DE2807221A1

DE2807221A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen behandlung einer fluessigkeitsphase mit einer gasphase

Info

Publication number: DE2807221A1
Application number: DE19782807221
Authority: DE
Inventors: Leon Irving Ross
Original assignee: Caribbean Properties Ltd
Current assignee: Caribbean Properties Ltd
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1978-08-31
Also published as: AU3349378A; AU516312B2; JPS6127081B2; ZA78989B; FR2380804A1; JPS53103977A; GB1581728A; FR2380804B1

Description

KRAUS & WEISERT 28Ü722 i

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 - D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1752 AW/My

CARIBBEAN PROPERTIES LIMITED Grand Cayman /Britisch-West-Indien

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase

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Beschreibung

Erfindungsgemäß werden Flüssigkeiten oder Gase in Suspension ineinander als Nebel oder Schäume kontinuierlich getrennt, und das unvermeidliche Mitreißen von Nebel oder Schäumen wird während des Gas/Flüssigkeitskontakts bzw. der Gas/Flüssigkeitsbehandlung unterdrückt nach einem Verfahren, bei dem beide Phasen um eine vertikale Achse gesponnen werden, die sich durch das Zentrum einer horizontalen? kreisförmigen Öffnung erstreckt, durch die sie im Gegenstrom fließen. Die abfallende Flüssigkeitsphase, die außen und abwärts von der unteren Kante der Öffnung spinnt, wird einen im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen Vorhang aus Flüssigkeit erzeugen, durch die die spinnende, gasförmige Phase durchbläst, bevor sie die Öffnung erreicht, durch deren Zei trum sie aufsteigt. Die zentrifugale Beschleunigung des spinnenden FlüssigkeitsVorhangs wird nicht nur das Mitreißen im Inneren der Nebentröpfchen durch die Gasphase und außen am Schaum durch die Flüssigkeitsphase unterdrücken, sondern die in der Gasphase suspendierten Nebeltröpfchen werden ebenfalls von dem Flüssigkeitsvorhang eingefangen, aus dem mitgerissener Schaum durch die Gasphase, die durch ihn hindurchgeht, mitgetragen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gegenstromkontakt einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase und ihre nachfolgende Trennung voneinander. Ein solcher Kontakt bzw. eine solche Behandlung kann einen Wärmeaustausch, eine oder mehrere chemische Reaktionen oder eine physikalische Übertragung ,eines oder mehrerer Bestandteile von einer Phase in die andere sein.

Da irgendwelche Zwischenwirkungen zwischen den beiden Phasen von ihrem Grad des physikalischen Kontakts miteinander abhängen, wird die Rate der Zwischenwirkung eine direkte Funktion der Fläche der Flüssigkeitsoberfläche (oder -grenzfläche)

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sein, die der Gasphase pro Zeiteinheit ausgesetzt ist. Aus diesem Grund sind Gasscrubber bzw. -Waschanlagen, Absorptionsvorrichtungen, Verdampfungsvorrichtungen, Kühltürme, Destillationskolonnen und andere Arten von Vorrichtungen, bei denen eine solche Zwischenwirkung erforderlich ist, häufig so gebaut, daß die Fläche der Flüssigkeitsoberfläche (oder -grenzflache), die so ausgesetzt ist bzw. eine Rolle spielt, vergrößert wird, entweder indem man die Flüssigkeitsphase in der Gasphase dispergiert oder indem man die Gasphase durch die Flüssigkeitsphase bläst bzw. perlt.

Die wirksame Kapazität einer solchen Vorrichtung wird schließlich durch ihre Fähigkeit begrenzt, die entsprechenden Phasen voneinander nach dem Kontakt zu trennen. Je feiner die in die Gasphase gesprühten Tröpfchen sind, umso größer wird die Gefahr, daß sie durch den Gasstrom mitgerissen werden. Wenn die Gasphase durch die Flüssigkeitsphase geblasen wird, können nicht nur die Blasen die Flüssigkeitsphase in den Gasstrom als Nebel tragen, sondern die Flüssigkeitsphase kann ebenfalls die Gasblasen in Form eines Schaums einschließen.

Erfindungsgemäß wird es möglich, nicht nur das Mitreißen in irgendeiner Phase zu unterdrücken, sondern ebenfalls bei vorhandenen Suspensionen die eine Phase von der anderen Phase zu trennen, indem ein Verfahren zum kontinuierlichen Kontakt einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase und ihre nachfolgende Trennung voneinander zur Verfügung gestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man

(1) die Flüssigkeitsphase so leitet, daß sie kontinuierlich durch eine im allgemeinen horizontale, kreisförmige Öffnung im allgemeinen im Gegenstrom zu der Gasphase fällt, die man kontinuierlich durch die Öffnung aufsteigen läßt, während

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(2) beide Phasen um eine im allgemeinen vertikale Achse, die sich durch den Mittelpunkt dieser Öffnung erstreckt, gesponnen werden, schnell genug, daß die fallende Flüssigkeitsphase in einen im allgemeinen kontinuierlichen, kreisförmigen Flüssigkeitsvorhang, der nach außen und abwärts von der unteren Kante der Öffnung spinnt,, bildet und

(3) die spinnende Gasphase so leitet, daß sie durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang hindurchgeht, bevor er in den Boden der Öffnung eintreten kann.

Da die Gasphase durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang bläst bzw» sprudelt bzw» wallt bzw. hindurchperlt (im folgenden wird der Einfachheit halber der Ausdruck "hindurchblasen" bzw. "perlen" verwendet), bevor sie durch die Öffnung aufsteigen kann, wird die zentrifugale Beschleunigung der Flüssigkeitsphase, die nahe an ihrem Maximum an der Kante der Öffnung liegt, das Mitreißen von Nebeltröpfchen durch die Gasblasen unterdrücken, die radial im Inneren von der inneren Oberfläche des spinnenden Flüssigkeitsvorhangs entweichen.

Nebeltröpfchen, die zuvor in die Suspension durch die Gasphase getragen wurden, werden ebenfalls von der Flüssigkeitsphase während ihrer Strömung durch den spinnenden Flüssigkeitsvorhang aufgenommen bzw. eingefangen. Die Zugabe eines Benetzungsmittels zur Verringerung der Oberflächenspannung der Flüssigkeitsphase wird bei der Aufrechterhaltung der Kontinuität des spinnenden Flüssigkeitsvorhangs helfen, wenn seine Dicke in radial äußerer Richtung verringert wird, und wird die bessere Benetzung des teilchenförmigen Materials, das in der Gasphase suspendiert ist, ermöglichen, wenn die Gasphase durch ihn hindurchgeblasen wird.

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AO

Die Zentrifugalbeschleunigung des spinnenden bzw. sich drehenden Flüssigkeitsvorhangs wird ebenfalls das Mitreißen von Schaum durch die Flüssigkeitsphase verringern, während zuvor mitgerissener Schaum von der Gasphase mitgetragen wird, wenn sie durch den dünnen Flüssigkeitsvorhang hindurchp erlt.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Kontakt einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase und ihre nachfolgende Trennung voneinander, die gekennzeichnet ist durch

(a) einen Kanal bzw. ein Rohr mit im allgemeinen kreisförmigem Innenquerschnitt und einer im allgemeinen vertikalen, longitudinalen Achse,

(b) ein im allgemeinen transversales Trennelement bzw. Trennwand bzw. Trennung, die den Kanal in eine obere und eine untere Kammer trennt,

(c) eine im allgemeinen horizontale, zentrale, kreisförmige Öffnung, die durch das Trennelement bzw. die Trennwand hindurchgeht,

(d) eine Einrichtung zum Einführen der Flüssigkeitsphase in und zur Entnahme der Gasphase aus der oberen Kammer,

(e) eine Einrichtung zum Einführen der Gasphase in und zur Entnahme der Flüssigkeitsphase aus der unteren Kammer,

(f) eine Einrichtung zum Spinnen des Inhalts des Kanals um seine vertikale, longitudinale Achse schnell genug, so daß die Flüssigkeitsphase durch die Öffnung absteigt und daraus in Form eines im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen FlüssigkeitsVorhangs, der nach außen und abwärts in die untere Kammer spinnt, entweicht, und

(g) eine Einrichtung zum Leiten der Strömung der Gasphase in die untere Kammer, so daß verhindert wird, daß sie durch die Öffnung in die obere Kammer aufsteigt, ohne daß sie zuerst durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang hindurchgegangen ist.

