DE1667345A1 - Mehrzoneneinrichtung zum Behandeln von Fliessmedien - Google Patents
Mehrzoneneinrichtung zum Behandeln von FliessmedienInfo
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Description
i. 36 247 ή
25.1.1968
YTiloars-Oineianati, Inc., Cincinnati, Ohio, U.S.A,
Mehrzoneneinriehtung sum Behandeln von
Fließmedien
Erfindung betrifft eine Einrichtung sum Behandeln von
^lieSiaedlen mit einem Gefäß, in dessen äußerem Hantel eine
Vielzahl von Behandlungßzonon hintereinander angeordnet sind,
und mit einer aa Gefäßumfang angeordneten» zum Zuführen von Zusatzgasen
zu den Xnterzonenz-äumen dienenden Verteilerleitung,
τοπ der &ur; di« Zusatagaae ü%ier eine Vielssahl von Löchern ein-
\vaä ftbor eine jeweils untorhalb einer Sehandlungosoue
Prfe>llvorrichtung der nächeten Bahandlungszone zuetrclmen.
m, 2 "
109824/1453
h-24 O
25.1.1968 *-
Die Erfindung bezieht sich damit auf eine Einrichtung, um Fließmedien in einer Eeihe von Zonen zu "behandeln, in denen eine
enge Steuerung und Regelung der lemperatur und/oder der Zusammensetzung erwünscht ist. Im besonderen betrifft die Erfindung
eine Einrichtung, in der ein frisches Zusatzfließmedium einem teilweise behandelten Fließmedium in Interzonenräumen hinzugefügt wird, um so die Temperatur oder die Zusammensetzung der Mischung der nächsten Behandlungszone zu steuern oder zu regeln.
Bei dem Verfahren zur Erzeugung von Methanol aus Kohlenmonoxyd
und Wasserstoff, um ein Beispiel zu geben, 1st es wesentlich, die Temperatur in der Reaktionszone innerhalb eines engen Bereiches su regeln, um sowohl die Erzeugnisauebeute aus dem Rohmaterial auf ein Μητίπηιΐη zu bringen als auch die Produktion von
unerwünschten Hebenprodukten auf einem Minimum su halten. Si· Reaktion ist jedoch in beträchtlichem Umfang exotherm und verursacht einen großen Temperaturanstieg in den eich ergebenden
Gasen, sofern nicht Schritte unternommen werden, um dies zu vermeiden. Ein bekanntes Verfahren, um den Temperaturanstieg in
der katalytlBOhen Zone su regeln, besteht im Hinzufügen eines
erheblichen Überschusses von Wasserstoff su der Reaktionsaisohung
als Wärmeballast. Das erhöhte Reaktions- und Katalyeationsvolumen
und die Komprimiervorrichtung nach diesem System machen jedoch den Prozeß als Ganzes unwirtschaftlich.
Ferner 1st auch die Durchführung einer Reaktion in einer eenkreeht angeordneten Reihe von katalytisch« Zonen oder Betten bekannt, bei denen eine Zvieohenaonenkühlung durch Hinzufügen von
109821/14Ö3 " 3""
A 56 247 h - % -"
ldihlea. sußätzllcfceG Ileafctansgasen erfolgt. Dadurch, daß nur
ein Seil dieser Gf.sinischuiig in äen einseifen Zonen reagiert
vrirdf konnte der Eesipertituran stieg begrenzt werdet*. Das Hinsufügen
einer gesteuerten Mange von kühlen Reaktanzgasen J3U dem
Abifluß jeder einzelnen Zone brachte dann die Temperatur auf einen
optical er* ¥ert bsi der Weitergabe an die nächste Zose. Zusätzlich
ergab cabei ein eä.ngebauter? /übriußwärmetauecher ©ine Temperaturregelung
der Zufuhr sur ersten Reaktionozone und einen guten thermischen Geeamtwirkungagrad.
Sine wesentliche Verbeaserung dieeee schrittweisen Reaktionsge~
fässes ist in der USA-Patentschrift Hr. 5 254 967 beschrieben.
