DE102009029771A1

DE102009029771A1 - Stoffaustauschkolonne

Info

Publication number: DE102009029771A1
Application number: DE200910029771
Authority: DE
Inventors: Gerhard Alzner; Christian Matten; Georg Schwamberger
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-23
Also published as: WO2010145755A1; AR076843A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt Stoffaustauschkolonne mit mindestens einem Kaminboden, welcher mindestens einen Kamin 1 mit Kamindach 2 aufweist, wobei das Kamindach 2 vom oberen Ende des Kamins 1 beabstandet ist, zum Stoffaustausch zwischen einer aufwärts strömenden Gasphase und einer abwärts strömenden Flüssigkeitsphase, wobei die Gasphase von unten nach oben durch den Kamin strömt. Im Gasdurchtritt zwischen Kamin 1 und Kamindach 2 wird ein Gestrick 4 angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschkolonne mit mindestens einem Kaminboden, welcher mindestens einen Kamin mit Kamindach aufweist, wobei das Kamindach vom oberen Ende des Kamins beabstandet ist, zum Stoffaustausch zwischen einer aufwärts strömenden Gasphase und einer abwärts strömenden Flüssigkeitsphase, wobei die Gasphase von unten nach oben durch den Kamin strömt.
Stoffaustauschkolonnen sind im Stand der Technik bekannt und dienen dem intensiven Kontakt und dem Stoffaustausch zwischen einer gasförmigen und einer flüssigen Phase. Gasförmige und flüssige Phase passieren einander dabei im Gegenstrom, wobei die gasförmige Phase zumeist von unten nach oben durch die Stoffaustauschkolonne strömt. Derartige Stoffaustauschkolonnen werden beispielsweise zum Reinigen einer Gasphase mit einem flüssigen Waschmittel verwendet. Die von unten nach oben strömende Gasphase kommt in der Stoffaustauschkolonne in intensiven Kontakt mit der von oben nach unten strömenden Flüssigphase, wodurch bei geeigneter Wahl des Waschmittels in der flüssigen Phase störende Komponenten aus der Gasphase heraus gewaschen werden können.
Alle im Rahmen dieser Anmeldung benutzten räumlichen Angaben wie unten, oben, außen oder innen beziehen sich auf die Orientierung der Stoffaustauschkolonne und des Kaminbodens im bestimmungsgemäßen Gebrauch.
Eine derartige Stoffaustauschkolonne weist in der Regel verschiedene Abschnitte auf, die verfahrenstechnisch unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Sollen beispielsweise verschiedene Komponenten aus der Gasphase entfernt werden, durchströmt die Gasphase in der Regel mehrere Abschnitte der Kolonne, die jeweils mit einem unterschiedlichen Waschmittel beaufschlagt werden. Derartige Abschnitte sind nach dem Stand der Technik durch Kaminböden voneinander getrennt.
Ein Kaminboden ist ein Boden, welcher den gesamten Querschnitt der Kolonne überdeckt. Auf dem Kaminboden ist mindestens ein, in der Regel eine Vielzahl, Kamin angebracht. Über diese Kamine kann die Gasphase von einem Kolonnenabschnitt in den darüber liegenden Kolonnenabschnitt gelangen, d. h. sie strömt durch die Kamine. Um eine verfahrenstechnische Trennung der beiden übereinander liegenden Kolonnenabschnitte zu erreichen, wird die von oben herabströmende Flüssigkeit auf dem Kaminboden gesammelt und abgezogen. Dabei müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit über die Kamine in den darunter liegendem Kolonnenabschnitt gelangen kann.
In der Regel wird dies durch so genannte Kamindächer erreicht. Ein Kamindach nach dem Stand der Technik überstreicht mindestens den gesamten Querschnitt eines Kamins und ist oberhalb des Kamins am Kamin befestigt. Die durch den Kamin strömende Gasphase kann somit durch den Zwischenraum zwischen Kamin und Kamindach in den nächsthöherliegenden Kolonnenabschnitt austreten. Das Kamindach verhindert ein direktes Einströmen der Flüssigkeit in den Kamin.