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Das Trennelement bzw. die Trennung bzw. die Trennwand (im folgenden als "Trennelement" bezeichnet) umfaßt bevorzugt einen zentralen Trichter, vorzugsweise in Form eines Kegelstumpfes eines umgekehrten, hohlen Kegels, koaxial mit dem Kanal, mit einem kreisförmigen Innenquerschnitt, der abwärts in die untere Kammer unter Bildung der Öffnung an seiner Kehle zusammenläuft.

Die Einrichtung zum Einleiten der Flüssigkeitsphase und Entnahme der Gasphase wird normalerweise einen Einlaß für die Flüssigkeitsphase und einen Auslaß für die Gasphase umfassen. Aber bei bestimmten Anwendungen können andere Einrichtungen beide diese Funktionen erfüllen. Wenn z.B. Dampf der Flüssigkeitsphase die gesamte oder einen Teil der Gasphase darstellt, kann durch eine Kühlschlange oder einen Kühlmantel um die obere Kammer der Dampf zu der Flüssigkeitsphase kondensiert werden, und dabei kann die Flüssigkeitsphase in die obere Kammer eingeleitet werden, ohne daß es erforderlich ist, für die Flüssigkeitsphase einen getrennten Einlaß vorzusehen. Wenn die Gasphase vollständig in der Flüssigkeitsphase entweder durch Auflösen, chemische Reaktion oder beides absorbiert ist, ist kein getrennter Auslaß für die Gasphase aus der oberen Kammer erforderlich.

Die Einrichtung zum Einleiten der Gasphase und zur Entnahme der Flüssigkeitsphase wird normalerweise einen Einlaß für die Gasphase und einen Auslaß für die Flüssigkeitsphase umfassen, aber bei bestimmten Anwendungen können andere Einrichtungen ebenfalls jede dieser Funktionen übernehmen. Beispielsweise wird, wenn die Gasphase der Dampf von einem der Bestandteile der Flüssigkeitsphase ist oder wenn ein Gas oder eine flüchtigere Flüssigkeit in der Flüssigkeitsphase gelöst oder kolloidal dispergiert ist, eine Heizschlange oder ein Heizmantel um die untere Kammer das Gas oder den Dampf aus der Flüssigkeitsphase in die Gasphase treiben, und dadurch

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wird die Gasphase in die untere Kammer eingeführt, ohne daß es erfcr derlich ist, einen getrennten Einlaß für die Gasphase vorzusehen.

Wenn zwei oder mehrere Einheiten der Vorrichtung in Reihe miteinander verbunden sind, kann die obere Kammer der einen Einheit als untere Kammer für die Einheit, die am nächsten über ihr ist, dienen, und die Öffnung kann bei der ersten Einheit sowohl als Einlaß für die Flüssigkeitsphase als auch als Auslaß für die Gasphase dienen, während für die Einheit, die am nächsten über ihr ist, die gleiche Öffnung sowohl der Einlaß für die Gasphase als auch der Auslaß für die Flüssigkeitsphase sein kann.

Die Einrichtung zum Spinnen kann eine Einrichtung oder eine Kombination gut bekannter Einrichtungen sein, wie schraubenförmige Flügel bzw. Schaufeln oder ein Kanal, eine Einrichtung zur tangentialen Einführung von entweder der Gasoder der Flüssigkeitsphase(oder beiden) oder ein rotierender Flügel bzw. Ventilator oder ein rotierendes Laufrad. Die Geschwindigkeit beim Spinnen beider Phasen kann erhöht werden, ohne wesentliche Wirkung auf ihre longitudinalen Geschwindigkeiten, durch tangentiales Einleiten, bevorzugt in die untere Kammer, des Dampfes von einem Bestandteil der Flüssigkeitsphase bei einem Druck, der hoch genug ist, durch eine oder mehrere geeignete Düsen.

Die Einrichtung zum Leiten der Strömung wird normalerweise eine oder mehrere Ablenkbleche bzw. -organe oder Flügel bzw. Schaufeln umfassen, um zu verindern, daß die Gasphase in der unteren Kammer de.n Boden der Öffnung betritt, ohne daß sie zuerst durch den im allgeneinen kontinuierlichen Vorhang der spinnenden Flüssigkeitsphase hindurchgegangen ist, der den Spalt zwischen dem Ablenkorgan und dem Boden der Öffnung abschirmt bzw. abdeckt. Da beide Phasen mit ungefähr der

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gleichen Rotationsgeschwindigkeit spinnen, ist die einzige wesentliche , relative Bewegung zwischen ihnen ihre relativ langsame im allgemeinen Gegenstromgeschwindigkeit in radialen und longitudinalen Richtungen.

Jedes dieser Ablenkorgane wird bevorzugt in Form des Stumpfes eines umgekehrten, hohlen Kegels koaxial mit und umgebend einen Trichter der gleichen Form vorliegen» wodurch die spinnende Flüssigkeitsphase abwärts aus der oberen Kammer zu der Öffnung, die von der Kehle des Trichters gebildet wird, befördert wird. Die Gasphase aus der unteren Kammer wird in den Durchgang zwischen den beiden Kegeln am oberen Teil des äußeren Kegels eintreten, und sie wird durch die im allgemeinen kontinuierliche Flüssigkeitskaskade hindurchgehen, die außen von der Öffnung am Boden des inneren Kegels spinnt, bevor sie in die Öffnung eintreten kann, und durch den inneren Kegel in die obere Kammer aufsteigen kann. In der Zwischenzeit läuft die spinnende Flüssigkeitsphase an der Innenwand des äußeren Kegels in Richtung auf den Flüssigkeitsauslaß am Boden des äußeren Kegels ab.

Wenn immer eine einzige Einheit der Vorrichtung nicht die Zwischenwirkung zwischen den Gas- und den Flüssigkeitsphasen ermöglicht, die bis zu dem gewünschten Abschlußgrad erforderlich ist, können zusätzliche Einheiten in Reihe miteinander verbunden werden. Die frische Gasbeschickung kann in die untere Kammer der ersten Einheit einer solchen Reihe eintreten, in der die flüssige Beschickung in die obere Kammer die Abstromflüssigkeit sein kann, die von der unteren Kammer der zweiten Einheit abgegeben wird, während die frische Flüssigkeitsbeschickung die obere Kammer der letzten Einheit der Reihe betreten kann, wobei die Gasbeschickung in die untere Kammer das Gas sein kann, das von der oberen Kammer der zweitletzten Einheit abgeblasen wird. Eine ähnliche Anordnung kann verwendet werden, wenn die Vorrichtung zur

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kontinuierlichen fraktionierten Destillation mischbarer Flüssigkeiten verv/endet werden soll. Das Gemisch kann kontinuierlich in eine Zwischeneinheit eingeleitet werden. Die flüchtigere Fraktion wird aus der oberen Kammer der letzten Einheit in der Dampfphase abgeblasen, während die weniger flüchtige Fraktion- kontinuierlich aus der unteren Kammer der ersten Einheit in der Flüssigkeitsphase entnommen werden kann.

Wenn die Hauptfunktion der Flüssigkeitsphase ein Wasch- bzw. Scrubbermedium für die Extraktion löslicher Gase oder anderer Bestandteile aus der Gasphase ist, ist es oft vorteilhaft, daß sie ein oder mehrere oberflächenaktive Mittel oder Reagentien enthält, die die spezifischen festen, flüssigen oder gasförmigen Bestandteile benetzen, neutralisieren oder sonst damit reagieren, die in der Gasphase vorhanden sind. Zu diesem Zweck ergibt die Anwesenheit eines Benetzungsmittels zur Verringerung der Oberflächenspannung der Flüssigkeitsphase einen besonderen Vorteil, da sie hilft, die Kontinuität des spinnenden Flüssigkeitsvorhangs, der von der Flüssigkeitsphase gebildet wird, zu erhalten, wenn er progressiv dünner wird, während er radial nach außen in die untere Kammer fließt, nachdem er von der unteren Kante der Öffnung entwichen ist.

