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Verfahren zur gegenseitigen Einwirkung von Gasen auf Flüssigkeiten
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Wirbelbetten. Sie gehört zu jener Gattung
der Wirbelbetten, die während ihres Betriebes hergestellt und erneuert werden und
bei denen das zu behandelnde, in einem Rohr aufwärts strömende Gas die Teilchen
des Wlrbelbettes in der Schwebe hält. Während des Hindurchströmens durch das Teilehenbett
wird das aufsteigende Gas behandelt und zieht oberhalb des Bettes ab. Die aus statistischen
Gründen über das Bett hinausgetragenen Teilchen werden ebenfalls aus dem Verfahren
entfernt.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein solches schwebendes
Wirbelbett statt aus Feststoffteilchen aus Tropfen herzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung ohne Verwendung
von Pumpen, Ventilen sowie unter Verwendung kaum verengter Querschnitte, so daß
auch Schlamm in Dauerbetrieb in der Anlage rundgeführt werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, in den Unterteil eines im Oberteil leeren,
etwa senkrechten Rohres, z. B. eines Venturirohres, eine Flüssigkeit rieseln und
diese von einem zu behandelnden Gasstrom hochtragen zu lassen. Die Gestalt des Rohres,
Gasströmung und Flüssigkeitsmenge sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß Idie
Flüssigkeit zu einem Tropfenbett umgeformt wird, das den Querschnitt des Oberteils
des Rohres ausfüllt. Dort wird sein Gewicht durch den Druck des aufsteigenden Gases
im Gleichgewicht gehalten und bleibt statistisch homogen. Das zu behandelnde Gas
strömt hindurch und zieht oben aus dem Rohr ab.
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Versieht man den Gasaustritt mit einem Fänger für die aus statistischen
Gründen besonders hochgehobenen Tropfen, der z. B. in an sich bekannter Weise als
ein geschlitzter Zylinder ausgebildet ist, so werden die Tropfen, soweit sie vom
Gasstrom bis zu diesem Fänger hochgetragen werden, auf dessen Wandung niedergeschlagen.
Die Flüssigkeit, mit den Umsetzungsprodukten aus dem behandelten Gas angereichert,
rieselt als Film auf der Slnnenwandung des Wirbelbettrohres abwärts. Dieses Rohr
hat vorzugsweise glatte Wandungen. Es kann einen Querschnitt haben, der dem Verfahren
angepaßt ist, und etwa axial verlaufende Rillen haben.
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Bekannt sind Gleichstrom-Wirbelbetten für schwebende Feststoffteilchen.
Bekannt sind Gaswascher mit etwa senkrechten Rohren und darin wirksamen Sprühdüsen
für Flüssigkeit. Neu ist jedoch, solche Wäscherohre als Wirbelbettrohre auszubilden
und im Dauerbetrieb in ihnen flüssilge Wirbelbetten für die Behandlung von Gasen
zu erzeugen, besonders unter Verwendung einer drucklosen Selbstvertropfung von Flüssigkeiten.
Gegenstand der Behandlung kann nach
der Erfindung ebensogut das Gas wie die Flüssigkeit
sein.
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Die Erfindung besteht also darin, diese Einrichtung derart zu betreiben,
daß verhältnismäßig große Tropfen, wie sie durch einfaches Abfallen von drucklos
aus Rohrenden austretenden Flüssigkeiten entstehen, von einem Gasstrom gerade in
der Schwebe gehalten und entgegen. ihrer Falibewegung innerhalb des Rohres bis zu
dessen Oberende hochgetragen werden. Es entsteht ein Wirbelbett aus Tropfenschichten,
durch deren Zwischenräume das sie tragende Gas strömt.
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Dies Gas kann dabei viele Behandlungen erfahren, wie sie in Wirbelbetten
üblich sind. Chemische Umsetzungen, physikòchemische Behandlungen, Reinigung, Trocknung,
Kühlung und andere Behandlungen sind möglich. Die aus dem tanzenden Tropfenbett
hinausgetragenen Tropfen verlassen das Bett.
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Die Tropfen bieten eine große Oberfläche für solche Umsetzungen dar,
die wählbar und berechnet den BedarfsfäLlen angepaßt werden kann. Ihre Oberflächenspannung
wird infolge der Reaktionen verringert, die dem Gas dargebotene Oberfläche erneuert
sich durch Reibung, Schwingungskräfte sowie durch Diffusion ständig. Soweit sich
die wirbelnden Tropfen durch Zusammenfließen vergrößern, werden sie zufolge schnelleren
Falls und erhöhter Reibung sogleich wieder zerrissen.
