DE19614704A1

DE19614704A1 - Siebboden und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19614704A1
Application number: DE19614704A
Authority: DE
Inventors: Freimut Marold; Arnulf Martini; Gerhard Schippel; Manfred Voigt
Original assignee: PORZELLANWERK KLOSTER VEILSDOR
Current assignee: PORZELLANWERK KLOSTER VEILSDOR
Priority date: 1996-04-13
Filing date: 1996-04-13
Publication date: 1997-10-16

Description

Die Erfindung betrifft einen in der chemischen Verfahrenstechnik zum Dispergieren von Ga sen oder Flüssigkeiten in, gegebenenfalls anderen, Flüssigkeiten oder Gasen anwendbaren Siebboden und dessen Verwendung.

Auf dem Gebiet der chemischen Verfahrenstechnik ist eine Vielzahl von Anordnungen be kannt, um meist aufsteigende Gase in einer über der Anordnung befindlichen Flüssigkeit zu dispergieren und/oder in einem gegebenen Reaktionsraum die Kontaktfläche zwischen zwei verschiedenen Fluiden (Gasen oder Flüssigkeiten) möglichst groß zu machen. Wegen der er forderlichen Widerstandsfähigkeit gegen aggressive und korrosive chemische Einflüsse wird auf diesem Gebiet auch Glas oder Keramik als Werkstoff eingesetzt.

So sind sogenannte Ventilbodenkolonnen aus Keramik bekannt, bei denen glockenförmige Ventilkörper durch den Gasdruck unter dem Ventilboden angehoben werden, was die Vertei lung und Verwirbelung des Gases in der darüber befindlichen Flüssigkeit fördern und zu gleich ihr Ausfließen durch die Ventilöffnung verhindern soll (DD 93 530).

Bekannt sind auch Siebböden aus Glas mit düsenartig eingeengten und zusätzlich noch schräg zur Achse des Reaktionsraumes ausgerichteten Öffnungen (DE 22 60 867).

Abgesehen vom hohen Fertigungsaufwand wegen der großen Anzahl auf dem Ventil- oder Siebboden anzubringender Ventile oder Öffnungen mit der erwähnten, komplizierten Gestalt sind diese Einrichtungen nur für einen engen Arbeitsbereich hinsichtlich optimaler Blasen größe sowie Zähigkeit der beteiligten Medien einsetzbar. Insbesondere zur Erzeugung hochwirksamer feiner Gasblasen sind eine hoher Vordruck und damit ein hoher Energieauf wand erforderlich.

Es ist auch bekannt, einen Wabenkörper auf einer porösen Platte anzuordnen und seine Kanä le mit einem Feststoff zu füllen, der mit einem hindurchströmenden Fluid reagieren soll (JP 01-094940). Hier hat der poröse Körper die Funktion eines Siebbodens und der Wabenkörper soll die Feststoff-Schüttung in seitlicher Richtung fixieren. Dies führt zu einem zusätzlichen technischen Aufwand, der nur bei bestimmten, leicht beweglichen, als Schüttung eingesetz ten Feststoffen einen Effekt verspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Siebboden zu schaffen, der bei niedrigem Druckverlust eine gleichmäßige Durchströmung des Fluids und im Falle der Dispergierung eines Gases in einer Flüssigkeit eine gleichmäßige, bei der Herstellung des Siebbodens opti mal einstellbare Blasengröße mit geringer Streuung derselben ermöglicht. Diese Eigenschaf ten sollen bei der Verwendung des Siebbodens in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Siebboden mit einer Vielzahl feiner, parallel angeordneter Kanäle werden die Phasen innig miteinander gemischt. Die sich in den Kanälen einstellende Ge mischdichte ist niedriger als diejenige der darüber befindlichen Flüssigkeit (solange der Gas druck nicht in die Nähe des kritischen Punktes gelangt), wodurch ein zusätzlicher Auftrieb entsteht, um das Zweiphasengemisch durch die Kanäle zu fördern. Der Druckverlust in den Kanälen wird somit um den aus der Dichtedifferenz resultierenden Auftrieb vermindert. Durch herstellungsseitige Anpassung der Querschnitte der Wabenkanäle (angestrebt werden zumeist sehr feine Kanäle) läßt sich die Blasengröße steuern. Die Begasung des Reaktorrau mes oberhalb des erfindungsgemäßen Siebbodens ist damit erheblich gleichmäßiger bei zu gleich wesentlich verbesserter Energieausnutzung als beim Stand der Technik.

Bei Verwendung in Schüttgut-(Festbett-)reaktoren in Flüssigkeiten, deren Wirksamkeit durch die Ablagerung von Feinmaterial mit der Zeit nachläßt, gestattet die Erfindung die einfache Rückspülung mittels einer Rückspülflüssigkeit zuzüglich Druckluft, um in den feinen Kanä len insbesondere des Wabenkörpers aus Keramik eine hochwirksame Durchperlung und eine turbulente Zweiphasendurchströmung des Reaktorbettes zu erzeugen.

Ähnliche vorteilhafte Effekte treten bei der Auflockerung von Ionentauscheranlagen mit er findungsgemäßen Siebböden auf.

Zu den Nachteilen der in erwünschter Weise chemisch und biologisch resistenten und unbe denklichen Keramik zählen ihre begrenzte Zugfestigkeit und Zähigkeit sowie die Empfind lichkeit bezüglich schlagartiger mechanischer Einwirkungen. Um die oben genannten Vortei le der Keramik zu nutzen und zugleich die erwähnten Nachteile zu umgehen, ist es vorteil haft die erfindungsgemäße Verbundbauweise nach Anspruch 4 bis 6 anzuwenden. So werden auch eventuelle Einstellfehler bei der Druckaufgabe toleriert.

