasförmige Reaktanten, die zur Energieerzeugung in Brennstoffbatterien auf dem Gebiet der Elektrotraktion-cLienen. Füllkörpersäulen und die üblichen Bodenkolonnen sind auch oft ungeeignet, wenn Verunreinigungen aus kleinen Rohgasmengen entfernt werden sollen.

Es'ist ferner bereits bekannt, zur Absorption von Gasen oder Komponenten aus Gasgemischen und zur Desorption von Gasen aus Flüssigkeiten Kolonnen mit Böden aus -hochporösem, offenporigem, gesintertem und zusätzlich mit Durchtrittsöffnungen versehenem Material zu verwenden, wobei Gas und Flüssigkeit im Gleichstrom vom Kolonnensumpf zum Kolonnen-

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kopf geführt werden. Die Absorption bzw. Desorption findet dabei teilweise in den hochporösen Böden statt, weil die Poren Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit derart ausüben, daß ein Teil der Flüssigkeit in den Böden festgehalten wird (DAS 1 808 623).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolonne mit Durchtrittsöffnungen enthaltenden Böden aus hochporösem, offenporigem, gesintertem Material zum Inberührungbringen von Gasen oder Dämpfen und Flüssigkeiten weiter zu verbessern. Insbesondere sollen die bei der Absorption von Gasen oder Komponenten aus Gasgemischen mittels Flüssigkeiten bzw. die bei der Desorption von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen mittels gas- oder dampfförmiger Medien erzielten Reinheitsgrade und der Grad der Anreicherung bzw« Abreicherung erhöht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Kolonne derart ausgestaltet, daß das Gas und die Flüssigkeit im Gegenstrom geführt sind, daß die Kolonnenboden mit über den Kolonnenboden Mnausragenden Ablaufrohren versehen sind, welche an ihrem unteren Ende jeweils eine mit wenigstens einer Austrittsöffnung für die Flüssigkeit versehene Gassperreinrichtung aufweisen, daß weiterhin die Gassperreinrichtung so dimensioniert und derart mit dem zugehörigen Ablaufrohr verbunden ist, daß bei Inbetriebnahme der Kolonne dem Gas der Weg durch die mit Flüssigkeit gefüllte Gassperreinrichtung und das Ablaufrohr dadurch versperrt ist, daß bei Eindringen des Gases in die Austrittsöffnung bzw. Austrittsöffnungen der Gassperreinrichtung eine im Ablaufrohr und der Gassperreinrichtung gebildete, im wesentlichen aus einer Flüssigkeitssäule im Ablaufrohr bestehende Flüssigkeitssperre auf das Gas einen größeren Druck ausübt als der Druckdifferenz zwischen dem Gas im Raum unter dem mit dem Ablaufrohr versehenen Kolonnenboden und dem Gas .im Raum über diesem Kolonnenboden entspricht, und daß ferner die Höhe des Ablauf-

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rohres derart bemessen ist, daß die sich beim Betrieb der Kolonne im Ablaufrohr aufgrund dieser Druckdifferenz einstellende Flüssigkeitssäule das Ablaufrohr nur zu einem Teil ausfüllt.

Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Kolonne als G-egenstromkolonne, wobei sich'die Flüssigkeit vom Kolonnenkopf zum Kolonnensumpf und das Gas in entgegengesetzter Rifhtung bewegt, wird - im Vergleich mit einer entsprechenden Gleichstromkolonne - eine höhere mittlere Konzentrationsdifferenz zwischen Gas und Flüssigkeit erreicht. Damit wird bei der Absorption von Gasen eine höhere Anreicherung des Gases in der Flüssigkeit und bei der Absorption von Komponenten aus Gasgemischen außerdem eine größere Reinheit des verbleibenden Restgases erzielt. Bei der Desorption von Gasen aus Flüssigkeiten erfolgt entsprechend eine verstärkte Abreicherung des in der Flüssigkeit enthaltenen Gases, wodurch sich ein höherer Reinheitsgrad der Flüssigkeit ergibt.

V/esentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Kolonne gegenüber üblichen, im Gegenstromprinzip betriebenen Füllkörpersäulen und Bodenkolonnen ergeben sich aus der Verwendung eines porösen, d.h. Hohlräume und Kanäle enthaltenden Materials für die Kolonnenböden, bei dem der bei der Absorption bzw. Desorption erfolgende Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit teilweise innerhalb der Böden stattfindet.