Hier ist für die Zusatzgaae im Xnterzonenraum ein Ifofangsverteiler
rohr vorgesehen, das eine Vielzahl von Löchern hat» durch welche die Gase zufließen können. Unmittelbar unterhalb der Löcher
ist eine Prallplatte senkrecht zu dem Strom der teilweise reagierten
Gase vorgesehen, die zur nächsten katalytischen Zone strömen,
wobei die Prallplatte mit einer Vielzahl von Kerben an Ihreza
Umfang versehen int, die gegenüber den Löchern der Umfangeverteilerleitung
angeordnet siud. Sie frischen und teilweise reagierten
Gase vermischen sich an den Prallplattenkerben und strömen nun unterhalb der Prallplatte zu der nächsten katalytischen Zone.
Obgleich das EeaktionsgefäS nach der vorerwähnten Patentschrift
im allgemeinen eine gute Mischung und Heuverteilung der Gaectröme
zwischen den Zonen ergibt, so 1st es doch nicht in jeder
Einsicht voll befriedigend. Bei Reaktionsgefässen mit großem
Durchmesser - jedoch auch bei kleineren Gefäesen - treten
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BAD ORIGINAL
A 36 ^47 h
25.1.1968 l
EezEpfiraturuntorecbiede in tier Έ"ύ&Ώβ senkrecht zur Strömungsbahn
dar Saoe durch die Bettau auf. !Dies kanw aus mehreren, allgemein
versfcändlichen Srücden geschehen. Eei^Xiieleweiee kann der Katalysator
in einem Seil des Bettes aktiver als in eisern anderen
Teil sein oder umgekehrt durch Gifte in den Reaktionsgaoen deaktiviert
werden. Oder ee köanen Ungleichmäßigkeit en in der SJueammensstzung
der reagierenden Gase quer über das Bett eintreten, so daß
cue örtliche Bereiche höherer oder niedrigerer Reaktionsgeschwindigkeit
vorherds<3 sind. Ferner kann auch die Katalyeatorpeckdichte
la Bett lokale helfe oder !saite Stellen erzeugen. Sie Zugabe von
frischen, kühlen Gasen kann die Temperaturunterschiede in dem
E&uptbehs.p.{nuBg3strom reduzieren, jedoch diese nicht ganz entfernen.
Sofern iiese temperaturunterschied© vor der Einführung dieser gemischten Gase in die nächste Zone nicht entfernt werden,
reduzieren eic den Wirkanßograd des Reaktors, ergeben falsche
Temperaturableaungsa und verstärken ihre Wirkung noch in der nächsten
Zone. Sie Kombination einer Uafangsvexteilerleitung und
einer gekerbten Prallplatte mischt in ausreichender Weise das
frische Gas mit den teilweise reagierten Gasen, mischt jedoch
nicht den gesamten Strom, um so Temperaturunterschiede auszuschalten , wie sie In dem vorhergehenden Bett des Katalysators erzeugt
worden aiad.
Ein weiteres Problem tritt bei der Verteilung der gemischten Gase zum nachfolgenden Katalysatorbett auf» Um «ine gleiohmäßige Strömungsgeschwindigkeit
quer fiber die Ebene senkrecht zur Lahn des Stromes zu erzielen, ist es notwendig, eine Vorteil erplatte über
dem nachfolgenden Katalysatorbett anzuordnen, deren Locher von
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solcher Zahl und Grüße sind, daß ein relativ großer Brucie- und
Gasgeschwindigkeitsabfall durch die Verteilerplatte hinduroh
entsteht. Die hohe Geschwindigkeit der in das darauffolgende Katalysatorbett eintretenden Gase ergibt eine mechanische Beschädigung der Katalysatorteilohen und nutzt diese ab· Yerteilerplatt en mit einer großen Anzahl von großen Löchern ergeben Jedoch keine befriedigende Verteilung. Ei ergibt sich hier eine
Kanalbildung und ein nicht gleichmäßiger JIuB.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein« Einrichtung
su schaffen» um eis Nischen des Zueatsgases Mit den teilweise reagierten Gasen aus der vorhergehenden Katalyea'.oreone im Interzonenraum zu erzielen· Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Einrichtung gemäß der Erfindung daduroh gelust, daß die Prallvorriohtung folgende Seile hat:
ein erstes, senkrecht zur Stroarichtung angeordnetes Prallglied,
dessen Umfang mit der Mantelinnenfläch· einen Dureheasg-bildet,
ferner ein zweites Prallglied, das ia Stroa»bw*trterloiitung
relativ zum ersten Prallglied senkrecht mxs StrojtriöhtttCi an*·- - „
ort ist» am Hantel befestig* ist und «In« santsal© Cffsung
aufweist,
«ad schließlich einen Zwiechenring, der das erste Prallglied *Tt4*
dem zweites Prallglied acur Bildung einer MisohksjBmer verbindet
uad eise Vielzahl von Löchern gegenüber dta LOobes» der Verteilerleitung hat.