Weiterhin erlaubt die erfindungsgemäße Konstruktion bezogen auf den ganzen Siebboden freie Querschnitte von 65 bis 70%. Derartig günstige Werte ermöglichen:

- einen höheren Durchsatz,
- die Einstellung eines geringeren Gasdruckes
- und damit eine niedrigere erforderliche Verdichterleistung
- oder als Alternative eine höhere Spülleistung und Verkürzung des Spültaktes bei erforder licher Rückspülung.

Die erfindungsgemäße Konstruktion vorzugsweise unter Verwendung von Keramik ist außer ordentlich korrosions- und abriebfest. Die Standzeiten der Apparate erhöhen sich beträcht lich.

In einigen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei der Behandlung sehr harten Wassers kann es zu Ablagerungen kommen, die im Falle des Wabenkörpers aus Keramik sehr einfach mittels starker Säuren, wie Salzsäure oder Schwefelsäure, entfernt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel betrifft ein Entsäuerungsfilter für die Trinkwasseraufbereitung. Die bei gefügten Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die erwähnte Filteranlage mit einem erfindungsge mäßen Siebboden.

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Siebboden nach Anspruch 6.

Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Siebboden nach Anspruch 6.

Eine aufrecht stehende Filteranlage (Fig. 1) von etwa 1,80 m Höhe und 0,60 m Durchmesser weist einen erfindungsgemäßen Siebboden 1 auf, der eine bis zu einem Meter hohe Schüttung 2 aus Filtermaterial trägt (Anspruch 2). Durch eine Leitung 3 und eine Glocke 4, in der sich auch die gröbsten Festbestandteile absetzen sollen, erfolgt die Zuleitung des Rohwassers. Mit 5 ist ein Überlauf gekennzeichnet und mit 6 ein Mannloch für eventuelle Reparatur- und Wartungsarbeiten. Unter dem Siebboden 1 sind ein Ablauf 7 für das Reinwasser sowie ein Lufteinlaß 8 vorgesehen. Durch letzteren wird die Prozeßluft unter Überdruck eingeleitet, die dann über den erfindungsgemäßen Siebboden 1 fein im Wasser verteilt wird, das sich in der Filtermaterial-Schüttung 2 befindet, wodurch eine intensive Verteilung und Wirksamkeit der Prozeßluft erfolgt.

Aus Festigkeitsgründen besteht der Siebboden 1 aus einem Trägerboden 9 aus glasfaserver stärktem Polyester, was ein leichtes, festes und zugleich korrosionsbeständiges sowie physio logisch unbedenkliches Material ist, auf welchem eine Anzahl kleiner Wabenkörper 10 schachbrettartig angeordnet sind (Fig. 2). Fig. 3 zeigt die genaue Anordnung der erfin dungswesentlichen Teile. Der Trägerboden 9 weist Bohrungen 11 mit einem Durchmesser von 60 mm auf. Darauf sind die Wabenkörper 10 durch Distanz stücke 12 getrennt so angebracht, daß sie die Bohrungen 11 abdecken. Diese Wabenkörper 10 aus Cordierit-Keramik haben eine Höhe (in Richtung der senkrecht verlaufenden Waben kanäle) von 12 mm und eine Kantenlänge in waagerechter Richtung von 52 mm. Die Wa benkanäle des Wabenkörpers 11 haben einen quadratischen Querschnitt mit 1,09 mm Kanten länge, was zusammen mit einer Wanddicke zwischen den Wabenkanälen von 0,35 mm einen freien Querschnitt von 69% ergibt. Bei einem hydrostatischen Druck, der einem Wasser stand von 1,2 m über dem Siebboden 1 entspricht und einem Überdruck der durch den Lufteinlaß 8 eintretenden Luft von 0,35 MPa ergibt sich in den Wabenkörpern ein Druckab fall von lediglich 104 Pa. Der Luftdurchsatz beträgt 26 kg/h und die mittlere Größe der Luftblasen 1 mm mit einer Standardabweichung von nur etwa ± 0,1 mm.

Claims

1. Siebboden zum Dispergieren von Gasen oder Flüssigkeiten in, gegebenenfalls anderen, Flüssigkeiten oder Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Wabenkörper besteht, dessen Abmessungen quer zur Richtung der Wabenkanäle wesentlich größer sind als in Richtung derselben.

2. Siebboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Schüttbett bedeckt ist.

3. Siebboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper aus Keramik besteht.

4. Siebboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper aus Kunststoff besteht.

5. Siebboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper aus Metall besteht.

6. Siebboden nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper aus aufge wickeltem Wellblech besteht.

7. Siebboden nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Wabenkörper in Öffnungen einer ansonsten undurchlässigen Trageplatte eingepaßt sind.

8. Siebboden nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageplatte aus Stahl be steht.

9. Siebboden nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageplatte aus Beton be steht.

10. Siebboden nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageplatte aus faserver stärktem Kunststoff besteht.

11. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 in Wasserreinigungs-Reaktoren.

12. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 für rückspülbare Schüttgutfilter.

13. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 für auflockerbare Schüttgut- Ionentauscheranlagen.

14. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 in Trennkolonnen mit Füllkör pern.

15. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 zum Trennen des Mischbereichs vom Dekantierungsbereich in Extraktionskolonnen.

16. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 in Flüssigkeits-Begasungs- und - Belüftungs-Einrichtungen.

17. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 in Luftbefeuchtungsanlagen oder Feuchtigkeits-Sättigungsanlagen.

18. Verwendung eines Siebbodens nach Anspruch 1 bis 10 in Anlagen für die Zweiphasen- Durchströmung von Flüssigkeiten.