In der Gasphase suspendierte liebeltröpfchen können am besten in dieser Vorrichtung entfernt werden, wenn sie in der Flüssigkeitsphase löslich und vorzugsweise damit mischbar sind. Suspendierte, feste Teilchen können auf ähnliche Weise aus der Gasphase in dieser Vorrichtung entfernt werden, indem man sie in solche liebeltröpfchen durch Kondensation des Dampfes der flüssigen Phase an dem teilchenförmigen Impfkeim, der in der Gasphase suspendiert ist, umwandelt. Dieser Dampf kann entweder in die Gasphase durch einen geeigneten Einlaß eintreten oder er kann aus der Flüssigkeitsphase verdampfen und erneut näher zu der Achse der Spinnung konden-

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siert werden, wenn die Geschwindigkeit beim Spinnen schnell genug ist, um den erforderlichen radialen Temperatürgradienten zu erzeugen. Nähere Einzelheiten finden sich in der GB-PS 1 445 978. Wenn die Spinn-Nebeltröpfchen den im allgemeinen kontinuierlichen Vorhang, der von der spinnenden Flüssigkeitsphase, die aus der unteren Kante der Düse austritt, gebildet wird, erreichen, werden sie Teil des Flüssigkeitsvorhangs, der radial nach außen spinnt, während die relativ nebelfreie Gasphase ihre innere Bewegung in Richtung auf die Öffnung weiter fortführt, wodurch sie anschließend in die obere Kammer aufsteigt. Die teilchenförmigen Impfkeime, auf denen sich der Dampf unter Bildung dieser Nebeltröpfchen kondensiert, werden dann von der gewaschenen Gasphase abgetrennt und mit der abfließenden Flüssigkeitsphase, die aus der unteren Kammer abgegeben wird, weggetragen.

Schäume können in dieser Vorrichtung ebenfalls gebrochen werden, wenn sie kontinuierlich in die obere Kammer durch den Einlaß für die Flüssigkeitsphase eingeleitet werden, bevorzugt bei einer Temperatur, die hoch genug ist, um die Viskosität der Flüssigkeitsphase auf einen geeigneten Viert zu verringern. Die hohe Zentrifugalbeschleunigung, die in dem Wirbel der Öffnung erreichbar ist, wird die mitgerissene Gasphase freisetzen und es ermöglichen, daß sie radial innen von dux¹ Innenoberflache de 4? spinnenden Flüssigkeitsphase entweichen kann. Die Freisetzung des Schaums wird durch seine kontinuierliche Einleitung in die untere Kammer eines freien Vorrats an Gasphase beschleunigt, wodurch die Befreiung der mitgerissenen Gase erleichtert"wird, wenn sie durch den spinnenden Flüssigkeitsvorhang hindurchperlen.

In den Fig. 1 und 3 sind jeweils teilweise in schematischer Form besondere Schnitte von vertikalen Ansichten zweier erfindungsgemäßer Ausführungsformen der Erfindung dar-

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gestellt. Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab und in größeren Einzelheiten einen teilweise vertikalen Schnitt durch ein Paar von Trichtern zusammen mit einer schraubenförmigen Führung zwischen ihnen, die in kleinerem Maßstab in Fig. 1 dargestellt sind.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine im allgemeinen zylindrische Wand 2, die ein Rohr bzw. einen Kasten bzw. einen Kanal 1 mit einer im allgemeinen vertikalen, longitudinalen Achse begrenzt bzw. definiert. Der Einfachheit halber wird für das Rohr bzw. den Kasten bzw. den Kanal 1 im folgenden der Ausdruck "Kanal" verwendet. Der Kanal 1 ist in eine unter Kammer 3 und eine obere Kammer 4 durch ein im allgemeinen transversales, kreisförmiges Trennelement 5 geteilt, dessen Zentrum zu einem Trichter 6 in Form eines Kegelstumpfes eines umgekehrten, hohlen Kegels ausgebildet ist. Der Trichter 6 ist an seinem Hals 7 offen, wodurch eine horizontale, zentrale, kreisförmige Öffnung entsteht, die die einzige Einrichtung zur Kommunikation zwisehen den beiden Kammern darstellt.

Das obere Ende der oberen Kammer 4 ist durch eine Abdeckung 8 geschlossen, mit Ausnahme eines Abstromgasauslasses 9, der durch den I-littelpunkt der Abdeckung 8 hindurchgeht und sich aufwärts davon durch ein Gasphasendrosselventil 12 erstrecke.

Ein oder mehrere Flüssigkeitsphaseneinlässe 10 sind tangential an der zylindrischen Wand 2 befestigt und erstrecken sich durch diese hindurch in die obere Kammer 4 in im allgemeinen horizontaler Richtung. Jeder Einlaß 10 ist bevorzugt mit einer Düse oder Öffnung 11 zur Beschleunigung der Geschwindigkeit der hereinkommenden Flüssigkeitsphase und einem Flüssigkeitsbeschickungsventil 13 zur Regulierung ihrer Strömungsrate in die obere Kammer 4 ausgerüstet. Einer

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oder mehrere der Einlasse 10 können zum Einleiten von Reagentien oder oberflächenaktiven Mitteln in die Flüssigkeitsphase dienen.

Ein Rotationslaufrad bzw. -rührflügel kann gegebenenfalls in der oberen Kammer 4 als alternative oder ergänzende Einrichtung zum Spinnen der Flüssigkeitsphase um ihre vertikale, longitudinale Achse mit einer höheren Geschwindigkeit als die, die bei ihrer optimalen Strömungsrate durch die tangentialen Auslässe 10 erreicht wird7"~vo2!gesehen sein. Das dargestellte Laufrad umfaßt einen Ring mit vertikalen Flügeln bzw. Blättern 20, die miteinander an ihren oberen und unteren Enden durch ringförmige Einfassungen oder Bügel bzw. Kragen bzw. Reifen 18 bis 19 verbunden sind. Die obere, ringförmige Einfassung 18 ist mittels radialer Speichen 17 mit einem vertikalen Schaft 21 verbunden, der koaxial mit dem Kanal 1 verläuft und der sich durch das Zentrum der Abdeckung 8 von dem Antrieb 16 erstreckt.

. Unter dem Trennelement 5 ist ein Einlaß 24 für die Gasphase tangential an der Wand 2 befestigt und erstreckt sich durch diese in die untere Kammer 3 in der gleichen Richtung wie die Flüssigkeitsphaseneinlässe 10.

Bei bestimmten Anwendungen, wie beim Waschen von teilchenförmigem Material aus der Gasphase (vergl. GB-PS 1 445 978), können ein oder mehrere Dampfeinlasse 37 tangential an der Wand 2 befestigt sein und sich durch diese in die untere Kammer 3 in gleicher Richtung wie der Gasphasenauslaß 24 erstrecken. Sie können dazu dienen, sowohl die Gasphase mit Dampf zu sättigen als auch deren Spinngeschwindigkeit zu beschleunigen, ohne daß ihre Strömungsrate in longitudinaler Richtung erhöht wird. Jeder Einlaß 37 wäre normalerweise durch ein getrenntes Dampfbeschickungsventil 38 und eine geeignete Düse 39 verbunden, um die Strömungs- *" peripheren

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rate des hereinkommenden Dampfes zu kontrollieren und seinen Druck in Geschwindigkeit umzuwandeln. Ein ähnlicher, zusätzlicher Einlaß 44 (kontrolliert durch das Ventil 45) kann in dem Gasphaseneinlaß 24 in Form eines Ejektors bzw. eines Auswerfers oder eines Venturiscrubbers 25 angebracht sein, durch den entweder ein Dampf oder eine verdampfbare Flüssigkeit innigst mit der hereinkommenden Gasphase, zur Benetzung des suspendierten, teilchenförmigen Materials vermischt werden kann, insbesondere durch Kondensation darauf aus der Dampfphase.

Das untere Ende der unteren Kammer 3 ist mit dem Boden 14 verschlossen, der bevorzugt nach oben konkav gewölbt ist mit seinem Mittelpunkt über der äußeren Kante und der durch eine.η Schlammauslaß 26 durchdrungen wird, der sich nach außen und nach unten durch ein Schlammventil 27 erstreckt.