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BAP
25.1.1968
daß in der KiachteaiMer οJLaβ Mischvorrichtuag angeordnet ist
und daß eine erste Verteilervorrichtung unterhalb der Mischkammer und unter dieser eine zweite Verteilervorrichtung oberhalb der nächsten Behandlungßzone angebracht iett um einmal das
Pließmedium gleichmäßig im Gefäß zu verteilen und zum anderen
dae Pließmediura mit niedrigerer Geschwindigkeit der nachfolgenden
Behandlungezone zuzuführen.
Damit kann gemäß der Erfindung der gesamte, durch den Intersonenraum fließende Gasstrom mit eich, selbst gemischt werden, um so
insgesamt die temperatur auf allen Seilen auszugleichen. Außerdem können die gemisohten Gase gleichmäßig auf die nachfolgende Katalysatorzone verteilt werden, wobei eins Beschädigung der Zatalysatorteilohen selbst vermieden wird.
Die beiden Verteilervorrichtungen senkrecht zur Flugrichtung der
Gase sind dabei gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die erste eine verhältnismäßig hohe Gasgeschwindigkeit und einen Druckabfall erzeugt und dadurch eine gute Verteilung der die Mischkammer verlassenden Gas« erzielt, während die zweite oberhalb
der nachfolgenden Xatalysatorsone angeordnet 1st and eine verhältnismäßig niedrig« Gasgeschwindigkeit and Druckabfall so erzeugt,
daß eine Abnützung der Katalysatorteilchen nicht eintritt.
Obgleich die Einrichtung in irgendeiner Vlelzonenanwendung verwendet werden kann, in der ein Mischen und erneutes Verteilen erforderlich ist, so ist doch die Einrichtung im besonderen geeignet, um katalytisch« Reaktionen in Gasphase in einer Reihe von
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16673Ab
katalytiecken Sonoii oder Betten durchzufuhren, bei denen eine
außerordeatlich enge !Temperatursteuerung und -regelung erwünscht
ist. !Die nachstehende Erläuterung richtet sich gerade auf eine
solche Anwendung, doch dieat dies lediglich dazut um die Beschreibung
zu erläutern und das 7crstäiadnis zv. erleichtern, und soll
Ie keiner Weise die Erfindung beschränken.
Zum besseren Verständnis der Art der Erfindung sei auf die Zeichnung
hingewiesen, in der eia Ausführungebeispiel öer Erfindung
dargestellt iat. Der Einfachheit halber ist ein Seil des eine Vielzahl von Zonen aufv/eictenden Katalyoatorreaktore gemäS dem
ÜSA-Fatent Hr. 3 25A- 967 dargestellt, doch sei darauf hingewiesen, daß die neuartigen Merkmale der Erfindung auch in anderen
?ii!lzctsengsfäßen *um Behandeln von FlieBmedien Anwendung finden
Iröunec.
Tu der Zeichnung zeigen:
?ig. 1 eine Seitenansicht eines Interzonentoilee eines Tiel-
Eonigen Satalys&torreaktors,
Pig. 2 eine Draufsicht gemäß fig. 1,
Pig. 3 eine isometrische Ansicht eines solchen Seils.