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Die Erfahrung lehrt, daß die aktive Oberfläche des Wirbelbettes aus
Tropfen erheblich größer ist als die rechnerische Tropfenoberfläche. Dem entspricht
auch die Anreicherung der Umsetzungsprodukte, die längs der Innenwand des Rohres
abfließen.
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Das wirbelnde Tropfenbett im ganzen verhält sich nach eigenen Gesetzen,
welche nur in erster Annäherung diejenigen der Zuleitung von Flüssigkeit in das
Rohrinnere sind. Sperrt man die Flüssigkeitszuleitung
ab, so bleibt
das Wirbelbett~noch eine geraume Zeit lang erhalten und wirksam. Leitet man das
neue Verfahren ein, so währt es eine gewisse Zeit, bis der Ablauf der Umsetzungserzeugnisse
beginnt. Auch ist innerhalb des regelmäßigen Betriebes der Zu- und Ablauf der Flüssigkeit
keineswtegs gleichgroß oder, auf die Zeit bezogen, verhältnisgleich. Einer kontinuierlichen
Zufuhr von Flüssigkeit entspricht nicht selten ein rhythmisch zu- und abnehmender
Ablauf.
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Da das neue Verfahren nur mit wenigen Verändelichen arbeitet und
sich in einfachen, wenn nötig durchsichtigen Gefäßen abspielt, läßt es sich leicht
iiberwachen und fast allen Betriebsbedingungen anpassen. Die Flüssigkeit tritt durch
freien Ausfluß zu. Eine Pumpe und Ventile sind meist entbehrlich.
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Die Wände des Behandlungsgefäßes sind bevorzugt glatt, ebenso die
Tropfenfänger. Betriebsstörungen sind leicht zu beobachten; sie stören oder schädigen
bei kürzerer Dauer weder die Umsetzung noch die Einrichtung.
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Das neue Verfahren läßt sich in bequemer Weise verbessern, um die
Hauptwirkung zwischen Tropfen und Gas durch Nebeneinflüsse zu ergänzen, z. B. durch
Bestrahlung des Rohrinnern, dadurch magnetische, elektrische oder mechanisch schwingende
Felder.
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Die Rückführung der benutzten Flüssigkeit in den ZufluB ist besonders
einfach möglich, besonders um mit Feinschlammen oder Lösungen zu arbeiten, deren
Oberflächenspannung niedriger ist als diejenige reiner Flüssigkeiten.
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Beispielsweise Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens sind in
der Zeichnung schematisch in senkrechten Querschnitten dargestellt: Fig. 1 zeigt
einen Behälter zum Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens; die Fig. 2 und 3 sind
Abarten für die Ausbildung des Unterteil es des Behälters, Fig. 4 ist rein schematischer
mittlerer Längsschnitt durch den Oberteil eines Behälters zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 5 ist ein senkrechter mittlerer Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform.
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Man erkennt in Fig. 1 einen konischen Behälter 1, der im Oberteil
in eine zylinderförmige Ausbildung 2 übergeht. Ein Rost 3 trenntíden konischen Teil
vom zylindrischen Teil.
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Der Gaseintrittsstutzen 4 ist von einem Behälter 5 mit Überlauf6
für die Flüssigkeit 7 umgeben. Der Behälter 5 wird durch die Rohrleitung 9 mit Flüssigkeit
gespeist. Die Strömung durch den Kanal 4 in der Richtung 8 reißt vom Überlauf 6
Tropfen ab, die sich in einem Bett 10 im Oberteil des Behälters 1 anreichern. Infolge
des Rostes 3 wird dies Tropfenbett in ein Wirbelbett 11 aus Tropfen verwandelt.
Die Umsetzungsprodukte entweichen in Richtung des Pfeiles 12 unterhalb der Haube
13 in den erweiterten Überfang 14 des Behälters 1. Die Umsetzungsprodukte des Verfahrens
werden an die Wände des Behälters geschleudert; sie rinnen durch die Auslässe 15
ab. Der Auslaß 15 kann mit dem Einlaß 9 verbunden sein. Das Trägergas entweicht
in der Richtung des P'feiles 16 aus dem Rohr 17.
