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Verfahren zur Rückgewinnung von flüchtigen Stoffen aus feuchten Trägergasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von flüchtigen Stoffen aus
feuchtenTrägergasen, insbesondere von Lösungsmitteln aus diese neben Wasserdampf
enthaltenden Gasen durch direkte Kühlung.
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Flüchtige Stoffe, z. B. Lösungsmittel wie Methylenchlorid, bei der
Filmfabrikation werden in ausgedehntem Maße durch Kühlung der Trägergase zurückgewonnen.
Dabei werden zumeist Temperaturen unterhalb des Wassergefrierpunktes angewandt,
so daß die Kühlflächen bereifen. Infolge der Reifbildung vermindert sich die Kälteübertragung
der Kühlflächen. In weit stärkerem Maße geht der Kondensatanfall zurück, da die
von der Gasströmung mitgeführten Eiskristalle als Kondensations''kerne für die abzuscheidenden
flüchtigen Stoffe wirken und diese in Form von Nebeltröpfchen mitführen. Der hierdurch
bedingte Leistungsabfall ist so erlheblich, daß schon bei mittlerer Bereifungsstärke
keine flüchtigen Stoffe mehr abgeschieden werden. In der Praxis hilft man sich durch
Ausführung von zwei oder drei parallel geschalteten Kühlschächten, von denen jeweils
einer abgetaut wird, während ein anderer sich in Betrieb befindet.
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Nachteilig ist hierbei vor allem die zeitliche Inkonstanz der Abscheideleistung
sowie der Wassergehalt des zurückgewonnenen Lösungsmittels.
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Es ist ein Verfahren zur Tieftemperaturkondensation von organischen
Dämpfen aus Gasen bekannt, bei dem zwei Kühlflüssigkeiten A und B angewandt werden,
von denen die eine, B, die eigentliche Tiefkühlung bewirkt, während die andere,
A, zwischen den eintretenden und den austretenden Gasen im Kreislauf geführt wird
und in dieser Weisse als Wärmeaustauscher zwischen den beiden Gasströmen wirkt.
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Bei der Kühlung fallen die organischen Dämpfe zusammen mit dem in
den Gasen enthaltenen Wasserdampf als Kondle@nsat aus, zum Teil bei der Berührung
mit der Flüssigkeit A und zum andern Teil bei Berührung mit der Flüssigkeit B. Die
Wasserdampf-und Dämpfekondensate mischen sich mit den Flüssigkeiten A und B. Hierdurch
ergeben sich für die Reingewinneng des Dämpfekondensates zwangläufig erhebliche
Komplikationen. Je nachdem ob die Kondensate in den Flüssigkeiten unlöslich oder
löslich sind, müssen sie aus diesen durch Dekantieren oder Destillieren abgetrennt
werden.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten behoben sind, wenn
erfindungsgemäß in zwei Stufen derart gearbeitet wird, daß der Wasserdampfgehalt
der Gase durch eine hygroskopisch wirkende Lösung, wie z. B. hochprozentige Lithiumhalogenid-
oder Schwefelsäurelösung, in einem Vorkühler entfernt wird und anschließend der
nunmehr wasserfreie Lösu:ngsmitteldampf mit demselben, aber flüssigen Lösungsmittel
ausgewaschen wird.
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Durch die scharfe Trennung der beiden Vorgänge: Niederschlagung des
Wasserdampfes und Niederschlagung des rein zu gewinnenden flüchtigen Stoffes, fällt
das Dämpfekondensat nur an einer Stelle und von vornherein in reiner Form an, während
der Wasserdampf für sich allein nur von der hygroskopischen Flüssigkeit aufgenommen
wird, aus der er leicht für sich allein wieder ausgetrieben werden kann. Alle dem
Prozeß der Rückgewinnung von flüchtigen Stoffen aus feuchten Trägergasen bisher
anhaftenden Mängel, wie beispielsweise alle Verunreinigungen, wie sie beim Dekantieren
aus Sole unvermeidlich sind, sowie alle Komplikationen, wie sie mit der nachträglichen
Trennung durch Destillation bzw. Rektifikation zwangläufig verbunden sind, entfallen.