Dieses hochporöse, offenporige Material, beispielsweise gesintertes Magnesium-Aluminium-Silikat, ist zusätzlich zu den vorhandenen Poren mit als Durchtrittsöffnungen dienenden parallelen Bohrungen versehen. Die Durchtrittsöffnungen weisen vorteilhaft einen Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm auf, vorzugsweise etwa 1 mm. Die Zahl der Durchtrittsöffnungen ist vorteilhaft so bemessen, daß ihr Gesamt-

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volumen, "bezogen auf jeden Kolonnenboden, 20 bis 60 ^c/o ausmacht» Die Porosität des Materials für die Kolonnenboden selbst beträgt vorteilhaft 20 bis 60 YoI.-$, vorzugsweise etwa 40 bis 45 YoI.-$. Die Yolumenporosität der Böden, d.h. das Yolumen der Poren und der Durchtrittsöffnungen zusammen, beträgt vorteilhaft mindestens 60 $. ■

Der Stoffaustausch, d.h. die Absorption bzw. Desorption innerhalb der Böden,sei im folgenden erläutert. Die auf dem Kolonnenboden stehende Flüssigkeit dringt aufgrund des hydrostatischen Druckes und vor allem der Kapillarkräfte in sämtliche Poren, Hohlräume und Kanäle ein und von dort in die Durchtrittsöffnungen, wo sie aufgrund dieser Kapillarkräfte festgehalten wird. Der Boden ist dadurch vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Das Gas gelangt von unten an die mit Flüssigkeit gefüllten Durchtrittsöffnungen und vermag erst aufgrund eines Überdruckes diese Durchtrittsöffnungen zu passieren und in die auf dem Kolonnenboden stehende Flüssigkeitsschicht einzutreten, wobei es Flüssigkeit aus den Durchtrittsöffnungen mitnimmt. Der dazu benötigte Überdruck beträgt beispielsweise bei einer Bodendicke von 13 mm etwa 300 N/m ο Sobald nun das Gas in eine Durchtrittsöffnung eindringt, tritt aus den freigelegten angrenzenden Poren sofort wieder neue Flüssigkeit aus und kommt mit dem nachfolgenden Gas in Berührung. Diese intensive Durchmischung zwischen dem in den Durchtrittsöffnungen befindlichen Gas und der aus dem hochporösen Material in die Durchtrittsöffnungen nachdrückenden Flüssigkeit bedingt den hohen Stoffaustausch innerhalb der Böden, d.h. je nach Verwendung der Kolonne eine hohe Absorption oder eine hohe Desorption.

Dieses charakteristische Merkmal des Stoffaustausches in den Kolonnenboden führt zusätzlich zu einer geringen Schräglagenempfindlichkeit der Kolonne, Darüber hinaus bedingt der besondere Aufbau der Kolonnenboden einen gleichbleibenden Druckverlust des Gases und eine Stabilität der otrömungs-

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Verhältnisse auch bei wechselnder Belastung der Kolonne und bei Belastungsschwankungen. Der Grund dafür ist darin zu sehen, daß das Gas bei einem bestimmten Druck in die Durchtrittsöffnungen eintritt und diese mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit durchströmt und daß bei einer Erhöhung des Durchsatzes sich nicht die Gasdurchtrittsgeschwindigkeit, sondern die Anzahl der durch das Gas freigemachten Durchtrittsöffnungen erhöht. Durch diese Belastungsunempfindlichkeit kann die erfindungsgemäße Kolonne schließlich bei gleicher Durchsatzleistung einen kleineren Querschnitt aufweisen als die üblichen Füllkörpersäulen und Bodenkolonnen.

Das Verhältnis des Durchmessers einer Durchtrittsöffnung zur Bodendicke der Kolonnenboden liegt vorteilhaft zwischen 0,03 und 0,3· In diesem Bereich ist eine optimale Ausnutzung der mit der erfindungsgemäßen Kolonne erzielbaren Vorteile möglich. Bei zu engen und zu langen Durchtrittsöffrmngen wurden verhältnismäßig große, duroh die Kapillarkräfte bewirkte Druckverluste auftreten, während bei zu weiten und zu kurzen Durchtrittsöffnungen der geringe Kontakt zwischen dem strömenden Gas und der im porösen Boden befindlichen Flüssigkeit nicht ausreichen würde, um einen hohen Stoffaustausch zu erzielen. Das Verhältnis von Bodendicke zu Bodendurchmesser der Kolonnenboden ist vorteilhaft größer als 0,1. Eine Dimensionierung entsprechend diesem Mindestverhältnis gewährleistet eine ausreichende Tragfähigkeit der Kolonnenboden, die aus einem Material mit hoher Volumenporosität bestehen. Das Verhältnis von 3odendicke zu Bodendurchmesser kann aber auch unter 0,1 liegen, in diesem Fall kann es allerdings erforderlich sein, unter den Kolonnenboden jeweils ein Verstärkungsprofil anzubringen, insbesondere bei Kolonnen mit großem Durchmesser.