Zur Erhöhung der Flüssigkeitsdichtigkeit des Kaminbodens weisen einige Kamindächer nach dem Stand der Technik so genannte Abtropfnasen auf. In diesem Fall bestehen die Kamindächer nach dem Stand der Technik beispielsweise aus einem U-Profil. Durch das U-Profil kann die, sich auf dem Kamindach sammelnde, Flüssigkeit nur an zwei Seiten vom Kamindach herabströmen. Unter einer Abtropfnase wird eine Leiste entlang mindestens eines Teils des Umfanges, zumeist entlang des gesamten Umfanges, des Kamindaches verstanden, welche sich nach unten in Richtung Kamin erstreckt. Vereinfacht ausgedrückt, besteht eine Abtropfleiste aus einer nahezu vertikal orientierten Leiste, die im Wesentlichen gleich einer Dachrinne am Hausdach entlang des Umfanges des Kamindaches angebracht ist.
Für eine optimale Dichtigkeit bezüglich der abströmenden Flüssigkeitsphase werden die Kamindächer in der Regel mit einem deutlich größeren Durchmesser als die Kamine ausgeführt. Die Abtropfnasen, sofern vorhanden, werden dabei bis auf eine Höhe unterhalb des oberen Randes des Kamins heruntergezogen. So wird das Eindringen von Flüssigkeitströpfchen in den Kamin maximal erschwert. Die Flüssigkeitströpfchen müssten, um in den Kamin einzudringen, aufwärts strömen und eine Richtungsänderung durchführen. Dies lässt sich aber auch ohne Abtropfnase durch Kamindächer erreichen, die eine beliebige kegel- oder pyramidenförmige Form mit größerer Grundfläche als der Kamin haben, und deren Seitenfläche/n unterhalb des oberen Randes des Kamins enden.
Bei dieser Ausgestaltung muss der Überstand, d. h. der Betrag um den der Querschnitt des Kamindaches größer ist als der Querschnitt des Kamins, etwa in der gleichen Größenordnung liegen, wie der Abstand zwischen Kamin und Kamindach. Dies ist jedoch bei Kolonnen mit großen Gasbelastungen, d. h. Kolonnen wo eine große Menge Gas über die Kamine von dem darunter liegenden Abschnitt in den darüber liegenden Kolonnenabschnitt strömen muss, nicht immer realisierbar. Durch den vorgegebenen Kolonnenquerschnitt lässt sich in derartigen Fällen keine hinreichend große Anzahl Kamine mit entsprechend überstehenden Kamindächern auf den Kaminboden installieren, um einen hinreichend großen Gasdurchfluss durch den Kaminboden zu gewährleisten.
In derartigen Fällen müssen Kamindächer mit kleinerem Überstand verwendet werden. Daher kann die Abtropfnase nur auf eine Höhe heruntergezogen werden, welche oberhalb des Kamins ist. Dies geht jedoch automatisch mit einem Verlust an Dichtigkeit bezüglich der von oben herabströmenden Flüssigkeit einher. Durch Turbulenzen und Querströmungen gelangen immer wieder einzelne Flüssigkeitstropfen in den Kamin und können so in den darunter liegenden Kolonnenabschnitt gelangen. Dies gilt insbesondere beim Anfahren der Stoffaustauschkolonne. Beim Anfahren wird der Stoffaustauschkolonne in der Regel erst die von oben herabströmende Flüssigkeit aufgegeben, bevor der Gasstrom von unten nach oben zugelassen wird. Durch den fehlenden, kleine Flüssigkeitströpfchen aus dem Kamin blasenden, Gasstrom verliert der Kaminboden deutlich an Dichtigkeit bezüglich der herabströmenden Flüssigkeit. Dies hat fatale Folgen, wenn in dem unterhalb des Kaminbodens befindlichen Kolonnenabschnitt ein anderes Waschmittel verwendet wird. In diesem Fall wird somit schon beim Anfahren der unterhalb des Kaminbodens liegende Kolonnenabschnitt durch das falsche Waschmittel kontaminiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stoffaustauschkolonne mit Kaminboden derart auszugestalten, dass die Dichtigkeit des Kaminbodens bezüglich der herabströmenden Flüssigkeit deutlich gegenüber dem Stand der Technik erhöht wird. Dabei soll auch bei Stoffaustauschkolonnen mit großer Gasbelastung eine nahezu 100% Flüssigkeitsdichtigkeit erreicht werden. Ebenso soll der Kaminboden auch bei fehlendem Gasstrom, wie zum Beispiel beim Anfahren der Kolonne, eine nahezu 100%ige Flüssigkeitsdichtigkeit aufweisen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich zwischen dem Kamin und dem Kamindach ein Gestrick befindet.