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Ein Vorrichtungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Die Gase, welche flüchtige Stoffe und Wasserdampf enthalten, treten
bei 1 in die z. B. mit Füllkörpern 2 gefüllte Kolonne 3 ein. Hier werden die Gasse
in unmittelbarem Gegenstrom mit einer wäßrigen Flüssigkeit, welche einen sehr viel
geringeren Wasserdampfdruck hat als Wasser, z. B. Lithiumchloridlösung oder Schwefelsäure,
abgekühlt. Diese hygroskopische Flüssigkeit wird durch die Verteilvorrichtung 4
über die Füllung 2 verteilt, in welcher sie herabrieselt, während die Gase in der
Füllung aufsteigen. Die in der Kolonne 3 vorgekühlten Gase strömen nach Passieren
eines Tropf enabscheiders 5 durch die Leitung 6 in die Kolonne 7. Hier werden sie
weiter abgekühlt, vorteilhaft durch unmittelbare Berührung mit einer Flüssigkeit,
welche
durch Kondensation der in den Gasen enthaltenen flüchtigem Stoffe gewonnen ist.
Diese Flüssigkeit wird durch die Verteileinrichtung 8 über die Füllung 9 verteilt,
wo sie die in der Füllung aufsteigenden Gase abkühlt. Die von der Füllung 9 ablaufende
Flüssigkeit sammelt sich im Unterteil der Kolonne 7, von wo sie durch die Umwälzpumpe
10 wieder der Verteilungseinrichtung 8 zugeführt wird. In -den Umwälzkreislauf dieser
Flüssigkeit ist der Kühler 11 eingeschaltet, welcher z. B. von Kühlsole durchströmt
wird. Hierdurch wird die tiefe Temperatur der Flüssigkeit aufrechterhalten, welche
not-,vendig ist, um den gewünschten Teil der flüchtigen Stoffe aus den Gasen
herauszukondensieren. Die auskondensierten flüchtigen Stoffe werden von der im Kreislauf
geführten Flüssigkeit aufgenommen, deren Menge durch den Überlauf 12 gleichgehalten
wird. Die überlaufende Flüssigkeit fließt durch das Siphonrohr 13 in einen daruntergestellten
Auffangbehälter 14. Die aus der Kolonne 7 austretenden Gase gelangen nach Passieren
des Tropfenabscheiders 15 durch Leitung 16 in die Kolonne 17, in welcher sie die
in ihnen enthaltene Kälte an die wäßrige Flüssigkeit, welche für die Kolonne 3 benötigt
wird und welche einen viel geringeren Wasserdampfdruck hat als Wasser, abgeben.
Diese hygroskopische Flüssigkeit wird durch Pumpe 18 aus dem Unterteil der Kolonne
3 entnommen und durch Leitung 19 zu der Verteile orrichtung 20 der Kolonne 17 geführt,
die sie über die Füllung 21 verteilt. Hier wird die hygroskopische Flüssigkeit im
Gegenstrom zu den durch Leitung 16 aus der Kolonne 7 kommenden kalten Gasen geführt
und dabei abgekühlt. Die oben aus der Füllung 21 kommenden Gase verlassen die Anlage
nach Passieren des Tropfabscbeiders 22 durch den Stutzen 23. Die abgekühlte hygroskopische
Flüssigkeit sammelt sich im Unterteil der Kolonne 17. von wo sie mittels der Pumpe
24 durch Leitung 25 zu der Verteileinrichtung 4 der Kolonne 3 geführt wird, die
sie über die Füllung 2 verteilt. Beim Herabrieseln in Füllung 2 nimmt die hygroskopische
Flüssigkeit Wasserdampf auf aus den in der Füllung 2 aufsteigenden Gasen, so daß
sich die in ihr enthaltene Wassermenge vermehrt. Um die umlaufende hygroskopische
Flüssigkeit ausreichend auf gleichbleibender Konzentration zu halten, wird ein Teil
von ihr eingedampft und der Rest wieder in den Kreislauf zurückgeführt. Hierzu dient
der Verdampfer 26. Durch das Ventil 27 wird ein Teil der hygroskopischen Flüssigkeit
aus dein Hauptstrom (Leitung 19) entnommen und über den Wärmeaustauscher 28 und
die Leitung 29 in den Verdampfer 26 geführt. Durch den Überlauf 30 läuft die eingedampfte
Flüssigkeit ab und wird über den Wärmeaustauscher 28 und die Leitung 31 der Saugleitung
der Pumpe 18 zugeführt und damit in den Hauptstrom zurückgeführt. In dem Verdampfer
26 wird ein Teil des Wassers aus der hygroskopischen Flüssigkeit verdampft, z. B.