Pig. 2 eine Draufsicht gemäß fig. 1,
Pig. 3 eine isometrische Ansicht eines solchen Seils.
In der Zeichnung lot ein katalytischer, eine Vielzahl von Zonen aufweisender Reaktor als Gancoo mit 10 bezeichnet, dessen äußerer,
sylindrisoher Mantel 12 Eat&lysator2onen 14- und 16 umgibt. Die einseinen
K&talys&torsonen enthalten ein Bett eines üblichen
Zinkoxyd-Chromozyd-KethaQol-Systhese-Xatalyeators mit einer PartikelgröSe
voa ungefähr 6,25 am. Der Katalysator ist auf einer
trägerplatte 18 angeordnet, die Perforationen 20 aufweist, um
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BAD
A 36 247 h -
einen Durchgang für die vom Katalysatorbett 1 zum Interzonenraum
fließenden Oase bei minimalem Druckabfall eu schaffen. Ein axial angeordnetes Zuflußrohr 21 dient als Hauptgaszuftthrung, die am
obersten Katalysatorbett gezeigt ist. Unterhalb der Trägerplatte 18 ist eine kreisförmige Prallplatte 22, deren Durchmesser kleiner als der des Mantels ist, senkrecht zur Stromriohtung
der die Katalysatorzone verlassenden Gase angeordnet. Die konzentrisch im Interzonenraum angeordnete Prallplatte definiert zusammen mit dem Hantel 12 einen ringförmigen Durchgang 23t durch den
die Gase hindurchflie&en müssen. line ringförmige Prallplatte
vom gleichen Durohmesijer wie der Mantel ist unterhalb der Prallplatte 22 angeordnet und mit dem Mantel 12 fest verbunden. Der
innere Durchmesser der Prallplatte 24 ist etwa· fruBer als der
des axialen Zuflußrohres 21, so daß sieh dort «in ringförmiger
Durchgang 25 ergibt, flurch den Gase hindurchfließen, die, wie
veiter unten noch beschrieben wird, gemischt werden. Ein senkr^\t angeordneter syllndrlscher Zwischenring 26 verbindet den
äußeren Umfang der Prallplatte 22 mit der Prallplatte 24» so daß hierdurch eine Mischkammer 28 entsteht. Der Zwischenring ist
gegenüber einer am Umfang vorgesehenen Verteilerleitung 30 angeordnet, die sum Einfahren von Sueateg&ien dient« die über ein
»»fahrrohr 31 angeliefert und dea swiechen den Katalysatorsonen
14 und 16 fließenden Strom sugeaiseht werden. Der Zwischenring bat ein· ,Vielzahl von Öffnungen 32, so dal die fle.se horizontal
sur Mischkammer 28 fließen können. Diese Offnungen sind gegenüber
von Löchern 34 in der Verteilerleitung 30 angeordnet, durch dl«
die Zuss/tegase den Hauptgaestrom zufließen, der dann In die Misoh-
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kammer 28 eintritt. Ein Torteil dieser Bauart besteht darin» daß
der Grashauptstrom die Zusatzgase in den Hauptatrom einsaugt, ao
daß eine gute Anfangsmisohung entsteht. Sie Mischkammer 28 enthält an ihrem inneren Umfang eine Vielzahl von senkrecht angeordneten Misohflttgeln 36, die unter einem Winkel sur Badialrlohtung angeordnet sind, um so einen turbulenten Umfangsgaestrom in
der Mischkammer zu erzeugen. Durch dieae HuBanordnung, durch die
nicht nur die Zuaatsgaee mit den Bauptatroagaaen gründlich gemischt werden, sondern auch der ganze Strom in sich selbst gemischt wird, werden rorhandene temperatur- und/oder Zusammensetzung- und Verteilungaunterschiede ausgeglichen. Sa kann dabei irgendeine bekannte Mischvorrichtung in dieser Mischkammer
rerwendet werden, doch werden vorzugsweise dia Torerwähnten