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Die Gegenstrumführung wird in der Kolonne dadurch ermöglicht, daß die Kolonnenboden mit Ablaufrohren versehen sind, die an ihrem unteren Ende eine Gassperreinrichtung mit mindestens einer Austrittsöffnung für die Flüssigkeit aufweisen. Die A.blaufrohre ragen dabei über den Kolonnenboden hinaus= Die besondere Struktur des Materials der Kolonnenboden und deren besonderer Aufbau, die den Druckverlust des Gases bei Durchtritt durch den Boden bedingen, erfordern eine bestimmte Höhe für die Ablaufrohre und eine bestimmte Dimensionierung der Gas sperreinrichtung.

Neben dem Druckverlust des Gases bei Durchtritt durch den mit Flüssigkeit gefüllten Kolonnenboden erfolgt ein weiterer Druckverlust beim Durchtritt durch die auf dem Kolonnenboden stehende Flüssigkeitsschicht. Aufgrund der daraus resultierenden Druckdifferenz des Gases im Raum unter dem Kolonnenboden und im Raum über dem Kolonnenboden stellt sich beim Betrieb der Kolonne im Ablaufrohr eine Flüssigkeitssäule mit einer bestimmten Eöhe ein..Die Höhe des Ablaufrohres wird nun so bemessen, daß diese Flüssigkeitssäule das Ablaufrohr nur zu einem Teil ausfüllt. Das verbleibende Teilstück des Äblaufrohres dient zum Aus .gleich der beim KerabflieS en der Flüssigkeit durch Reibung entstehenden Druckverluste und bietet zusätzlich eine Sicherheitshöhe zur Gewährleistung eines störungsfreien Betriebes der Kolonne. Diese .Sicherheitshöhe ermöglicht den Betrieb der Kolonne auch bei Überlastung. Dabei kann die Überlastung sowohl durch einen erhöhten Flüssigkeitsdurchsatz hervorgerufen werden, wobei sich dann im Ablaufrohr aufgrund des höheren Druckverlustes der herabfließenden Flüssigkeit eine höhere Flüssigkeitssäule einstellt, als auch durch Druckschwankungen des Gases, die im Ablaufroiir durch entsprechende Bewegungen der Flüssigkeitssäule ausgeglichen werden können .-

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Vorteilhaft kann als Gassperreinrichtung am unteren Ende jedes Ablaufrohres jeweils ein mindestens eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit aufweisender Ablaufrohrendbehälter vorgesehen sein» in den das Ablauf rohr hineinragt, wobei der Ablaufronrsndbahälter so dimensioniert und derart mit dem Ablaufrohr verbunden ist, daß sich beim Eindringen des Gases in den mit Flüssigkeit gefüllten Ablaufrohrendbehälter die Flüssigkeitssäule bildet. Durch diese Flüssigkeitssäule im Ablaufrohr wird-das Sas daran gehindert, durch den Ablaufrohrendbehälter und das Ablaufrohr vom Raum •unter dem Kolonnenboden in den Raum über dem Kolonnenboden überzutreten. Das Gas, das durch die Austrittsöffnungen in den Ablaufrohrendbehälter eindringt, wird gezwungen, vor Eintritt in das Ablaufrohr soviel Flüssigkeit aus dem Ablaufrohrendbehälter in das Ablaufrohr zu verdrängen, daß die dabei gebildete Flüssigkeitssäule einen Druck ausübt, der mindestens der Druckdifferenz des Gases unter'und über dem Kolonnenboden entspricht. Dem Gas ist auf diese V/eise der Weg durch das Ablaufrohr versperrt und es dringt durch den mit Flüssigkeit gefüllten Kolonnenboden und die darauf befindliche Flüssigkeitsschicht in den Raum über dem Kolonnenboden ein.