Das Zentrum des Bodens 14 wird durch eine Trichter 15 durchdrungen, der im allgemeinen identisch und coaxial mit dem Trichter 6 verläuft, der sich abwärts von seinen kreisförmigen Kundteil 33 im Zentrum des Bodens 14 zu dem kreisförmigen Hals 34 erstreckt, der durch einen Abflußflüssigkeitsauslaß 22 zu einem Abflußflüssigkeitsventil 23 führt. Eine Flüssigkeitsüberflußleitung 35 verbindet den Schlamraauslaß 26 mit dem Abstromflüssigkeitsauslaß 22 durch das Flüssigkeitsüberlaufventil 36.

Die Vorrichtung kann so gebaut sein, daß der Raum zwischen der Außenoberfläche des Trichters '6 und der Innenoberfläche des Trichters 15 eng genug ist, um die Bildung eines im allgemeinen kontinuierlichen FlüssigkeitsVorhangs 41 durch die absteigende Flüssigkeitsphase zu ermöglichen, wenn sie nach außen und abwärts von der unteren Kante des Halses 7 spinnt, um den Auslaß von dem Durchgang zwischen

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den beiden Trichtern abzuschirmen, durch die die spinnende, gasförmige Phase innen und nach abwärts von der unteren Kammer 3 fließen kann, bevor sie durch den Hals 7 aufwärts in die obere Kammer 4 aufsteigen kann»

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, können die Kapazität und Leistungsfähigkeit der Vorrichtung erhöht werden und die longitudinale Geschwindigkeit der Gasphase, die durch den spinnenden Flüssigkeitsvorhang 41 hindurchgeht,verringert werden, indem man die Entfernung zwischen den Trichten 6 und 15 erhöht und indem man eine Reihe von im allgemeinen identischen, kegelförmigen Trichtern 28 einsetzt, um eine entsprechende Zahl von zusätzlichen, parallelen Durchgängen 43 zu schaffen, durch die die Gasphase aus der unteren Kammer 3 durch eine entsprechende Zahl zusätzlicher Flüssigkeitsvorhänge 41 auf ihrem Weg in die obere Kammer 4 fließen kann. Die Entfernung zwisehen zwei benachbarten Trichten kann somit kurz gehalten werden, um die Kontinuität der spinnenden Flüssigkeitsvorhänge 41 längs der Durchgänge 43 zwischen den Trichtern aufrechtzuerhalten, während die Gesamtfläche längs der Durchgänge erhöht werden kann, Je entsprechend dem Umfang, der erforderlich ist, um die Ab-./ärtsgeschwindigkeit der Gasphase, die aus den Durchgängen 43 herausfließt, auf ihren optimalen Wert zu verringern. Es ist bevorzugt, daß die vertikale Lgnge jedes der Trichter 28 etwas länger ist als die des unmittelbar darüberliegenden, so daß der Durchmesser jedes ihrer Hälse 31 progressiv dünner gemacht wird, wenn sie sich dem Trichter 15 nähern.

Jeder der Trichter 28 ist von dem "nächsten, über ihm liegenden Trichter durch eine oder mehrere spiral- oder schraubenförmige Führungen 29 getrennt. Die Ganghöhe bzw. die Gewindesteigung bzw. der Zwischenraum jeder der Führungen 29 nimmt bevorzugt progressiv ab, so daß konvergierende, schneckenförmige Durchgänge 43 entstehen mit fast horizontal

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gerichteten Auslassen, durch die bewirkt wird, daß die Gasphase schneller spinnen kann und schneller, wenn sie von der unteren Kammer 3 zwischen den Trichtern in im allgemeinen Abwärts- und Einwärtsrichtung von dem Mundteil 30 des einen Trichters 28 durch den Hals 31 des nächsten, über ihm liegenden Trichters fließt. Jede der Führungen 29 ist entweder ein integraler Teil des Trichters 28 oder ein getrennter Streifen, bevorzugt aus einem geschäumten oder hohlen Elastomeren, oder ein Strang bzw. Seil aus flexiblen Fasern, befestigt zwischen jedem Paar benachbarter Trichter.

In Fig. 2 ist in größerem Maßstab und in näheren Einzelheiten ein benachbartes Paar von Trichtern 28 dargestellt, wobei ihre Mundteile 30 ihrer Hälse 31» die schneckenförmige Führung 29 zwischen ihnen und der Flussigkeitsvorhang 41, der nach außen und abwärts von der unteren Kante des Halses 31 des oberen Trichters längs des Durchgangs 43 zwischen den beiden Trichtern bis zur inneren Oberfläche des unteren Trichters spinnt, dargestellt sind.

Ein zylindrisches Ablenkorgan 42, koaxial mit dem Kanal 1, ist in Fig. 1 dargestellt, das sich abwärts in die untere Kammer 3 von der unteren Oberfläche des Trennelements 5 erstreckt. Es kann sowohl zur gleichmäßigeren Verteilung der Strömung der Gasphase zwischen den Durchgängen 43 dienen als auch dazu, zentrifugal abtrennbares, teilchenförmiges Material davon getrennt zu halten.

Im Betrieb wird die Flüssigkeitsphase kontinuierlich in die obere Kammer 4 durch den Flüssigkeitsphaseneinlaß 10 und die öffnung 11 in einer Rate geleitet, die durch das Flüssigkeitsbeschickungsventil 13 kontrolliert bzw. reguliert wird. Da die tangentiale Konfiguration des Flüssigkeitsphaseneinlasses 10 und die Erhöhung in der Einlaßgeschwindigkeit in der Flüssigkeitsphase durch die Öffnung 1 induziert werden,

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wird die eintretende Flüssigkeitsphase längs des Inneren der Wand 2 geleitet, gegen die sie um die longitudinale, vertikale Achse der oberen Kammer 4 schnell genug spinnt, so daß ein freier Vortex mit einer Oberfläche 40 gebildet wird, der sich der Vertikalen am Hals 7 nähert»

Wenn die Einlaßgeschwindigkeit der Flüssigkeitsphase, die von der Öffnung 11 heraustritt, zu niedrig ist₉ um die Flüssigkeitsphase in der oberen Kammer 4 ausreichend schnell durch sie selbst zu spinnen, kann man sie schneller spinnen lassen, indem man die Laufradblätter 20, die sonst nicht erforderlich sind, rotierte

Nachdem ausreichend Flüssigkeitsphase in die obere Kammer 4 eingeleitet wurde, so daß der Innendurchmesser der Vortexoberfläche 40 entsprechend dem des Halses 7 verengt wurde, wird die spinnende Flüssigkeitsphase die Kante des Halses 7 überströmen und radial nach außen und abwärts längs des Durchgangs 43 zwischen der Außenoberfläche des Trichters 6 und der Innenoberfläche des höchsten Trichters 28 in Form eines im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen Flüssigkeitsvorhangs 41 spinnen., der den Auslaß des Durchgangs 43 abschirmt.

Die absteigende Flüssigkeitsphase spinnt weiter längs der Innenob^rfläche des höchston dar Trichter 28, längs dem sie weiter absteigt, bis sie über den Hals 31 fließt und radial und abwärts und auswärts unter Bildung eines zweiten, im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhangs 41 längs des Auslasses des Durchgangs 43 zwischen dem höchsten und dem nächsthöchsten Trichter 28 spinnt.

Die spinnende Flüssigkeitsphase geht weiter abwärts und überfließt die Hälse 31 von aufeinanderfolgenden, niedrigeren Trichtern 28 und bildet im allgemeinen kontinuierliche Flüssig-

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keitsvorhänge 41 längs der Auslässe jedes der Durchgänge zwischen ihnen, bis sie schließlich den Hals 34 des Trichters 15 überfließt und kontinuierlich durch den Abstromflüssigkeitsauslaß 22 in einer Rate entnommen wird, die durch das Abstromflüssigkeitsventil 23 reguliert wird.

