DE19858367A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch sowie zum Mischen und/oder Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien sowie darin gelöster Stoffteilchen mit oder ohne Katalysator - Google Patents

Abstract

Es werden Füllkörper und Einbauten für Vorrichtungen zum Stoff- bzw. Wärmeaustausch, sowie zum Mischen und Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien beschrieben. Die Medien weisen eine schwerere und eine leichtere Phase sowie ggf. darin enthaltene Stoffteilchen auf. Die Füllkörper bzw. Einbauten umfassen mindestens eine die schwerere Phase verteilende Ablaufstelle und mindestens eine damit kommunizierende, die schwerere Phase sammelnde Zulaufstelle, wobei Ablaufstelle und Zulaufstelle durch ein die schwerere Phase leitendes Element verbunden sind und eine Pyramide bilden, die eine Grundfläche mit mindestens drei Ecken und eine Pyramidenspitze aufweist, wobei die Ablaufstelle auf der Pyramidenspitze und die Sammelstelle auf den Pyramidenecken angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch zum Mischen und/oder Trennen von gasför­ migen und/oder flüssigen Medien sowie darin gelöster Stoffteilchen, zum Gaswaschen und zur Reaktionsförderung von chemischen Substanzen, mit oder ohne Katalysator, sowie Vorrichtungen mit Packungen zur Anwendung des Verfahrens.

Bei Stoffänderungsprozessen werden Flüssigkeiten und/oder Gase miteinander so vermischt, daß bestimmte Komponenten durch Stoffübertragung an der fluiden Phasengrenzfläche aus einer oder mehreren Phasen in die andere übergehen. Neben der Vermischung und dem Stoffaustausch erfolgt gleichzeitig ein Wärmeaustausch.

Diesen Prozessen ist gemeinsam, daß sowohl die Phasen­ grenzfläche als auch die Strömungswege der Gase bzw. Flüssigkeiten bestimmte Bedingungen erfüllen müssen, um optimale wirtschaftliche Ergebnisse zu erzielen.

Dies gilt für alle Prozesse, wie Rektifikation, Ad-, Ab- und Desorption, Mischung, Trocknung, Waschung, Wärmeaus­ tausch, Verdampfung, Kondensation und zur Durchführung katalytisch beschleunigter Reaktionen und findet in speziellen Vorrichtungen, besonders in der petroche­ mischen, chemischen und verwandten Industrie statt.

Die bekannten Prozesse und Vorrichtungen für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch weisen mehr oder weniger Nachteile auf und erfüllen nicht die aufgrund umfangreicher wissen­ schaftlicher Untersuchungen und Erkenntnisse ermittelten Bedingungen zur Erzielung eines minimalen Volumens wirt­ schaftlicherer Vorrichtungen.

So hat man bisher bei der Entwicklung und Anwendung das Augenmerk auf die eine oder andere vorteilhafte Eigen­ schaft gerichtet und hat dabei die damit verbundenen Nachteile in Kauf genommen.

Kolonnen werden seit langem in der Destilliertechnik, zum Reinigen von Gasen und Flüssigkeiten, z. B. mittels Strippen, als auch zur Durchführung chemischer Reaktionen mit und ohne Katalysator verwendet. Die als erste für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch bekannten Füllkörper wurden wohl aufgrund des Gedankens eingesetzt, für die Destilla­ tion mit einfachen Mitteln eine größere Austauschfläche als bei den leeren Räumen zu haben, wodurch der Stoff­ übergang und Wärmeaustausch verbessert werden soll. Anfänglich waren Füllkörper einfache Bruchstücke von Quarzsteinen oder Glasscherben. Es wurde jedoch relativ früh erkannt, daß der gewünschte Stoff- und Wärmeaustausch weitgehend von der Feinheit der miteinander in Kontakt zu bringenden gasförmigen und flüssigen Komponenten bestimmt wird. Auf Basis dieser Erkenntnis wurden bereits eine Vielzahl von geometrisch definierten Füllkörpern entwic­ kelt, wobei der Raschig-Ring, ein Hohlzylinder mit annä­ hernd gleichen Durchmessern und Seitenlängen, der erste Füllkörper von großtechnischer Bedeutung war. Das Einfül­ len dieser Ringe in Füllkörperkolonnen bildet ein Laby­ rinth, in dem die die Kolonne bzw. die unterschiedlich großen Innen- und Außenflächen der Hohlkörper durchströ­ menden Gase oder Dämpfe mit der herabrieselnden flüssigen Phase stetig abgelenkt, neu aufgeteilt und quer zur Hauptströmungsrichtung gelenkt und dadurch die bekannte nachteilige Randgängigkeit der Flüssigkeit eintritt. Derartige Füllkörper wurden permanent weiterentwickelt, wobei insbesondere die sogenannten Pall-Ringe zu erwähnen sind, die aus den zuvor genannten Raschig-Ringen durch Ausnehmungen und Löcher entstanden sind. Eine weitere Entwicklung waren die sog. Drahtspiralen und Maschen­ drahtringe, aus welchen dann die sog. Gitterfüllkörper entstanden sind. Alle diese Füllkörper haben die Aufgabe, eine gleichmäßige Verteilung der Phasen bei möglichst niederem Druckverlust zu erreichen. Füllkörperkolonnen weisen jedoch eine regellose Schüttung und damit eine willkürliche Lage der Füllkörper mit verschiedenem freien Volumen auf, was zwangsweise aufgrund der verschieden großen Strömungskanäle zu einer ungleichmäßigen Flüssig­ keits- und Dampfverteilung im Reaktionsraum und damit unterschiedlichem Konzentrationsgefälle führt, was auch als Maldistribution bezeichnet wird.