Die Austrittsöffnungen sind oben an den Ablaufrohrenci.behältern angebracht und vorteilhaft so bemessen, daß das Verhältnis der Gesamtfläche sämtlicher ^.ustrittsöffnungen eines Ablaufrohrendbehälters zur Querschnittsfläche des Ablaufrohres kleiner ist als 1 «, Dadurch können Schwankungen der Flüssigkeitssäule im Ablaufrohr, verursacht durch eine Sogwirkung der aus den Austrittsöffnungen des Ablaufrohrendbehälters ausfließenden Flüssigkeit, weitgehend unterbunden werden.

Besonders vorteilhaft kann als Gassperreinrichtung am unteren Ende jedes Ablaufrohres jeweils auch ein mit Durchtritts-

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Öffnungen versehener, aus hochporösem, offenporigem Material bestehender Sinterkörper derart vorgesehen sein, daß die Summe aus dem Kapillardruck der Flüssigkeit in den Durchtrittsöffnungen des Sinterkörpers und dem hydrostatischen Druck der darüberstehenden Flüssigkeitssäule mindestens der G-asdruckdifferenz zwischen dem Raum oberhalb und dem Raum unterhalb des mit dem Ablaufrohr versehenen Kolonnenbodens entspricht. Auch bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne ist demnach dem Gas der Weg durch das Ablaufrohr versperrt, so daß es durch den mit Flüssigkeit gefüllten Kolonnenboden und die darauf befindliche Flüssigkeitsschicht in den Raum über dem Kolonnenboden eintritt=

Die Ausgestaltung der G-assperreinrichtung mit Sinterkörpern, welche mit Durchtrittsöffnungen vesehen sind, bietet den wesentlichen Vorteil, daß dadurch die Bauhöhe der Kolonne erheblich verringert werden kann, weil nämlich die Ablaufrohre sehr kurz sein können- Sind beispielsweise die Sinterkörper entsprechend ausgebildet wie die Kolonnenböden, und zw.ar hinsichtlich des verwendeten Materials sowie der Anzahl

der Durchtrittsöffnungen pro cm Oberfläche und deren Durchmesser, und weisen die Sinterkörper etwa dieselbe Dicke auf wie die Kolonnenböden, so genügt es, wenn im Ablaufrohr nur etwas mehr Flüssigkeit steht als über dem Kolonnenboden, um dem G-as den Weg durch das Ablauf rohr zu versperren, und deshalb kann auch das Ablaufrohr eine geringe Höhe aufweisen. Im allgemeinen wird die Dicke der Sinterkörper etwas größer gewählt als die der Kolonnenböden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, vorausgesetzt, daß die sonstige Ausgestaltung von Sinterkörper und Kolonnenboden, wie oben ausgeführt, gleich ist. Dies ist auch vorzugsweise der Fall, wobei dann der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen der Sinterkörper etwa 1 mm beträgt und pro Quadratzentimeter etwa 40 Durchtrittsöffnungen angeordnet sind.

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Die Ablaufrohre in den Kolonnenboden können vorteilhaft nahe der Kolonnenwand angebracht sein. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne können die Ablaufrohre teilweise durch die Kolonnenwand gebildet sein. Dies wird beispielsweise bei einer Kolonne mit kreisförmigem Querschnitt dadurch erreicht, daß durch den Einbau von Trennwänden, sogenannten Wehren, nahe der Kolonnenwand Räume mit einem segmentförmigen Querschnitt entstehen, die als Ablaufrohre dienen. Der Querschnitt der Ablaufrohre kann beliebig gewählt werden, er kann beispielsweise kreiäb'rmig oder rechteckig sein.

Anhand von Ausführungsbeispielen und einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne,

Fig. 2 eine weitere beispielhafte Ausführungsform im Längsschnitt und

Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Kolonne, bei welcher die Ablaufrohre teilweise durch die Kolonnenwand gebildet sind.

In einer Kolonne gemäß Fig. 1 wird beispielsweise aus einer mit Kohlendioxid beladenen Alkazidlauge, d.h. einer wäßrigen Lösung eines Alkalisalzes einer Aminosäure, das Kohlendioxid mittels überhitzten Wasserdampfes desorbiert. Die Kolonne, d.h. Gehäusewand und Ablaufrohre samt Ablaufrohrendbehälter, besteht aus Plexiglas und hat eine Gesamthöhe von etwa 1 m. Kolonnen mit einer Hohe in dieser Größenordnung bestehen vorteilhaft aus Kunststoff, bei größeren Kolonnen kann vorteilhaft legierter Stahl Verwendung finden. Voraussetzung ist jeweils eine Verträglichkeit des verwendeten Materials mit den zur Umsetzung gelangenden Gasen bzw. Flüssigkeiten.