In der Zwischenzeit wird die Gasphase kontinuierlich durch den Gasphaseneinlaß 24 in die untere Kammer 3 in einer Rate eingeleitet, die durch das Gasphasendrosselventil 12 reguliert wird. Wegen der tangentialen Konfiguration des Gasphaseneinlasses 24 wird die Gasphase um die vertikale, longitudinale Achse der unteren Kammer 3 in gleicher Richtung wie die spinnende Flüssigkeitsphase gesponnen. Wenn die Anfangsgeschwindigkeit beim Spinnen nicht schnell genug ist, kann sie durch kontinuierliches, tangentiales Einleiten von Dampf in einer höheren Geschwindigkeit durch einen oder mehrere Dampfeinlässe 37 beschleunigt werden und ihre entsprechenden Düsen 39 in Raten, die durch die Dampfbeschikkungsventile 38 kontrolliert v/erden. Der Dampf kann entweder der eines der Bestandteile der Flüssigkeitsphase oder ein anderer kondensierbarer Dampf oder ein Gas sein, die entweder in der Flüssigkeitaphase löslich sind oder in der Vorrichtung unter Bildung eines oder mehrerer Produkte, die so löslich sind, reagieren.

Wenn die Vorrichtung als Scrubber bzw. als Waschvorrichtung für getrenntes, suspendiertes, teilchenförmiges Material aus der Gasphase verwendet wird, kann sie wirksamer sein, wenn das Gewicht derjenigen Feststoffteilchen, die nicht schwer genug sind, daß sie leicht zentrifugal abgetrennt werden können, zuerst vergrößert wird, indem man sie in Nebeltröpfchen durch die Kondensation auf ihren Ober flächen des Dampfes von einem der Bestandteile der Flüssigkeitsphase überführt. Dies kann man in der unteren Kammer erreichen, indem man die spinnende Gasphase dort mit Dampf

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übersättigt, indem man ihn in die Dampfphase entweder durch den Dampfeinlaß 37 oder in den Gasphaseneinlaß 24 durch den Ejektor 25 einleitet. Das gleiche Ergebnis kann man erhalten, indem man ihn aus der Flüssigkeitsphase in dem relativ wärmeren, peripheren Teil der spinnenden Gasphase in der unteren Kammer 3 verdampft und ihn aus der Dampfphase von den suspendierten Teilchen kondensiert, wenn sie unter den Taupunkt durch adiabatische Expansion der Gasphase abgekühlt sind, wenn diese beschleunigt wird während ihrer radialen Innenströmung sowohl im freien Vortex als auch in den konvergierenden, schneckenförmigen Durchgängen 43. Die zu diesem Zweck verdampfte Flüssigkeitsphase wird bevorzugt in den Gasphaseneinlaß 24 durch den Venturiscrubber 25 eingeleitet, der ebenfalls zur Benetzung der größeren Teilchen dient und es ihnen ermöglicht, daß sie zentrifugal in der unteren Kammer 3 getrennt werden können. Alternativ kann sie aber auch direkt in den peripheren Teil der unteren Kammer 3 durch einen Dampfeinlaß 37 eingeleitet werden, bevorzugt bei einer Temperatur, die höher ist als die, mit der sie in die untere Kammer 4 durch den Flüssigkeitsphaseneinlaß 10 eingeleitet wurde.

Das suspendierte, teilchenförmige Material, das schwer genug ist, um zentrifugal abgetrennt zu werden, wird gegen die-Wand 2 gesponnen, längs der es fällt, zusammen mit einem Teil der Flüssigkeitsphase, entweder darin kondensiert oder eingeführt in die untere Kammer 3 in Richtung auf den Schlammauslaß 26, wo der schwerere Schlamm durch das Schlammventil 27 entfernt wird, während überschüssige Flüssigkeitsphase über die Flüssigkeitsüberflußleitung" 35 in den Abstromflüssigkeitsauslaß 22 in einer Rate fließt, die durch das Flüssigkeitsüberflußventil 36 reguliert wird.

In der Zwischenzeit fließt die spinnende Gasphase, die mit der Dampfphase gesättigt ist und sowohl suspendierte

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Nebeltröpfchen als auch nichtbenetztes, teilchenförmiges Material, das nicht schwer genug ist, daß es zentrifugal abgetrennt werden kann, trägt, abwärts von dem Gasphaseneinlaß 24 auf ein Niveau unter dem der unteren Kante des zylindrischen Ablenkorgans 42, bevor sie in im allgemeinen radialer Innenrichtung in Richtung der Mundteile 30 der Trichter 28 fließt, wo sie die konvergierenden, schraubenförmigen Durchgänge 43, die durch die Führungen 29 zwischen den Trichtern 28 gebildet werden, betritt. Hier nimmt ihre Spinngeschwindigkeit auf ein Maximum zu, und die folgende, im allgemeinen adiabatische Expansion verringert ihre Temperatur und dabei wird Dampf sowohl auf den vorhandenen Nebeltröpfchen als auch dem zuvor nichtbenetzten, teilchenförmigen Material kondensiert, bis es durch die im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhänge 41 gezwungen wird, die die Auslässe des Durchgangs 43 abschirmen, bevor es durch den Hals 7 in die obere Kammer 4 aufsteigen kann. Dort spinnt es weiter in Kontakt mit der Oberfläche 40 des spinnenden Vortex der kältesten, frischesten Flüssigkeit, bevor es schließlich durch den Abstromgasauslaß 9 in einer Rate entnommen wird, die durch das Gasphasendrosselventil reguliert wird.

Da die Spinngeschv/indigkeit und die Zentrifugalbeschleunigung sowohl der Gas- als auch der Flüssigkeitsphase ihre maximalen Verte an den Auslassen der schneckenförmigen Durchgänge 43 besitzen, wo die Gasphase durch die im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhänge 41 durchgeht, während die relative Bewegung in Umfangsrichtung zwischen der Gas- und der Flüssigkeitsphase vergleichsweise unbedeutend ist, kann das Mitreißen von Nebel durch die Gasphase, die durch den Flüssigkeitsvorhang 41 bricht, so lange verhindert v/erden, wie die Zentrifugalkraft, die auf die Innenoberfläche jedes spinnenden Flüssigkeitsvorhangs 41 wirkt, größer gehalten wird als der Reibungszwang auf sie durch die

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entweichende Gasphase. Durch Regulieren der Strömung der Gasphase durch das Gasphasendrosselventil 12 kann seine Entweichgeschwindigkeit aus den spinnenden Oberflächen der Flüssigkeitsvorhänge 41 auf einen Wert eingestellt werden, wo nicht nur kein Mitreißen des Nebels auftritt, sondern wo ebenfalls Nebeltröpfchen und selbst zuvor nichtbenetztes, teilchenförmiges Material„ das bereits in der Gasphase suspendiert ist, eingefangen werden und durch die spinnende Flüssigkeitsphase daraus weggetragen werden. Aus dem gleichen Grund werden bereits in Suspension in der Flüssigkeitsphase befindliche Schäume in den spinnenden Flüssigkeitsvorhängen durch die Gasphase, die durch die hindurchgeht, gebrochen* und ihr Gasgehalt wird als Teil der Gasphase weggetragen«

Aus der obigen Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung geht hervor, daß ihre Kapazität ohne Verlust der Wirksamkeit erhöht werden kann, indem man die Gasphase unter einer Vielzahl paralleler Kanäle aufteilt, durch die kleinere Gasströme langsamer durch eine Vielzahl getrennter, spinnender Flüssigkeitsvorhänge geleitet v/erden können, die parallel zueinander angeordnet sind. In Fig. 3 ist eine zweite AusführungöJorüi der erf induiv·: j gemäßen Vorrichtung dargestellt, in der die gesarate Gasphase durch eine Vielzahl getrennter, spinnender Flüssigkeitsvorhänge geleitet wird, die in Reihe miteinander angeordnet sind. Diese Ausführungsform wird bavorzugc dort vcr-"..'sr.det, v/o die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß die im allgemeinen vollständige Entfernung mindestens eines Bestandteils von jeder Phase, entweder durch chemische Reaktion mit oder Übertragung in die andere Phase, wie bei der fraktionierten Destillation, Gaswaschen, oder reversible chemische Reaktionen, möglich ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Reihe von im allgemeinen identischen, hohlen, zylindrischen

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Elementen 102, die an beiden Enden offen sind, wo sie mit Flanschen 103 versehen sind, so daß sie miteinander longitudinal durch die Bolzen 104 verbunden werden können und so einen im allgemeinen vertikalen Kanal 101 definieren bzw. begrenzen.