Erfindungsgemäß wird die Gasaustrittsfläche, die durch den Zwischenraum zwischen dem Kamin und dem Kamindach gebildet wird, mit einem Gestrick verschlossen. Es hat sich gezeigt, dass durch ein Gestrick mit geeigneter Gestrickdicke und spezifischer Oberfläche eine nahezu hundertprozentige Flüssigkeitsdichtigkeit bei gleichzeitiger Gasdurchlässigkeit erreicht werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Gestrickes zwischen Kamin und Kamindach, bleibt der Zwischenraum immer noch für Gas passierbar, ist jedoch bezüglich der Flüssigkeit dicht. Die Flüssigkeitsdichtigkeit wird dadurch erreicht, dass in das Gestrick eindringende Flüssigkeitstropfen in diesem agglomeriert und abgeleitet werden.
Unter einem Gestrick wird im Rahmen der Erfindung eine Gewebematte aus Metall, Kunststoff oder aus einer Mischung beider Materialien verstanden.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Gestrickes zwischen Kamin und Kamindach ist unabhängig von der Ausgestaltung des Kamindaches als Kamindach mit oder ohne Abtropfnasen. Entscheidend ist die Anordnung eines Gestrickes im Gasdurchlass zwischen Kamin und Kamindach als Barriere für die Flüssigkeit.
Vorteilhafterweise wird das Gestrick in den Zwischenraum zwischen Kamin und Kamindach derart angeordnet, dass keine gestrickfreie Lücke vorhanden ist, durch die Flüssigkeit in den Kamin strömen kann. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird das Gestrick derart angeordnet, dass das Gestrick eine lückenfreie Barriere im Gasaustritt bildet. Durch die lückenfreie Barriere kann keinerlei Flüssigkeit über den Gasaustritt in den Kamin und somit in den darunter liegenden Kolonnenabschnitt gelangen.
Zweckmäßigerweise endet das Gestrick unterhalb des oberen Kaminrandes auf der Kaminaußenseite. Das Gestrick wird dadurch flüssigkeitsdicht. In das Gestrick eindringende Tropfen werden darin gefangen und fließen in Folge von Schwerkraft innerhalb des Gestrickes nach unten. Dadurch dass das Gestrick in dieser Ausgestaltung der Erfindung unterhalb des oberen Randes auf der Außenseite des Kamins endet, wird sichergestellt, dass keine Flüssigkeitstropfen aus dem Gestrick in den Kamin abfließen können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kamindach eine Abtropfnase auf und das Gestrick füllt den kompletten Raum, welcher von Kamin, Abtropfnase des Kamindaches und Konsole zur Befestigung des Kamindaches gebildet wird. Das Kamindach wird über mehrere Mittel, beispielsweise Streben, mittels einer Konsole am Kamin befestigt. Die Konsole befindet sich deutlich unterhalb des oberen Randes des Kamins. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der komplette Zwischenraum, beginnend von der Konsole unterhalb des oberen Randes des Kamins bis hoch zum Kamindach und seitlich begrenzt durch die Abtropfnasen mit Gestrick ausgefüllt. In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhafterweise die Halterung des Kamindaches in die Halterung des Gestrickes integriert werden. Das Kamindach kann in dieser Ausgestaltung zweckmäßigerweise als U-Profil mit Abtropfnasen ausgeführt sein.