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Die verwendete Kolonne enthält zwölf Böden aus hochporösem, offenporigem Material mit einer Bodendicke von 13 mm und einem Bodendurchmesser von 70 mm. Der Abstand zwischen zwei Böden beträgt jeweils etwa 60 mm. Die Böden weisen pro Quadratzentimeter etwa 4-0 zueinander parallele Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von etwa 1 mm auf. Diese Bohrungen dienen als Durchtrittsöffnungen für das Gas. Die Ablaufrohre weisen einen Durchmesser von 20 mm und eine Länge von etwa 60 mm auf; sie ragen etwa 7 mm in den Ablaufrohrendbehälter hinein und etwa 15 mm über den zugehörigen Kolonnenboden hinaus. Die Ablaufrohrendbehälter haben einen Durchmesser von 40 mm und eine Höhe von 20 mm.

Die mit Kohlendioxid beladene Alkazidlauge wird der Kolonne 10 durch die Leitung 12 am Kolonnenkopf 11 zugeführt. Sie gelangt auf den obersten Kolonnenboden 13 und bildet dort eine Flüssigkeitsschicht 14. Die Flüssigkeit dringt dann in die Poren des Kolonnenbodens 13 ein und gelangt über die Poren in die Durchtrittsöffnungen 15· Das aus dem Raum 21 unter dem Kolonnenboden 13 durch die Durchtrittsöffnungen 15 tretende Gas kommt mit der Flüssigkeit dabei sowohl in den DurchtrittsÖffnungen 15 als auch in der Flüssigkeitsschicht 14 in Berührung. Die Flüssigkeit auf dem Kolonnenboden 13 fließt über das Ablaufrohr 16 ab, gelangt in den Ablaufrohrendbehälter 17 und tritt durch die Austrittsöffnung 18 aus diesem aus. Sie sammelt sich als Flüssigkeitsschicht 19 auf dem Kolonnenboden 20. Hier erfolgt wieder die bereits geschilderte innige Berührung zwischen Flüssigkeit und Gas, im beschriebenen Beispiel zwischen Alkazidlauge und überhitztem Wasserdampf. Dabei nimmt die Konzentration der Alkazidlauge an Kohlendioxid von Boden zu Boden ab? wobei sich auf und in jedem Boden die bereits geschilderten Vorgänge abspielen. Die Flüssigkeit 28 auf dem untersten Kolonnenboden 22 fließt durch das Ablaufrohr 23

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ab, tritt aus dem Ablaufrohrendbehälter 24 aus und verläßt die Kolonne durch die Leitung 25 am Fuß der Kolonne.

Das Gas, d.h. der überhitzte Wasserdampf, wird der Kolonne durch cifi Leitung 26 zugeführt. Es verdrängt aus den Durchtritt soff nungen 27 im untersten Kolonnenboden 22 die Flüssigkeit und gelangt in die Flüssigkeitsschicht 28 über dem Kolonnenboden 22. Bei der Berührung von Gas und Flüssigkeit erfolgt dabei der Stoffaustausch, wobei vom Wasserdampf Kohlendioxid aus der Alkazidlauge aufgenommen wird. Da hierbei reiner Wasserdampf mit der Alkazidlauge, die schon den größten Teil an Kohlendioxid abgegeben hat, in Berührung kommt, ist noch imier eine Desorption möglich und die aus der Kolonne austretende Alkazidlauge ist fast vollständig vom Kohlendioxid befreit. Der Viasserdampf durchströmt die Kolonne in Richtung zum Kolonnenkopf 11, wobei er sich bei der Berührung mit der Alkazidlauge in und über jedem Kolonnenboden immer mehr mit Kohlendioxid anreichert. Dabei erfolgt an jedem Boden ein intensiver Stoffaustausch, weil der Wasserdampf beim Durchströmen der Kolonne ständig mit Alkazidlauge mit einem höheren Gehalt an Kohlendioxid in Berührung kommt. Der Weg des Wasserdampfes geht immer durch die Durchtrittsöffnungen der Kolonnenboden. Der Übertritt beispielsweise vom Raum 29 unter dem Kolonnenboden 30 in den Raum 31 über dem Kolonnenboden 30 durch den Ablaufrohrendbehälter 34 und das Ablaufrohr 33 ist dem "Wasserdampf durch die Flüssigkeitssäule 32 im Ablaufrohr 33 versperrt. Nach Passieren sämtlicher Kolonnenboden und nach dem Durchtritt durch die Flüssigkeitsschicht 14 auf dem obersten Kolonnenboden 13 verläßt der mit Kohlendioxid angereicherte Wasserdampf die Kolonne durch die Leitung 35 am Kolonnenkopf 11.