Zwar hat man im Laufe der Zeit durch Veränderung der Formen und der Wanddurchbrüche eine Vielzahl neuartiger Füllkörper entwickelt, um deren bekannte Nachteile soweit wie möglich zu vermeiden, doch sind durch den ungeordneten Aufbau der Füllkörper-Schüttungen die Strömungsverhält­ nisse sowohl von der schweren Phase als auch der leichten Phase unüberschaubar und es werden die Berechnungen trotz sich unterscheidender Innen- und Außenflächen und dadurch unterschiedlich großer Strömungskanäle um und durch die Füllkörper sowie des mit der Einbringung der Schüttung sich ändernden freien Volumens fälschlicherweise mit Mittelwerten durchgeführt, oder man versucht etwaige Grenzen durch Korrelationen abzuschätzen.

Deshalb werden wegen der mit wachsenden Strömungsquer­ schnitten stärker auftretenden Rückvermischung der Phasen in Füllkörperkolonnen und deren schwierige Berechnung bei größeren Kolonnendurchmessern weiterhin Böden verwendet.

Bei den notwendigen Flüssigkeitsschichten auf den Böden und den dadurch im Vergleich zu Füllkörpern höheren Druckverlusten ist der für optimale Verhältnisse notwen­ dige Gegenstrom nicht möglich, was sich bei großen Kolon­ nendurchmessern besonders verschlechternd auswirkt. Das Kolonnenvolumen kann auch wegen des Flüssigkeitsablaufes von Boden zu Boden und wegen der Gefahr der Rückvermi­ schung durch Versprühung der Flüssigkeit bei höherer Belastung und dadurch erforderlicher größerer Bodenab­ stände nur zum Teil für den eigentlichen Stoff- und/oder Wärmeaustausch genutzt werden, so daß das spezifische Volumen verhältnismäßig groß ist.

Um den Reaktionsraum besser nutzen zu können und größere Austauschflächen wie bei Füllkörpern ohne deren Nachteile der ungleichförmigen Strömungen zu haben, wurden die geordneten Packungen mit vertikalen Strömungskanälen entwickelt.

Während sich die leichtere aufsteigende Phase durch Druckausgleich auf die einzelnen Kanäle verteilt, ist die erforderliche gleichmäßige Flüssigkeitsaufgabe auf eine Vielzahl von Kanälen und eine gleichmäßige Flüssigkeits­ verteilung auf die einzelnen vertikalen großen Austausch­ flächen praktisch nicht möglich und unbefriedigend.

Hierdurch kann der große Materialaufwand zur Erzielung einer großen Austauschfläche nur zum Teil als Phasen­ grenzfläche genutzt werden. Dies zeigen z. B. die Lei­ stungsangaben der Packungen. So steigen bei gleicher Durchsatzleistung die theoretischen Stufenzahlen nicht linear mit der Vergrößerung der Oberfläche der Packungen an, was aufgrund der nicht vollständigen und gleichmäßigen Benetzung und durch Bachbildungen der ablaufenden Phase auf den glatten oder gewebten Oberflächen der Packungen erklärbar ist.