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Fig. 2 zeigt den Unterteil Ides Behälters 1, in welchen in Richtung
des Pfeiles 8 das Trägergas vermittels des Rohres 4 einströmt. Die Flüssigkeit wird
mittels eines den Behälter 4 tangential teilweise umgebenden Rohres 16 zugeführt.
Dort, wo die Wandungen des Rohres 16 und des Gasstutzens 4 einander berühren, sind
die beiderseitigen Wandungen durchbrochen, so SdaB die Flüssigkeit tangential im
Quer-
strom in das Trägergas eintritt. Die Anlage zur Ausübung des Verfahrens nach
Fig. 2 kann im übrigen entsprechend der Fig. 1 ausgebildet sein.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Stutzen 4, in welchen
das Trägergas in Richtung des Pfeiles 8 in den Behälter 1 eintritt, eine Rohrleitung
17 mit Brause 18 enthält, welche die Flüssigkeit 19 in Tropfen zerstäubt. Im übrigen
kann die Anlage zur Verwendung dieser Tropfen gemäß der in Fig. 1 beschriebenen
ausgeführt sein.
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Bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 schließt sich an den konischen
Behälter 1, in welchen in Richtung des Pfeiles 8 das Trägergas hochsteigt, oberhalb
des Rostes 3 mit indem Tropfenbett 11 eine Düse 20 an, aus welcher ein Behandlungsmittel
21 in das Tropfenbett verteilt wird.
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Die Anordaunlg der Haube13 des Überfangbehälters 14 mit Abfluß 15
für das Umsetzungsprodukt entspricht der Ausbildung nach Fig. 1. Das Trägergas bzw.
der gasförmige Anteil der Umsetzung tritt in Richtung des Pfeiles 16 aus dem Rohr
17 aus.
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Die Ausbildung der Anlage nach Fig. 5 entspricht bezüglich der gleichen
Bezugszeichen derjenigen nach Fig. 1.
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Oberhalb des stationären flüssigen Tropfenbettes 11 verengt sich
der Behandlungsbehälter 1 zu einem konischen Teil 21. Hieran schließt sich die Rohrleitung
22 für das abziehende Trägergas bzw. das gasförmige Umsetzungsprodukt 16 an. Dieses
tritt tangential in einen Zyklon 17 ein. Aus diesem entweicht der gasförmige Anteil
mittels des Stutzens 18, während feste oder flüssige Umsetzungsprodukte durch den
Auslauf 23 in Richtung des Pfeiles 2£ entlassen werden. Der Auslauf 23 kann mit
dem Einlaß 9 in Verbindung stehen.
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Der Rost 3 fängt die kleinsten Tröpfchen auf, die von dem langsam
durch ihn hindurchtretenden Gas mitgetragen werden könnten, ehe sie genügend an
der Umsetzung teilgenommen haben. Im Rost 3 vereinigen sich diese kleinen Tröpfchen
zu größeren, die dann entweder abtropfen oder leicht aus dem Gas abgeschieden werden.
Außerdem dient der Rost 3 zur gleichmäßigen Verteilung der Strömung über den Querschnitt.
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Mit dem Gas oder der Flüssigkeit oder auch vermischt mit diesen Medien
bzw. aufgeschlämmt oder gelöst in der Flüssigkeit kann in das Verfahren nach der
Erfindung leicht ein dritter Stoff als Reaktionspartner eingespeist werden, z. B.
ein Katalysator.
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Beispiel Bei der Verbrennung von flüssigem Phosphor wird im Ofenrohr
mit Hilfe der abziehenden Gase ein Wirbelbett aus Wassertropfen erzeugt. Die abziehenden
Gase enthalten in der Form von Tropfen und Kondlensatilonsprodulkten etwa 40 0/o-
der reaktiven Produkte des Ofens. Mit Hilfe des Wirbelbettes werden über 99 °/o
dieser Umsetzungsprodukte in flüssiger Form wiederlgewonnen. Das Schwebebett aus
Tropfen wandelt sich während des Betriebes in immer stärker konzentrierte Tropfen
aus phosphoriger Säure um. Man hat den weiteren Vorteil, daß man nach dem Verfahren
die umlaufende Flüssigkeit in beliebiger Konzentration abziehen kann. Der Wasserbedarf
ist gegenüber bekannten Verfahren auf einen Bruchteil verringert.