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Befestigung des Gestrickes mittels eines Überwurfrohres mit Gewindestange an Kamindach und Konsole erwiesen. Ein Überwurfrohr, welches das Gestrick durchdringt, trägt das Kamindach und stützt sich auf der Konsole ab. An diesem Überwurfrohr wird zweckmäßigerweise ein Stabgitterrahmen verschweißt, welcher das Gestrick in Position hält. Das Überwurfrohr wird durch eine Gewindestange, welche durch das ganze Rohr geht, fixiert. Die Gewindestange weist eine Länge auf, die erlaubt, sie unterhalb der Konsole und oberhalb des Kamindaches zu verschrauben. Direkt am unteren Ende des Überwurfrohres wird vorteilhafterweise eine Mutter verschweißt, in die die Gewindestange eingeschraubt wird. Die Gewindestange ragt durch Löcher in der Konsole aus dieser wieder heraus. Unterhalb der Konsole wird die Gewindestange wiederum mit einer Mutter vorteilhafterweise verschraubt und derart an der Konsole fixiert. Analog weist vorteilhafterweise das Kamindach Löcher für die Gewindestange auf, wodurch diese wiederum wieder am Kamindach verschraubt werden kann. Die Verwendung von Dichtungen an den Schrauben am Kamindach hat sich als zweckmäßig erwiesen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Gestrick eine spezifische Oberfläche von mindestens 300 m²/m³, besonders bevorzugt mindestens 500 m²/m³, auf. Versuche haben gezeigt, dass bei einer spezifischen Oberfläche von mindestens 500 m²/m³ das Gestrick auch bei Anstrahlen mit einem Standard Gartenschlauch aus 500 mm Entfernung flüssigkeitsdicht ist.
Vorteilhafterweise weist der obere Rand des Kamins eine nach innen gerichtete Abschrägung auf. Durch die nach innen gerichtete Abschrägung am oberen Rande des Kamins wird sichergestellt, dass auch Flüssigkeitstropfen, die an die innere Oberfläche des Gestrickes gelangen, in Folge von Schwerkraft nicht in den Kamin ablaufen, sondern außen daran herunter.
Die erfindungsgemäße Stoffaustauschkolonne eignet sich besonders zur Verwendung als Waschkolonne mit zwei getrennten Waschkreisläufen und unterschiedlichen Waschmitteln. Der Kaminboden trennt dabei die verschiedenen Waschkreisläufe voneinander. Das von oben herabströmende Waschmittel des ersten Waschkreislaufes wird auf dem Kaminboden gesammelt und zur Wiederverwendung oben erneut aufgegeben. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Gestrickes wird sichergestellt, dass das Waschmittel des ersten Waschkreislaufes nicht über die Kamine durch den Kaminboden in den zweiten Waschkreislauf gelangen kann. Eine Vermischung der beiden unterschiedlichen Waschmittel wird somit vermieden.