Zusammenfassend gilt für die bisherigen Verfahrensweisen und Vorrichtungen für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch, daß diese aufgrund der umfangreichen wissenschaftlichen Untersuchungen und Erkenntnissen verbesserungsbedürftig sind, um ein minimales spezifisches Volumen und eine wirtschaftlichere Arbeitsweise zu erreichen.

Die Voraussetzung für maximale Durchsätze bei minimalen Druckverlusten ist ein guter Stoffübergang an einer möglichst großen Phasengrenzfläche bei großem treibenden Konzentrationsgefälle durch exakten Gegenstrom der Phasen. Dies wird in erster Hinsicht durch eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Reaktionsraum bestimmt.

So ist eine Unterteilung des Reaktionsraumes in eine Vielzahl von Kanälen zur Erzielung einer großen Aus­ tauschfläche, wie bei den vorstehend genannten Packungen, wegen der dabei nicht zu vermeidenden Ungleichverteilung der Phasen (Maldistribution) besonders schädlich.

Für eine optimal arbeitende Kolonne sind jedoch ein kontinuierlicher Gegenstrom sowie eine große Phasengrenz­ fläche und maximale Stoffübergangsgeschwindigkeiten bei optimalem Energieaufwand notwendig. Damit die beiden Phasen kontinuierlich im Gegenstrom zueinander verlaufen, wird der in der Kolonne gebildete Austauschraum von den Fluiden in vertikaler Richtung durchströmt.

In der DE-A 12 68 596 wird daher ein zum Einbau in Kolon­ nen geeigneter Hohlkörper beschrieben, der den Kolonnen­ hohlraum in eine Vielzahl von parallelen nebeneinander getrennt verlaufenden Strömungswegen bildet, die jedoch untereinander nur zu einem begrenzten horizontalen Flüs­ sigkeits- und Dampfaustausch fähig sind. Daher kann mit derartigen Vorrichtungen kein ausreichender Konzentrati­ onsausgleich über den ganzen Kolonnenquerschnitt erreicht werden, d. h. eine Maldistribution kann nicht völlig vermieden werden, was wiederum zu einer Vergrößerung des spezifischen Kolonnenvolumens führt. Die Kolonneneinbauten sind prismatische, in der Mitte eingeschnürte und in Strömungsrichtung offene Hohlkörper, die derart in ein­ zelnen Schichten angeordnet sind, daß in jeder Schicht eine Vielzahl von einzelnen Strömungswegen durch diese Hohlkörper hindurch verlaufen. Dabei sind die Hohlkörper bzw. die einzelnen Strömungswege von einem zusammenhän­ genden Mantelraum umgeben. Aufeinanderfolgende Schichten sind gegeneinander versetzt, so daß die einzelnen Strö­ mungswege der einen Schicht mit dem Mantelraum der dar­ auffolgenden Schicht und umgekehrt unter Ausbildung von zwei getrennten Systemen von Strömungswegen in Verbindung stehen.

Es ist auch versucht worden, den horizontalen Stoff- und Wärmeaustausch zu erhöhen, um den Stofffluß möglichst über den ganzen Kolonnenquerschnitt gleichmäßig zu verteilen. So beschreibt z. B. die EP-A 0,097,345 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch, bei denen die strömenden Stoffe wiederholt durch im wesent­ lichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufende durchlässige Wände geleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen diese durchlässigen Wände Ab­ standsmittel angeordnet werden, die selbst keine oder nur eine geringe Durchlässigkeit aufweisen. Auf diese Weise werden die die Kolonne durchströmenden Flüssigkeiten oder Gase gezwungen, die durchlässigen Wände zu durchdringen und sich mit den im parallel verlaufenden benachbarten Strömungskanal strömenden Fluids zu mischen. Mit dieser Anordnung wird zwar eine große Anzahl von Strömungskanälen mit einer guten Querverteilung der strömenden Stoffe durch die durchlässigen Wände erreicht, jedoch nicht parallel dieser Wände, wodurch kein minimales spezifisches Kolon­ nenvolumen erreichbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stoff- und/oder Wärmeaustausch derart zu optimieren, daß sich die Flüssigkeit unabhängig von der Verteilgüte bei der Flüs­ sigkeitsaufgabe gleichmäßig über den gesamten Reaktions­ raum verteilt und keine unbenetzten Flächen oder Bachbil­ dungen auftreten, also kein ungleichförmiger Flüssig­ keitsdurchlauf und damit keine unterschiedlichen Verweil­ zeiten der Flüssigkeit im gesamten Reaktionsraum entste­ hen.