Am oberen Ende des Kanals 101 ist eine Kappe 116, die ein ähnliches hohles Element ist, das mit einem ähnlichen Flansch 103 nur an seinem unteren Ende ausgerüstet ist, so daß es mit dem oberen Ende des höchsten der zylindrischen Elemente 102 verbunden werden kann, so durch die Bolzen 104 verbunden. Das obere Ende der Kappe 116 wird durch die Abdeckung 108 geschlossen, mit Ausnahme eines Abstromgasauslasses 109, der durch das Zentrum der Abdeckung 108 hindurchtritt und sich nach oben daraus durch ein Gasphasendrosselventil 112 erstrockt. Die Kappe 116 ist somit ebenfalls mit Einrichtungen zum Einleiten der Flüssigkeitsphase versehen. Ihre ITatur hängt von der spezifischen Verwendung, für die die Vorrichtung beabsichtigt ist, ab.

Für die meisten Zwecke wird diese Einrichtung in ; .-VU eines Flü-^i^koitspL^^sinl?..^^ 110 vorließ.ϊη, der tangential an der zylindrisehen Wand der Kappe 116 befestigt ist und sich durch diese horizontal in den oberen Teil des Kanals 101 erstreckt. Er ist bevorzugt so befestigt, daß Ox (lio "..'and umfa.it und -Ιύλ Endteil der Innenwand des Einlasses 110 darstellt. Die Außenwand davon bildet einen Diffusor bzw. Ausströmungsraum, zusammenlaufend damit, an dem engsten, vertikalen Schlitz 111, der durch die Wand der Kappe 11o hindurchgeht und somit als Hals -einer spiralförmigen, konvergierenden Düse zur Beschleunigung der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsphase "dient, die durch das Flüssigkeitsbeschickungsventil 113 eingeleitet wird.

Wenn die Vorrichtung als Fraktionierkolonne ausgebildet ist und kein solcher Flüssigkeitsphaseneinlaß erforderlich ist, kann diese Einrichtung in Form eines Kühlmantels 126 vorgesehen sein, der durch die Strömung eines flüssigen Kühlmittels gekühlt wird und als Rückflußkühler oder Dephlegmator dient, und die Flüssigkeitsphase kann in die Kappe 116 durch Kondensation der weniger flüchtigen Fraktion aus der Dampfphase eingeleitet werden, bevor die flüchtigere Fraktion durch den'Abstromgasauslaß 109 entnommen wird.

Am unteren Ende des Kanals 101 ist ein Sammelbehälter 115 bzw. ein Sumpf 115, der ein hohles Element ähnlich wie die Kappe 116 ist, vorgesehen, mit der Ausnahme, daß er nur an seinem oberen Ende mit einem Flansch 103 versehen ist, so daß er mit dem unteren Ende des untersten der zylindrischen Elemente 102 verbunden werden kann, und er ist mit Bolzen 104 verbunden. Das untere Ende des Sammelbehälters 115 wird durch den Boden 114 verschlossen, mit Ausnahme eines Abstromflüssigkeitsauslasses 122, der das Zentrum des Bodens 114 durchdringt und sich abwärts davon durch ein AbstromilüssigkeitGventil 123 erstreckt.

Wenn die Vorrichtung als Destillationssäule dienen soll, ist der Sumpf 115 mit einem Heizmantel 125 versehen, durch den eine Heizflüssigkeit zirkuliert wird, um die flüchtigere Fraktion der Flüssigkeitsphase zu verdampfen, bevor die v/eniger flüchtige Fraktion durch den Abstromflüssigkeitsauslaß 122 entnommen wird.

Ein Gasphaseneinlaß 124 ist tangential an der Wand der untersten der zylindrischen Elemente 102 befestigt und erstreckt sich durch sie horizontal in den Kanal 101 in der gleichen Richtung wie der Flüssigkeitsphaseneinlaß 110. Er besitzt bevorzugt eine ähnliche Form wie der Einlaß 110

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und umfaßt die Wand des Elements 102 mit einem Diffusor, der am engsten vertikalen Schlitz 127 mit ihm konvergiert und der durch die Wand hindurchgeht und somit als Hals einer konvergierenden Düse zur Beschleunigung der Geschwindigkeit der eintretenden Gasphase dient.

Ein oder mehrere Dampfeinlasse 137 können ebenfalls tangential an der Wand eines oder mehrerer zylindrischer Zwischenelemente 102 befestigt sein und sich dadurch horizontal in den Kanal 101 in gleicher Richtung wie der Flüssigkeitsphaseneinlaß 110 und der Gasphaseneinlaß 124 erstrecken. Wenn die Vorrichtung als Destillationssäule bzw. -kolonne dienen soll, wird ein solcher Einlaß 137 zum Einleiten der zu destillierenden Materialien erforderlich sein. Wenn die Vorrichtung zum Waschen von teilchenförmigen! Material aus der Gasphase verwendet v/erden soll, wird das Einleiten des Dampfes eines der Bestandteile der Flüssigkeitsphase in den Kanal 101 durch einen oder mehrere Dampfeinlasse 137 das Spinnen der Gasphase beschleunigen, ohne daß die longitudinale Geschwindigkeit erhöht wird, und das suspendierte, teilchenförmige Material durch Übersättigung eier ■; .,!.use r;il Γ ;..i B^pi ba-i^tzan. Die Form und die

Konfiguration des Dampfe ir. Ia se-es 137 kann entweder ähnlich .^ein wie bei der. Flüssigkeitspha£rneinlaß 110 und dem Gasphaseneinlaß 124 (wie in Fig. 3 gezeigt) oder, wo Überschallgeschwindik-^IL...., ö-'f ordc_ lioa sind, kann sie mit konvergierenden/divergierenden Düsen ausgerüstet sein, wie im Einlaß 37, der in Fig. 1 gezeigt ist.

Zwischen jedem Paar von Flanschen 103 ist ein transversales Trennelemont 105 festgeschraubt bzw. befestigt, wovon jedes einen zentralen Trichter 106 in Form eines Kegelstumpfes eines invertierten, hohlen Kegels aufweist, der am Hals 107 offen ist, unter Bildung einer im allgemeinen horizontalen, kreisförmigen Öffnung, die die einzige Kommuni-

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kation zwischen den entsprechenden Kammern darstellt, die so über und unter jedem Trennelement 105 gebildet werden.

Befestigt koaxial gerade unter jedem Trichter 106 ist ein im allgemeinen identischer Trichter 128_? der an beiden Enden (dem Mundteil 130 und dem Hals 131) geöffnet ist, und der als Ablenkorgan zum Leiten der Gasphase durch den Vorhang 141 aus Flüssigkeit, die nach außen und abwärts von dem Hals 107 spinnt₉ dient. Jeder Trichter 128 ist an dem Trichter 106 unmittelbar über ihm durch eine oder mehrere schraubenförmige Führungen 129 (ähnlich wie die in Fig. 2 gezeigten schraubenförmigen Führungen 29) unter Bildung eines oder mehrerer schraubenförmiger Durchgängen 143 zwischen den beiden Trichtern von dem Hundteil 130 des Trichters 128 zu dem Hals 107 des Trichters 106 befestigt. Der Zwischenraum bzw. die Ganghöhe jeder schraubenförmigen Führungen 129 nimmt bevorzugt progressiv längs der Länge abwärts vom Mundteil 130 ab_} bis er die Horizontale am unteren Ende erreicht, wobei ein konvergierender, schraubenförmiger Kanal entsteht, durch den die Gasphase progressiv schneller spinnt, wenn sie den Hals 107 erreicht.

Ebenfalls koaxial mit dem Kanal 101 und den Trichtern 106 und 123 und außen und gorade unter jedem Trichter 128 angebracht, ist eine Flüssigkeitsfalle 150 vorgesehen, ebenfalls in Form aae Kegelstumpfes eines hohlen, invertierten Kegels, aber offen nur am oberen Teil 151 (dem Grundteil des invertierten Kegels) und geschlossen am Boden. Die Innenoberfläche jeder Flüssigkeitsfalle 150 ist an der Außenoberfläche des Trichters 128 unmittelbar über ihm durch eine oder mehrere schraubenförmige Führungen 149 befestigt, wodurch einer oder mehrere schraubenförmige Durchgänge 152 zwischen dem Trichter 128 und der Flüssigkeitsfalle 150 gebildet werden, durch die das Spinnen der Flüssigkeitsphase, die sich in der Flüssigkeitsfalle

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ansammelt, verstärkt wird, bevor sie über den oberen Teil 151 in den Trichter 106 gerade unter ihr fließt.