Bei einem Durchsatz der Alkazidlauge von 20 l/h konnte - bei einmaligem Durchgang durch die Kolonne mit 12 Böden-der

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Gehalt der Alkazidlauge von 37 1 CO₂/1 1 Alkazidlauge auf 9,4 1 GOp/1 1 Alkazidlauge gesenkt werden. Diese Zahlen machen die große Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Kolonne deutlich. Eine derart hohe Abreicherung kann mit herkömmlichen Kolonnen bei entsprechenden Bedingungen nicht erreicht werden.

Eine ähnlich große Leistungsfähigkeit zeigt die erfindungsgemäße Kolonne auch bei der Verwendung als Absorptionskolonne. Sie kann bei technischen Prozessen als Gegenstrom-Wäscher, aber auch als Gegenstrom-Destillationskolonne Verwendung finden. Darüber hinaus kann sie auch vorteilhaft als Zersetzungskolonne eingesetzt werden, beispielsweise zur Zersetzung von Wasserstoffperoxid, wenn die Kolonnen- boden durch entsprechende Vorbehandlung mit Zersetzungskatalysatoren versehen sind.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne, bei welcher als Gassperreinrichtung Sinterkörper vorgesehen sind. Die Kolonne 40 hat wiederum Kolonnenböden aus hochporösem, offenporigem, gesintertem Material. Die Kolonnenböden 41, 42 und 43 weisen jeweils Durchtrittsöffnungen 44 auf, welche in den Kolonnenböden in Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind. Die Kolonnenböden 41, 42 und 43 sind mit Ablaufrohren 45, 46 bzw. 47 versehen, welche in den Kolonnenböden nahe der Kolonnenwand angebracht sind. Jedes der Ablaufrohre weist als Gassperreinrichtung einen mit Durchtrittsöffnungen 48 versehenen Sinterkörper 49 auf. Die Kolonnenböden sind in der gleichen Weise ausgestaltet, wie bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne nach Pig. 1. Die als Gassperreinrichtung dienenden Sinterkörper entsprechen in ihrem Aufbau den Kolonnenböden, d.h. sie bestehen ebenfalls aus hochporösem, offenporigem, gesintertem Material. Die Dicke der Kolonnenböden und der Sinterkörper beträgt beispielsweise etwa 13 mm und beide weisen pro Quadratzentimeter etwa 40 Durch-

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trittsöffnungen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 1 mm auf. Der Durchmesser der Kolonnenboden beträgt etwa 70 mm und der Durchmesser der Sinterkörper etwa 30 mm. Der Durchmesser der Ablaufrohre beträgt etwa 30 mm und ihre Länge etwa 35 mm, wobei sie etwa 5 mm über den zugehörigen Kolonnenboden hinausragen und wobei in ihrem unteren Teil jeweils ein Sinterkörper eingesetzt ist. Der Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit erfolgt bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Der besondere Vorteil der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne mit Sinterkörpern als Gassperreinrichtung ist darin zu sehen, daß die Bauhöhe der Kolonne sehr niedrig gehalten werden kann. Der Abstand zwischen den Kolonnenboden kann bis auf etwa 25 bis 30 mm reduziert werden.

In Fig. 3 ist vereinfacht ein Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne dargestellt, bei welcher die Ablaufrohre teilweise durch die Kolonnenwand gebildet sind. Die Kolonne weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Durch den Einbau einer Trennwand 50 nahe der Kolonnenwand 51 wird ein Saum 52 mit segmentförmigem Querschnitt gebildet. Dieser Raum 52 dient als Ablaufrohr. Die Trennwände ragen oben jeweils über den zugehörigen Kolonnenboden hinauf. Am unteren Ende der Trennwände sind zwischen Trennwand und Kolonnenwand jeweils die Gassperreinrichtungen angeordnet. Die Trennwand kann beispielsweise derart angeordnet werden, daß die gekrümmte V/and des Segments eine Länge von 20 mm aufweist (bei einem Bodendurchmesser von etwa 70 mm).