durch einen eingehängten Tauchsieder 32, der sich z. B. selbsttätig ausschaltet,
wenn die Siedetemperatur der Flüssigkeit in dem Verdampfungsgefäß 26 einen einstellbaren
Wert erreicht. In dieser Weise kann die Konzentration der in dem Siedegefäß siedenden
Flüssigkeit, die z. B. Lithiumchlorid oder Schwefelsäure als Dampfdruck erniedrigendes
Mittel enthält, gleichgehalten werden. Wenn außerdem die Hauptstrommenge der umgepumpten
wäßrigen Flüssigkeit sowie die durch dem Verdampfer 26 gehende abgezweigte Teilmenge
konstant gehalten werden, kann durch diese einfache Anordnung die Konzentration
der durch die Kolonnen 3 und 18 umgepumpten hygroskopischen Flüssigkeit auf ausreichend
gleicher Höhe gehalten werden.
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Zur weiteren Erläuterung des neuen Arbeitsverfahrens dient das nachstehende
Beispiel: 100 Mol einer Gasmischung, welche bei -f-32-- C aus 80 Mol Luft, 19,7
Mol Methylenchlorid und 0,3 Mol Wasserdampf besteht, werden in unmittelbarem Gegenstrom
mit einer 4° C warmen Lithiumbromidlösung von 19 Mol Lithiumbromid, gelöst in 70
Mol Wasser, auf -I-12° C abgekühlt- Dabei vermindert sich der Wasserdampfgehalt
der Gasmischung auf 0,2 Mol. Der Taupunkt sinkt auf -13,2° C. Die Methylenchloridmenge
bleiibt 'unverändert. Bei der Gegenstrombehandlung wird die Li.thiumbromidlösung
auf -I-16° C erwärmt. Nach dieser Vorkühlung durchströmt die Gasmischung den eigentlichen
Kühler, der z. B. aus einer Füllkörpersehicht besteht, in welcher das sich hier
bildende Kondensat M ethylenchloirid, welches in großer Menge im Umlauf auf -13°
C gekühlt wird, herabrieselt. In diesem Rieselkühler wird die Gasmischung auf -12°
C abgekühlt, wobei die darr enthaltene Methylenchloridmenge auf 10 Mol zurückgeht.
9,7 Mol Methylenchlorid werden niedergeschlagen und von der Kühlflüssigkeit aufgenommen,
aus der .sie durch einen Überlauf entnommen werden können. Die aus dem Kühler austretende
Gasmischung besteht aus 80 Mol Luft, 10 Mol MethylenchloTid und 0,2 Mol Wasserdampf.
Diese Gasmischung wird im Gegenstrom unmittelbar oder durch wärmeaustauschende Wände
mit der 16° C warmen, von der Vorkühlung kommenden Lithiumbromidlösu,ng behandelt
und dabei auf 12° C erwärmt, während sich die Lithiumbromidlösung auf -I-4° C abkühlt
und mit dieser Temperatur wieder dem Vorkühler zugeführt, d. h. also zwischen der
eintretenden und der austretenden Gasmischung im Kreislauf geführt wird. Der Wassergehalt
der Lithiumbromidlösung, der infolge der Wasseraufnahme aus der Gasmischung langsam
ansteigt, wird z. B. dadurch auf gle-ichbleibender Höhe gehalten, daß ein kleiner
Teil der 16° C warmen Lösung über einen Wärmeaustauscher zu einem Verdampfer geführt,
dort eingedampft und nach Wärmeaustausch mit der zufließenden Lösung wieder in den
Kreislauf zurückgegeben wird.