Mischflügel angebracht, da hierdurch eine gate Mischung ohne
fühlbaren Druckabfall erzielt wird. Dia gemischten GMtaa fließen
schließlich naoh unten durch den Dorchgaag 25 auf elaa T«rteilerplatte 38« Diese VefrteilerplAtte ist aowohl «» Mantel 12 el· auch
am Zuflußrohr 21 befestigt und hat eine TlaXfaJil von Löchern
4O9 die In QrZBe und Zahl ein· glsletanMlg« Tastadltrag di*s«r
Hisohgase quer über dia Platte ergeben. Sie mnaehv gemischt«
und Tartailtcn Oaaa fllataa naoh uaten alt hßimt teaetariLadif- ' ^*
kalt «WC alne zweite» kreisförmige, mit Irftohaza 44 versehene
Yerteilerplatt« 42, dia AJLoht oberhalb &*r I&tftlj8»toreon· 16
angeordnet iat. Dia locher 44 βΐ&β von eic«r aolehan ffvOda mod
Anzahl, da£ die Qmm· dar Xatalyaatormeiia 16 alt g«2ria««rer Geschwindigkeit auatrOmea, ao dal ti»* meotealeeha i
- to -
BAD ORIGINAL
25*1.1968
der katalytischer! Teilchen vermieden wird. Die Temperaturen in
dem Raum unterhalb der Trägerplatte 20 und in dem Baum unterhalb
der Verteilerplatte 33 werden durch Thermoelemente 46 bzw· 48
gemessen.
Das folgende Beispiel zeigt die besonders günstige Mischung und
Verteilung in der erfindungsgemäfien Einrichtung.
Ein Gefäß, wie es beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 254 967 gezeigt ist, hat einen Durchmesser von ungefähr 2.10 m
und eine Gesamtlänge von ungefähr 16,75 a und wird nun dazu verwendet, um ein Methanol-Synthese-Verfahren durchzuführen. Bas
Gefäß enthält fünf Betten von üblichen Zinkoxyd-Chromoxyd-Katalysatoren» und die einzelnen vier Xntersonenräume weisen
neuartige Hlsoh- und Verteilungeeinrichtungen auf, wie sie oben
beschrieben sind.
ungefähr Zugegeben werden dem Konverter stündlioa?408t23 leg Synthesegas
pro 4f»fe kg Methanol erzeugung. Ungefähr 75 % (306,18 kg pro
Stund· und pro 45,36 leg Methanol) des gesamten Stromes
(408,23 kg) tritt in das erst« Katalysatorbett mit einer
_ 2
peratur von 360 C und einem Druck von 351,54 kg/cm ein. Bas
Synthesegas hat eine Zusammensetzung (in Volumenprozent) von ungefähr 67>
H2, 10 J* 00, 10 * CH4, 3 % 0O2 und 10 % H2.
Die Burohsohnlttstemperatur der teilweise reagierten Oase 1st
beim Verlassen des ersten Katalysatorbettes ungefähr 382° 0,
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1G9824/14S3
BAD ORIGINAL
h-24 J a
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wobei örtliche Abweichungen von dieser Temperatur quer über
die Trägerplatte innerhalb von t 2,8° C liegen.
Sie übrigen 102,05 kg Synthesegas pro Stunde (pro 45,36 kg des
erzeugten Methanols) wird in vier Ströme von Zusatzgas aufgeteilt, die in die Mischkammern mit ungefähr 54° eintreten, um
so eine Kühlung der teilweise reagierten Gase zu erhalten, die die Katalysatorbetten verlassen. Sie Gase werden in der Mischkammer gemischt und dann verteilt. Sie die Mischkammem verlassenden Gase haben eine Temperatur von ungefähr 360° C, wobei im
wesentlichen keine Temperaturunterschiede quer zur Strombahn vorhanden sind. Ser gesamte Sruckabfall von der ersten Trägerplatte bis hinter die zweite Verteilerplatte beträgt ungefähr
0,21 kg/om2, wobei der größte Teilabfall an der ersten Verteil erplatte auftritt.