Die Erfindung hat somit zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die zuvor aufge­ zeigten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem eine einwandfreie Querverteilung über den gesamten Strömungsquerschnitt der Kolonne bei einer innigen Verflechtung der Phasen und ohne einem dabei erhöhten Druckverlust beim Austausch.

Dieses Ziel wird mit den in den Ansprüchen definierten Merkmalen erreicht. Die Erfindung betrifft eine Verfah­ rensweise für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch, zum Mischen und/oder Trennen von gasförmigen und/oder flüs­ sigen Medien sowie darin gelöster Stoffteilchen mit oder ohne Katalysator, bei der die schwerere Phase (Flüssig­ keit) stufenweise wiederholt von nebeneinander auf einer Querschnittsebene (Stufe) angeordneten Ablaufstellen in Teilströmen nach drei oder mehreren Richtungen gespreizt zu Ablaufstellen der darunter befindlichen Querschnitts­ ebene geleitet und diese dort mit den von benachbarten Ablaufstellen der oberen Stufe kommenden Teilströmen vereinigt werden, wobei diese Arbeitsweise parallel vernetzt kontinuierlich abläuft.

Durch die von den Ablaufstellen in drei oder mehrere Richtungen erst gespreizt und danach wieder vereinigten Teilströmen entstehen für die im Gegenstrom geführte leichtere Phase (Gas, Dampf bzw. Flüssigkeit) rhombusförmige Durchtrittsöffnungen und es kommt zu einem intensiven Stoff- und/oder Wärmeaustausch an der durch die schwerere Phase (Flüssigkeit) gebildeten Phasengrenzflä­ che.

Die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit entste­ hende Oberfläche der Teilströme ergibt mit der Summe aller Teilströme die Phasengrenzfläche, die sich bei der kon­ stanten Anzahl der Teilströme im Reaktionsraum bei grö­ ßerer Durchlaufmenge der Flüssigkeit entsprechend der dickeren annähernd runden Teilströme mit dem Faktor n vergrößert.

So wird durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise und die beschriebene Anordnung der Drähte bzw. Fäden mit geringem Materialaufwand eine im Reaktionsraum größtmögliche Phasengrenzfläche geschaffen, die sich im Gegensatz zu bisherigen Flüssigkeitsverteilungen auf ebenen Flächen, bei denen sich bei Erhöhung der Durchsatzmengen nur die Dicke der Flüssigkeitsschicht ohne Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche und damit auch nicht der Phasen­ grenzfläche ändert, ist die Oberflächenvergrößerung und die damit verbundene Verbesserung der die Trennleistung bestimmenden Phasengrenzfläche ein besonders wichtiger Faktor dieser Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt im Aufriß und im Grundriß eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise an drei übereinanderliegenden Querschnittsebenen, wobei über einer Dreiecksrasterebene 5 angeordnete Ablaufstellen 1 die Teilströme 2 nach drei Richtungen paarweise unter einem Winkel von je 120° senkrecht zur Hauptströmungsrichtung bzw. Kolonnenachse seitlich gespreizt über die Kreuzungs­ punkte 3 der Rasterebene 5 nach den Zulaufstellen 4 abführen, wobei die Zulaufstellen 4 unterhalb der Ablauf­ stellen 1 auf Lücke zu diesen unterhalb der Rasterebene 5 angeordnet sind, und die gleichzeitig Ablaufstellen der nächsten Stufe sind.

Ebenso sind jeweils von sechs benachbarten Ablaufpunkten 1 kommende Teilströme 2 nach demselben Prinzip über die Kreuzungspunkte 3 der Rasterebene 5 nach den Zulaufstellen 4 geführt und mit den ersteren vereinigt, wodurch die Flüssigkeit abwechselnd aufgeteilt und mit von sechs anderen Ablaufpunkten 1 kommender Flüssigkeit gemischt wird. Durch eine stufenweise Wiederholung der parallel verlaufenden Arbeitsweise erfolgt eine Mischung der einzelnen Teilströme von den Ablaufpunkten 1 nach den Kreuzungspunkten 3, also von Querschnittsebene 0 bis n nach der Potenzreihe 3^0-n und durch die zusätzliche Aufteilung in je drei Richtungen an den Kreuzungspunkten des Rasters ebenfalls nach der Potenzreihe 3^0-n, so daß sich die Teilströme 2 von Stufe zu Stufe zwischen den Ablaufpunkten 1 und 4 wie folgt mischen:

1-3, 9-27, 81-243, 729-2187, 6561-19683 etc.