Auch bei Kaminen mit Kamindächern, welche Abtropfnasen aufweisen, die sich bis unterhalb des oberen Randes des Kamins erstrecken, ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Gestrickes vorteilhaft. Dies gilt ebenfalls für Kamine mit kegel- oder pyramidenförmigen Kamindächern, deren Seitenwände unterhalb des oberen Randes des Kamins enden.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es insbesondere, eine nahezu hundertprozentige Flüssigkeitsdichtigkeit eines Kaminbodens zu erreichen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Gestrickes zwischen Kamin und Kamindach wird sichergestellt, dass keine Flüssigkeit über den Kamin in den darunter gelegenen Kolonnenboden gelangen kann. Dies wird insbesondere auch bei Kolonnen mit einem hohen Gasdurchsatz gewährleistet. Ebenso gewährleistetet die erfindungsgemäße Stoffaustauschkolonne eine nahezu hundertprozentige Flüssigkeitsdichte des Kaminbodens beim Anfahren, das heißt bei fehlendem Gas-Gegenstrom.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt
1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt einen Kamin 1 in einem Kaminboden mit Kamindach 2. Das Kamindach 2 ist in dieser Ausgestaltung als nach vorn und hinten offenes U-Profil ausgeführt und mit einer Abtropfnase 3 versehen. Die Abtropfnase 3 erstreckt sich in dieser Ausgestaltung der Erfindung entlang des gesamten Umfanges des Kamindaches 2. Der Gasdurchlass zwischen Kamin 1 und Kamindach 2 wird in dieser Ausgestaltung der Erfindung komplett für Flüssigkeit durch das Gestrick 4 verschlossen. Das Gestrick 4 ist mittels Überwurfrohr 5 und Gewindestange 6 an der Konsole 7 und dem Kamindach 2 befestigt. Direkt am Fuß des Überwurfrohres 5 ist eine Mutter 8 verschweißt, in die die Gewindestange 6 eingeschraubt wird, und zwar so weit, dass die Gewindestange 6 durch die in der Konsole 7 befindlichen Löcher wieder herausragt. Unterhalb der Konsole 7 wird die Gewindestange 6 wiederum mit einer Mutter 9 verschraubt, so dass das Überwurfrohr 5 auf diese Weise am Fuß fixiert ist. Das Kamindach 2, welches wiederum Löcher für die Gewindestange 6 hat, wird mittels Schrauben 10 mit der Gewindestange 6 verschraubt. Die Schrauben 10 am Kamindach 2 weisen Dichtungen auf. Um zu gewährleisten dass die gefangenen Tropfen im Gestrick 4 außerhalb des Kamins 1 ablaufen können, ist das Gestrick 4 länger als der Abstand zwischen Kamin 1 und Kamindach 2. Das Gestrick 4 füllt in dieser Ausgestaltung der Erfindung den kompletten Raum aus, der von Konsole 7, Kamindach 2 und Abtropfnase 3 gebildet wird. Zusätzlich weist der Kamin 1 eine Abkantung 11 nach innen auf. Damit wird sichergestellt, dass die an der zum Kamininneren gewandten Seite des Gestricks gefangenen und herunter laufenden Tropfen nicht in den Kamin, sondern nach außen abgelenkt werden.

Claims

Stoffaustauschkolonne mit mindestens einem Kaminboden, welcher mindestens einen Kamin (1) mit Kamindach (2) aufweist, wobei das Kamindach (2) vom oberen Ende des Kamins (1) beabstandet ist, zum Stoffaustausch zwischen einer aufwärts strömenden Gasphase und einer abwärts strömenden Flüssigkeitsphase, wobei die Gasphase von unten nach oben durch den Kamin (1) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Kamin (1) und dem Kamindach (2) ein Gestrick (4) befindet.
Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (4) in dem Zwischenraum zwischen Kamin (1) und Kamindach (2) derart angeordnet ist, dass keine gestrickfreie Lücke vorhanden ist, durch die Flüssigkeit in den Kamin strömen kann.
Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (4) unterhalb des oberen Randes des Kamins (1) auf der Kaminaußenseite endet.
Stoffaustauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamindach (2) eine Abtropfnase (3) aufweist und das Gestrick (4) den kompletten Raum füllt, welcher von Kamin (1), Abtropfnase (3) des Kamindaches (2) und Konsole (7) zur Befestigung des Kamindaches (2) gebildet wird.
Stoffaustauschkolonne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (4) mittels eines Überwurfrohres (5) mit Gewindestange (6) an Kamindach (2) und Konsole (7) befestigt ist.
Stoffaustauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (4) eine spezifische Oberfläche von mindestens 300 m²/m³, besonders bevorzugt mindestens 500 m²/m³, aufweist.
Stoffaustauschkolonne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kamin (1) am oberen Rand eine Abkantung (11) nach innen aufweist.