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Claims (11)
1. Einrichtung zum Behandeln von iließmedien mit einem Gefäß,
in dessen äußerem Hantel eine Vielzahl ron Behandlungezonen hintereinander angeordnet sind, und mit einer am Gefäßumfang
angeordneten, zum Zuführen τοπ Zusatzgasen zu den Interzonenräumen dienenden Verteilerleitung» von der aus die Zusatzgase über eine Vielzahl von Löchern einströmen und über eine
jeweils unterhalb einer BehandlungsBone angeordnete Prallvorrichtung der nächsten Behandlungezone zuströmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallvorrichtung folgende Seile hat:
ein erstes, senkrecht zur Stromrichtung angeordnetes Prallglied (22), dessen umfang mit der Mantellnnenfläohe einen
Durchgang (23) bildet,
ferner ein zweites Prallglied (24)» das in Stromabw&rtsriohtung
relativ zum ersten Prallglied (22) senkrecht zur Stromrichtung angeordnet ist, am Hantel befestigt ist und eine zentrale
öffnung aufweist,
und schließlich einen Zwischenring (26), der das erste Prallglied (22) mit dem zweiten Prallglied (24) zur Bildung «iner
Mischkammer (28) verbindet und ein· Vielzahl von Löchern (32) gegenüber den Löchern (34) der Verteilerleitung (30) hat,
daß in der Mischkammer (28) eine Mischvorrichtung (36) angeordnet ist, und daß eine erste Verteilervorrichtung (38) unterhalb der Mischkammer (28) und unter dieser eine zweite Verteilervorrichtung (42) oberhalb der nächsten Behandlungszone
angebracht ist, um einmal das flieSaedium gleichmäßig im
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BAD ORiSlNAL
25.1.1968 Jib
Gefäß zu verteilen und zum anderen das Pließmedium mit nie-
ei»
drigcr/TJeschwindigkeit der nachfolgenden Behandlungezone (16) zuzuführen.
drigcr/TJeschwindigkeit der nachfolgenden Behandlungezone (16) zuzuführen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dad die
ersten und zweiten Frallglieder Prallplatten (22, 24) eind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Umfang der ersten Prallplatte (22) mit der Oberseite der zweiten Prallplatte (24) durch den Zwischenring (26) verbunden ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mischkammer (28) eine Tlelzahl von
Mischflügeln (36) aufweist, die zwlsohen den beiden Prallgliedern (22, 24) angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die
Miaohflügel (36) senkrecht zur Strömungsriohtuög und unter
einem Winkel zur Radialriohtung des Geiäeeei angeordnet sind·
6. Einrichtung naoh einem der Ansprüoh· 2 - 51 dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der ersten Prallplatte (22) zur
Bildung eines gleiohmäßigen Durchgangsepalte« (23) konzentrisch zum Innenumfang des Mantels (12) angeordnet ist.
7. Einrichtung naoh einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dafi der Umfang der zweiten Prallplatte (24) dloht
am Innenumfang des Mantels (12) befestigt ist.
- 14 -109824/U53 Bad original
25.1.1968 ..
tj
8. Einrichtung nach einem der vorhergehend en Ansprüche« dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Verteilungevorrichtungen je eine Terteilerplatte (38, 42) haben, deren Umfange
fest und dicht am Innenumfang des Mantels (12) angeordnet sind.
9* Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
erst· Terteilerplatte (38) Löoher (40) in solcher Größe und
Verteilung aufweist, daß der Tliefimediumetrom gleichmäßig
über die Terteilerplatte (38) verteilt wird und durch die Terteilerplatte (38) mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit
hindurohströmt.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennaeichnet,
daß die zweite Terteilerplatte (42) Löoher (44) in solcher Art und Verteilung aufweist, daß das Yliefimsdlum mit einer
relativ niedrigen Geschwindigkeit der nachfolgenden Behandlungseone »uatrömt.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruch«, dadurch
Ce'centigeiöhset, daß das Gefäß vertikal und «rlindrisoh ist
und die Prallplatten (22, 24) und die Verteilerplatten
(3£v 42) kreisförmig bzw. zylindrisch sind.
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