Fig. 2 in der gleichen Weise gilt dies auch für ein Viereckraster, bei dem die Teilströme 2 von oberen Ab­ laufpunkten 1 nach vier Richtungen paarweise und gespreizt auseinanderlaufen und von vier benachbarten Ablaufpunkten 1 kommenden Teilströmen 2 an den unteren Zulaufpunkten 4 aufgenommen werden, so daß entsprechend der Potenzreihe 4^0-n und zusätzlich durch die Aufteilung nach je zwei Richtungen an den Kreuzungspunkten des Rasters nach der Potenzreihe 2^0-n sich die Teilströme 2 von Stufe zu Stufe wie folgt mischen:

1-4, 8-32, 64-256, 512-2048, 4096-16384 etc.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Vorrichtung entwickelt, in der für den Flüssigkeits­ durchlauf je 6 oder 4 längs laufende Drähte oder Fäden an jedem Kreuzungspunkt eines über den gesamten Querschnitt verteilten Dreieck- oder Viereckrasters angeordnet und diese in Abständen miteinander gebündelt sind.

Längs zwischen diesen Bündelpunkten sind die Drähte oder Fäden abwechselnd paarweise mit von benachbarten Kreu­ zungspunkten kommenden Drähten oder Fäden so miteinander verbunden, daß jeder zweite Bündelpunkt untereinander und die benachbarten Bündelpunkte auf Lücke zu den erstge­ nannten angeordnet sind.

Hierdurch verlaufen die von Bündelpunkten gleicher Quer­ schnittsebene kommenden Drähte oder Fäden in drei bzw. vier Richtungen nach den benachbarten auf Lücke befind­ lichen drei bzw. vier Bündelpunkten der nächsten Quer­ schnittsebene und bilden dadurch je drei bzw. vier zur Kolonnenachse geneigte rhombusförmige Durchtrittöffnungen für die leichtere Phase (Gas, Dampf bzw. Flüssigkeit).

Durch wiederholte Anordnung der beschriebenen Art und Weise entsteht eine Vorrichtung mit jeder gewünschten Anzahl von Draht- oder Fadenbündeln sowie gleichförmigen Verlauf der Drähte oder Fäden und gleicher Größe der Durchtrittsöffnungen.

Die Abmessungen der Drähte oder Fäden sowie der Raster und Abstandshöhen (Stufen) der Bündelpunkte gönnen je nach Durchsatz- und Trennleistung optimal bestimmt werden, wobei vorzugsweise die Abstände der Kreuzungspunkte der Rasterebenen 2 bis 20 mm und die zweier Querschnittsebenen 10 bis 100 mm betragen.

Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für ein Dreiecksraster in Fig. 3 und für ein Vierecksraster in Fig. 4 schematisch dargestellt.

Auf einer wabenförmig gestalteten Querschnittsebene 11 sind an den Kreuzungspunkten 12 längslaufende Draht- oder Fadenbündel 13 angeordnet, die mit von benachbarten Kreuzungspunkten 12 paarweise kommenden Drähten oder Fäden so miteinander in den Schwerpunkten des Dreieck- oder Viereckrasters 14 abwechselnd nach oben und unten verbun­ den sind, daß jeder zweite Bündelpunkt 15 untereinander und die benachbarten Bündelpunkte 16 auf Lücke zu den erstgenannten 15 angeordnet sind.

Die von Bündelpunkten 15 gleicher Querschnittsebene kommenden Drähte oder Fäden gehen in drei bzw. vier Richtungen nach den benachbarten auf Lücke befindlichen Bündelpunkten 16 der nächsten Querschnittsebene. Hierdurch werden zwischen benachbarten Bündelpunkten 15-16 je drei bzw. vier zur Kolonnenachse geneigte rhombusförmige Durchtrittsöffnungen 17 gebildet.

Eine Variante der Konstruktion ist dadurch gegeben, daß zwischen den paarweise von den Bündelpunkten 15 und 16 verlaufenden Drähten oder Fäden zusätzlich Drähte oder Fäden 18 angeordnet sind.