Im Betrieb v/ird die Flüssigkeitsphase kontinuierlich in die Kappe 116 durch den Flüssigkeitsphaseneinlaß 110 und den engen Schlitz 111 in einer Rate eingeleitet, die durch das Flüssigkeitsbeschickungsventil 113 kontrolliert wird. Wegen der tangentialen Konfiguration des Flüssigkeitsphaseneinlasses 110 und der Erhöhung in der Einlaßgeschwindigkeit, die in der Flüssigkeitsphase durch ihre Konvergenz in den Schlitz 111 induziert wird, wird die eintretende Flüssigkeitsphase direkt längs des Inneren der Wand der Kappe 116 geleitet, gegen die sie um die longitudinale, vertikale Achse des Kanals 101 schnell genug unter Bildung eines freien Vortex spinnt, mit einer Oberfläche 140, die sich der Vertikalen am Hals 107 des höchsten der Trichter 106 nähert.

Nachdem genug Flüssigkeitsphase in die Kappe 116 zur Verengung des Innendurchmessers der Vortexoberflache 140 zu dem dos Halses 107 eingeleitet wurde, v/ird die spinnende F.iÜ3üir;keit^rj Vnasc die Kaute des Halses 10/ überfliei3en und radial nach außen und a.'c.;\'c: zs längs des Durchgangs 143 z\ri-. sehen der Außenoborfleiche das Trichters 1Co und der Innenoberfläche des höchsten der Trichter 128 in Form eines im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen Flüssigkeitsvorhangs 141 spinnen, der den Auslaß des Durchgangs 143 abschirmt.

Die absteigende Flüsaigkeitsphase spinnt weiter längs der Innenoberfläche des höchsten der Trichter 128, wo sie weiter abfällt, bis sie durch den Hals 131 hindurchgeht und durch den Durchgang 152 zwischen der Außenoberfläche des Trichters 128 und der Innenoberfläche der Flüssigkeitsfalle 150 aufsteigt, von der sie über die Abdeckung 151

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fließt und längs der Innenwand des nächsthöchsten Trichters 106 weiter aufsteigt« Die schraubenförmige Führung beschleunigt das Spinnen der Flüssigkeitsphase, wenn sie durch den Durchgang 152 aufsteigt.

Die spinnende Flüssigkeitsphase überfließt weiter abwärts die Hälse 107 aufeinanderfolgend niedrigerer Trichter 106 unter Bildung von im wesentlichen kontinuierlichen, ringförmigen Flüssigkeitsvorhängen 141 längs der Auslässe aufeinanderfolgend niedrigerer Durchgänge 143 und strömt durch aufeinanderfolgend niedrigere Hälse 131 und Durchgänge 152, bis sie schließlich über die Abdeckung der untersten der Flüssigkeitsfallen 150 in den Sumpf 115 überfließt und kontinuierlich durch den Abstromflüssigkeitsauslaß 122 in einer Rate entnommen wird, die durch das Abstromflüssigkeitsventil 123 reguliert wird.

In der Zwischenzeit wird die Gasphase kontinuierlich durch den Gasphaseneinlaß 124 in das niedrigste der zylindrischen Elemente 102 in einer Rate eingeleitet, die durch das Gasphasendrosselventil 112 reguliert wird. Wegen der tanken"Laien Konfiguration des Gasphaseneinlasses 124 und eier Erhöhung in der Einlaugeschwindigkeit, die in der Gasphase durch ihre Konvergenz in den Schlitz 127 induziert wird, wird die ankommende Gasphase um die vertikale, longitudinaie Achse des Kanals 101 in der gleichen Richtung wie die Flüssigkeitsphase gesponnen.

Das Spinnen der Gasphase wird weiter verstärkt, wenn sie durch den untersten der konvergierenden, schraubenförmigen Durchgänge 143 aus dem Mundteil 130 des untersten der Trichter 128 zu dem im allgemeinen kontinuierlichen, rhgförmigen Flüssigkeitsvorhang 141 geht, der aus dem Hals 107 des untersten der Trichter 106 herauskommt. Da der spinnende Flüssigkeitsvorhang den Auslaß des Durchgangs 143 ab-

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schirmt, muß die spinnende Gasphase durch ihn hindurchperlen, bevor sie in den Hals 107 eintreten kann und durch den Trichter 106 im allgemeinen im Gegenstrom zu der fallenden Flüssigkeitsphase aufsteigen kann, durch die die Gasphase erneut perlen muß, wenn sie einen anderen ringförmigen Flüssigkeitsvorhang bildet, der den Aufwärtsdurchgang der Gasphase abschirmt, wenn sie die Abdeckung 151 der Flüssigkeitsfalle 150 überfließt,die unter dem nächsten Trichter 128 über dem untersten befestigt ist.

Die spinnende Gasphase führt ihre im allgemeinen Aufwärtsströmung weiter, bis sie aufeinanderfolgend höhere Durchgänge 143 betritt, die durch aufeinanderfolgend höhere Flüssigkeitsvorhänge 141 abgeschirmt sind, durch die sie im allgemeinen im Gegenstrom perlen muß, bis sie schließlich den Abstromgasauslaß 109 erreicht, durch den sie von der Vorrichtung in einer Rate entnommen wird, die durch das Gasphasendrosselventil 112 kontrolliert wird.

Der im allgemeinen kontinuierliche Gegenstromkontakt zwischen den Flüssig eits- und den Gasphasen, die in gleicher Richtung spinnen, erleichtert nicht nur die Übertragung von Wärme, Dampf, löslichen Verbindungen und suspendiertem Material aus einer Phase in die andere, sondern dadurch wird weiterhin die SpinnFresch^indigkeit beider Phasen gleichgemacht. Wenn eine Erhöhung in der Spinngeschwindigkeit erforderlich ist, reicht es aus, das Spinnen einer Phase zu erhöhen, wodurch ein schnelleres Spinnen für beide Phasen erhalten wird.

Dies kann man leicht erreichen, indem man tangential Dampf durch einen oder mehrere Dampfeinlasse 137 einleitet, die tangential an geeigneten Stellen bzw. Niveaus längs der Länge des Kanals 101 befestigt sind. Der Dampf kann entweder der Dampf von einem der Bestandteile der Flüssigkeits-

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phase sein oder er kann ein anderer kondensierbarer Dampf oder ein Gas sein, das entweder in der Flüssigkeitsphase löslich ist oder das in der Vorrichtung unter Bildung eines oder mehrerer Produkte, die so löslich sind, reagiert.

Wenn- die Vorrichtung zum Waschen von teilchenförmigen! Material aus der Gasphase dient, kann das Einleiten von Dampf durch einen oder mehrere Dampfeinlasse 137 ebenfalls dazu dienen, die suspendierten Teilchen zu benetzen? indem man die Gasphase mit Dampf übersättigt, der auf ihnen kondensiert.

Wenn die Vorrichtung zur kontinuierlichen fraktionierten Destillation dienen soll, wird das zu destillierende Gemisch kontinuierlich in eines der zylindrischen Zwischenelemente 102, bevorzugt durch einen tangentialen Einlaß ähnlich dem Dampfeinlaß 137? eingeleitet. Der Flüssigkeitsphaseneinlaß 110 und der Gasphaseneinlaß 124 sind dann nicht mehr erforderlich.

Das durch den Einlaß 137 eingeleitete Gemisch (entweder in der Dampf- oder in der Flüssigkeitsphase) wird um die Innenoberfläche der 7/and des zylindrischen Zwischenelements 102 gesponnen, bis welcher Teil auch immer in der Flüssigkeitsphase verbleibt von der Innenoberfläche des nächsten Trichters Ιϋό unmittelbar unter ihm abläuft und einen spinnenden, ringförmigen Flüssigkeitsvorhang 141 bildet, wenn er den Durchgang 143 von dem Hals 107 zu der Innenoberfläche des Trichters 128 überquert und dem Kurs folgt, der zuvor für die Flüssigkeitsphase beschrieben wurde, bis sie in den Sumpf 115 absteigt, wo die stärker flüchtige Fraktion durch den Heizmantel 125 verdampft wird, bevor die weniger flüchtige Fraktion durch den Abstromflüssigkeitsauslaß 122 in einer Rate entnommen wird, die durch das Abstromflüssigkeitsventil 123 kontrolliert wird.