Die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kolonne sind nur beispielhaft. Ablaufrohre und Gassüerrein-

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richtungen können, unter Einhaltung der erfindungswesentlichen Merkmale, konstruktiv verschiedenartig ausgebildet sein. So können beispielsweise die Gassperreinrichtungen auch jeweils in den nachfolgenden Kolonnenboden eingearbeitet sein.

9 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

VPA 73/7511 Patentansprüche

1. Kolonne mit Durchtrittsöffnungen enthaltenden Böden aus hochporösem, offenporigem, gesintertem Material zum Inberührungbringen von Gasen oder Dämpfen und Flüssigkeiten, insbesondere zur Absorption von Gasen oder Komponenten aus Gasgemischen mittels Flüssigkeiten und/oder Desorption von in Flüssigkeiten absorbierten Gasen mittels gas- oder dampfförmiger Medien, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und die Flüssigkeit im Gegenstrom geführt sind, daß die Kolonnenboden mit über den Kolonnenboden hinausragenden Ablaufrohren versehen sind, welche an ihrem unteren Ende jeweils eine mit mindestens einer Austrittsöffnung für die Flüssigkeit versehene Gassperreinrichtung aufweisen, daß weiterhin die Gassperreinrichtung so dimensioniert und derart mit dem zugehörigen Ablaufrohr verbunden ist, daß bei Inbetriebnahme der Kolonne dem Gas der Weg durch die mit Flüssigkeit gefüllte Gassperreinrichtung und das Ablaufrohr dadurch versperrt ist, daß beim Eindringen des Gases in die Austrittsöffnung bzw. Austrittsöffnungen der Gassperreinrichtung eine im Ablaufrohr und der Gassperreinrichtung gebildete, im wesentlichen aus einer Flüssigkeitssäule im Ablaufrohr, bestehende Flüssigkeitssperre auf das Gas einen größeren Druck ausübt als der Druckdifferenz zwischen dem Gas im Raum unter dem mit dem Ablaufrohr versehenen Kolonnenboden und dem Gas im Raum über diesem Kolonnenboden entspricht, und daß ferner die Höhe des Ablaufrohres derart bemessen ist, daß die sich beim Betrieb der Kolonne im Ablaufrohr aufgrund dieser Druckdifferenz einstellende Flüssigkeitssäule das Ablaufrohr nur zu einem Teil ausfüllt.

2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gassperreinrichtung am unteren Ende jedes Ablaufrohres jeweils ein mindestens eine Austrittsöffnung für die Flüssigkeit aufweisender Ablaufrohrendbehälter vorgesehen ist, in den das

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Ablaufrohr hineinragt, und daß der Ablaufrohrendbehälter so dimensioniert und derart mit dem Ablaufrohr verbunden ist, daß sich beim Eindringen des Gases in den mit Flüssigkeit ■ gefüllten Ablaufrohrendbehälter die Flüssigkeitssäule bildet.

3. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gassperreinrichtung am unteren Ende jedes Ablaufrohres jeweils ein mit Durchtrittsöffnungen versehener, aus hochporösem, offenporigem Material bestehender Sinterkörper derart vorgesehen ist, daß die Summe aus dem Kapillardruck der Flüssigkeit in den Durchtrittsöffnungen des Sinterkörpers und dem hydrostatischen Druck der darüberstehenden Flüssigkeitssäule mindestens der Gasdruckdifferenz ^zwischen dem Raum oberhalb und dem Raum unterhalb des mit dem Ablaufrohr versehenen Kolonnenbodens entspricht.

4. Kolonne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gesamtfläche sämtlicher Austrittsöffnungen einer Gassperreinrichtung zur Querschnittsfläche des Ablaufrohres kleiner ist als 1.

5. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufrohre in den Kolonnenboden nahe der Kolonnenwand angebracht sind.

6. Kolonne^iach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufrohre teilweise durch die Kolonnenwand gebildet sind.

7. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers einer Durchtrittsöffnung zur Bodendicke der Kolonnenboden zwischen 0,03 und 0,3 liegt.

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8. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Bodendicke zu Bodendurchmesser der Kolonnenböden größer ist als 0,1.

9· Kolonnenach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörper pro Quadratzentimeter etwa 40 Durchtrittsöffnungen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 1 mm aufweisen.

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