Eine alternative Ausführungsart der vorstehend beschrie­ benen Vorrichtung besteht darin, daß im Gegensatz zu dieser die Ablaufstellen 1 einer Querschnittsebene über jedem einzelnen Feld des Dreieck- bzw. Viereckrasters 5 und die Zulaufstellen unter diesen angeordnet sind, wodurch eine dichtere Anordnung der Stromfäden und gleichförmige Strömungskanäle für die leichtere Phase bei gleicher beschriebener Verfahrensweise ermöglicht werden. Auch hierbei werden die von jeder Ablaufstelle 1 und ebenfalls 4 einer Querschnittsebene kommenden Teilströme 2 über die Kreuzungspunkte 3 der Rasterebene 5 nach den benachbarten Ablaufpunkten 4 bzw. im selben Sinne 1 geführt, um die beschriebene intensive Vermischung und Querverteilung der schwereren Phase (Flüssigkeit) zu erreichen.

Auch kann die Konstruktion anstelle durchlaufender Drähte oder Fäden aus drei- bzw. vierseitigen pyramidenartigen Einzelteilen zusammengesetzt sein, bei denen die Drähte oder Fäden auf den Kanten angeordnet sind und diese durch Spiegelung in gleicher Richtung nach unten so verlaufen, daß die Seitendrähte oder -fäden auf den Pyramidenkanten rhombusförmige Durchtrittsöffnungen 17 bilden. Durch Zusammenfügung dieser pyramidenartigen Einzelteile in einer Schicht an den Ecken auf Lücke und in der nächsten Schicht an den von drei benachbarten Einzelteilen gebildeten Pyramidenspitzen erfolgt der Zusammenbau der Konstruktion von Schicht zu Schicht.

Je nach Bedarfsfall können die Drähte bzw. Fäden aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Metalle, Nichtmetalle wie Kunststoffe, Glas- oder Kohlefasern und ein- oder mehradrig, gedrillt, gespreizt oder aus Faserprodukten (Filamente) sowie in unterschiedlicher Form, als Faden­ kette oder mit Zwischenräumen (Maschen) mit guten Benetzungseigenschaften hergestellt sein. Auch können die Drähte katalytisch wirken oder in der flüssigen Phase kann ein suspensierter Katalysator enthalten sein bzw. in der beschriebenen Vorrichtung kann ein Katalysator enthalten sein.

Durch die wiederholte Mischung der ablaufenden Flüssigkeit erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit auf alle Bündelpunkte von Querschnitt zu Querschnitt und es können so die bei anderen Flüssigkeitsverteilern durch ihre Konstruktion begrenzte Anzahl von Flüssigkeitsabläu­ fen auf ein Mehrfaches ihrer Ablaufpunkte gesteigert werden, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung sich als Zwischenverteiler zwischen den bekannten Flüssigkeitsver­ teilern und den anfangs beschriebenen Füllkörpern, geord­ neten Packungen sowie auch Rieselkolonnen eignet.

Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei allen Anwendungsfällen der Verteilung von Flüssigkeit auf mög­ lichst viele Ablaufpunkte eingesetzt werden. So kann eine Verbesserung der Austauschleistung bei den bekannten Gegenstromkolonnen erzielt werden.

Gleichzeitig wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die wiederholte Zusammenführung der Flüssigkeit von Bündelpunkt zu Bündelpunkt auch als Demister zur Abschei­ dung von Flüssigkeitstropfen aus der leichteren Phase.

Vorzugsweise haben die Zwischenverteiler oder Demister eine Schichthöhe von 50 bis 500 mm, insbesondere von 100 bis 300 mm.

Die Erfindung gestattet im Vergleich zu bisherigen Ver­ fahren und Vorrichtungen einen wirtschaftlicheren Einsatz in der chemischen und artverwandten Industrie beim Stoff- und/oder Wärmeaustausch und/oder bei chemischen Reaktionen sowie beim Mischen und/oder Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien mit gegebenenfalls darin ge­ lösten Stoffteilchen durch Erfüllung der verfahrenstechnischen Bedingungen, wie Vermeidung der Maldistribution durch eine gleichförmige Strömung beider Phasen unabhängig der Genauigkeit bei der Flüssigkeits­ aufgabe und dadurch Erreichung eines minimalen spezi­ fischen Volumens der Vorrichtung sowie geringstem Materi­ alaufwand und Serienfertigung.