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In der Zwischenzeit wird der Dampfteil des Gemisches, der in das zylindrische Zwischenelement 102 durch den Einlaß 137 eingelassen wurde, zum Mundteil 130 des nächsten Trichters 128 unmittelbar über ihm aufsteigen, immer schneller gesponnen werden, wenn er durch den konvergierenden, schraubenförmigen Durchgang 143 hindurchgeht, bis er durch den ringförmigen Flüssigkeitsvorhang 141 perlt, nach außen und abwärts längs des Durchgangs 143 aus dem Hals 107 des Trichters 106 nächst über ihm spinnen und weiter dem Verlauf, wie er zuvor für die Gasphase beschrieben wurde, folgt, bis er in die Kappe 116 aufsteigt, wo seine weniger flüchtige Fraktion durch den Kühlmantel 126 kondensiert wird, bevor seine flüchtigere Fraktion durch den Abstromgasauslaß 109 in einer Rate herausgeblasen wird, die durch das Gasphasendrosselventil 112 reguliert wird.

Wenn das zu destillierende Gemisch ein Komplex ist, kann eine Reihe von Einheiten dieser Vorrichtung in Reihe miteinander betrieben werden. Der durch den Abstromgasauslaß 109 einer Einheit herausgeblasene Dampf kann durch den L. .p Einlaß 137 einer a:r^qDr?n Einheit eingeleitet werden, während die Flüssigkeit, die durch den Abstromflüssigkeitsauslaß 122 der gleichen Einheit entnommen wird, in den Einlaß 137 einer dritten Einheit eingeleitet werden kann. Dieses Verfahren kann durch so viele aufeinanderfolgende Einheiten der Vorrichtung weitergeführt werden, wie sie zur Trennung der Anzahl der schließlich gewünschten Produkte erforderlich sind.

Ende der Beschreibung.

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Claims

KRAUS & WEISERT ibU'/221 PATENTANWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 1752 Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Kontakt bzw. zur kontinuierlichen Behandlung einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase und ihre anschließende Trennung voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeitsphase so leitet, daß sie kontinuierlich durch eine im allgemeinen horizontale, kreisförmige Öffnung, im allgemeinen im Gegenstrom zu der Gasphase, fällt, die man kontinuierlich durch die Öffnung aufsteigen läßt, während beide Phasen um eine im allgemeinen vertikale Achse spinnen, die sich durch das Zentrum der Öffnung erstreckt, schnell genug, so daß die fallende Flüssigkeitsphase einen im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen Flüssigkeitsvorhang bildet, der nach außen und abwärts von der unteren Kante der Öffnung spinnt, und man die spinnende Gasphase so leitet, daß sie durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang hindurchgeht, bevor sie in den Boden der Öffnung eintreten kann=

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme von einer Phase in die andere Phase übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Bestandteile der einen Phase chemisch mit mindestens einem Bestandteil der anderen Phase reagiert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Bestandteile

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der einen Phase physikalisch aus dieser Phase in die andere Phase übertragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension der einen Phase in der anderen aus der Suspension nach dem Durchgang der Gasphase durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein teilchenförmiges Material in Suspension in der Gasphase aus der Gasphase in die Flüssigkeitsphase übertragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des teilchenförmigen Materials durch eine Flüssigkeit benetzt wird, bevor es in die Flüssigkeitsphase übertragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch Kondensation ihres Dampfes direkt auf den Oberflächen des teilchenförmigen Materials in Suspension in der Gasphase gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Benetzungsmittel von der Flüssigkeitsphase gefördert bzw. getragen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bestandteil der Gasphase der Dampf von mindestens einem Bestandteil der Flüssigkeitsphase ist.

11. Vorrichtung zum kontinuierlichen Kontakt einer Flüssigkeitsphase mit einer Gasphase und ihre darauffolgende

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Trennung voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

(a) einen Kanal (1,101) mit im allgemeinen kreisförmigem Innenquerschnitt und einer im allgemeinen vertikalen, longitudinalen Achse,

(b) ein im allgemeinen transversales Trennelement (5,015), das den Kanal in eine obere Kammer (4) und eine untere Kammer (3) teilt,

(c) eine im allgemeinen horizontale, zentrale, kreisförmige Öffnung (7,107), die durch das Trennelement hindurchdringt,

(d) Einrichtungen (10,9,110,109) zum Einleiten der Flüssigkeitsphase in und zur Entnahme der Gasphase aus der oberen Kammer (4),

(e) Einrichtungen (24,22,124,122) zum Einleiten der Gasphase in und zur Entnahme der Flüssigkeitsphase aus der unteren Kammer (3),

(f) Einrichtungen (10,11,20,24,25,29,39;11O,111,124, 127,129,137) zum Spinnen des Inhalts des Kanals um die vertikale, longitudinale Achse schnell genug, daß die Flüssigkeitsphase durch die Öffnung herabfällt und daraus in Form eines im allgemeinen kontinuierlichen, ringförmigen Flüssigkeitsvorhangs (41,141) heraustritt, nach außen und abwärts in die untere Kammer spinnt, und

(g) Einrichtungen (6,15,28,128) zum Leiten der Strömung der Gasphase in die untere Kammer, um zu verhindern, daß sie durch die Öffnung in die obere Kammer aufsteigt, ohne daß sie zuerst durch den im allgemeinen kontinuierlichen Flüssigkeitsvorhang hindurchgegangen ist.

12. Vorrichtung nach Ansprach 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (5,105) einen zentralen Trichter (6, 106) umfaßt, der sich abwärts in die untere Kammer zu der Öffnung (7,107) an ihrem unteren Ende erstreckt.

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13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (g) einen zweiten Trichter (28, 128) umfaßt, der koaxial mit dem ersten Trichter ist und eng genug an der Öffnung befestigt ist,so daß sie den Flüssigkeitsvorhang, während er im allgemeinen kontinuierlich verbleibt, aufnehmen kann, wodurch zwischen den beiden Trichtern ein Durchgang (43,143) für die Gasphase aus der unteren Kammer durch den ringförmigen Flüssigkeitsvorhang in die Öffnung geschaffen wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trichter durch mindestens eine schraubenförmige Führung (29,129) verbunden sind, die eine Einrichtung zum Spinnen der Gasphase um die vertikale, longitudina-Ie Achse des Kanals während ihres Durchgangs aus der unteren Kammer zu der Öffnung ergibt.

15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dritten Trichter(28) umfaßt, der koaxial mit den ersten beiden Trichtern ist und eng genug zu dem Hals des zweiten Trichters befestigt ist, so daß er den spinnenden Flüssigkeitsvorhang aufnehmen kann, der daraus austritt, während er im allgemeinen kontinuierlich verbleibt, wodurch zwischen dem zweiten und dritten Trichter ein zweiter, im wesentlichen paralleler Durchgang (43) für die Gasphase aus der unteren Kammer durch einen zweiten, ringförmigen Flüssigkeitsvorhang in die Öffnung geschaffen wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Flüssigkeitsfalle .(15O) umfaßt, die am Boden geschlossen und am oberen Teil geöffnet ist und gerade unter und koaxial mit dem zweiten Trichter (128) befestigt ist, wodurch ein Auslaß für die Flüssigkeitsphase aus dem Hals des zweiten Trichters in die untere Kammer geschaffen wird,

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während der Durchgang in entgegengesetzter Richtung zu der Gasphase verhindert wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche der Flüssigkeitsfalle (150) mit der Außenoberfläche des zweiten Trichters durch mindestens eine schraubenförmige Führung (149) verbunden ist, wodurch eine Einrichtung zum Spinnen der Flüssigkeitsphase um die vertikale, longitudinale Achse des Kanals während ihres Durchgangs in die untere Kammer geschaffen wird»

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum bzw. die Ganghöhe der schraubenförmigen Führung (29,129,149) progressiv längs ihrer Länge abnimmt und so einen konvergierenden Durchgang zur Beschleunigung des Spinnens des Inhalts ergibt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Einheiten der Vorrichtung übereinander in Reihe befestigt bzw. vorgesehen sind, so daß die obere Kammer der unteren Einheit die untere Kammer der oberen Einheit wird.

20. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 19 als Destillationskolonne.

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