Durch den intensiven Stoff- und/oder Wärmeaustausch an der großen zur Verfügung stehenden Phasengrenzfläche und durch Vermeidung von Stoßverlusten bei der gleichförmigen Strömung der leichteren Phase wird ein minimaler Druck­ verlust pro Trennstufe erreicht und damit ein geringerer Energieverbrauch als bisher, wodurch der Einsatzbereich im Vakuumbetrieb erweitert wird und Einsatzmöglichkeiten für energiesparende Wärmepumpen bestehen.

Claims (13)

1. Verfahren für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch und/oder chemische Reaktionen, zum Mischen und/oder Trennen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien mit oder ohne Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß die schwerere Phase (Flüssigkeit) von nebeneinander auf einer Querschnittsebene angeordneten Ablaufstel­ len in drei oder mehreren seitlichen Richtungen nach Sammelstellen der darunter befindlichen Quer­ schnittsebene geleitet und mit von benachbarten oberen Ablaufstellen kommender Flüssigkeit vereinigt und miteinander gemischt wird, wobei diese Arbeits­ weise stufenweise wiederholt und parallel vernetzt kontinuierlich abläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die von den Ablaufstellen einer Quer­ schnittsebene in drei oder mehrere Richtungen ab­ fließende Flüssigkeit und der Zusammenführung auf der übernächsten Querschnittsebene rhombusförmige Durchtrittsöffnungen für die im Gegenstrom geführte leichtere Phase (Gas, Dampf bzw. Flüssigkeit) gebil­ det werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Aufteilung der Flüssigkeit in eine Vielzahl von Einzelströmen, die die Trennwirkung bestimmende Phasengrenzfläche sich mit zunehmender Durchsatzmenge und gleichzeitig proportional größerer Flüssigkeitsstromdicke mit der Oberfläche aller Einzelströme vergrößert.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flüssige Phase einen suspendierten Katalysator oder der Reaktionsraum einen Katalysator enthält.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über den gesamten Querschnitt an den Kreuzungspunkten eines Dreieck- oder Viereckrasters verteilten (je 6 oder 4) längslaufende Drähte oder Fäden in Abständen miteinander gebündelt und zwischen diesen Bündel­ punkten abwechselnd paarweise mit von benachbarten Kreuzungspunkten kommenden Drähten oder Fäden so miteinander verbunden sind, daß jeder zweite Bün­ delpunkt untereinander und die benachbarten Bündel­ punkte auf Lücke zu den erstgenannten liegen.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gegensatz zu diesem die Ablaufstellen 1 einer Querschnittsebene über jedem einzelnem Feld des Dreieck- bzw. Viereck­ rasters 5 und die Zulaufstellen unter diesen ange­ ordnet sind, wodurch eine dichtere Anordnung der Stromfäden und gleichförmige Strömungskanäle für die leichtere Phase möglich sind. Auch hierbei werden die von jeder Ablaufstelle 1 und ebenfalls 4 einer Querschnittsebene kommenden Teilströme 2 über die Kreuzungspunkte 3 der Rasterebene 5 nach den benach­ barten Ablaufpunkten 4 bzw. im selben Sinne nach 1 geführt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von Bündelpunkten gleicher Querschnittsebene nach den benachbarten auf Lücke liegenden Bündel­ punkten der übernächsten Querschnittsebene verlaufenden Drähte oder Fäden je drei bzw. vier zur Kolonnenachse geneigte rhombusförmige Durchtrittsöffnungen für die leichte Phase bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Übereinstimmung mit Anspruch 7 die zwischen den betreffenden Bündelpunkten verlaufenden Drähte oder Fäden rhombusförmige Durchtrittsöffnungen für die leichte Phase bilden.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konstruktion aus drei- bzw. vier­ seitigen pyramidenförmigen Einzelteilen zusammenge­ setzt ist und die Drähte bzw. Fäden auf den Kanten so angeordnet sind, daß rhombusförmige Durchtrittsöffnungen für die leichtere Phase gebildet werden.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drähte oder Fäden aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Metalle, Nichtmetalle wie Kunststoffe, Glas- oder Kohlefasern und ein- oder mehradrig, gedrillt, gespreizt sowie in verschiedener Form, als Kette oder mit Maschen hergestellt sind.

11. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drähte katalytisch wirken oder in der beschriebenen Vorrichtung ein Katalysator enthalten ist.

12. Verwendung nach vorstehenden Ansprüchen als Zwi­ schenverteiler oder Demister.

13. Kolonnen, umfassend Einbauten nach einem der vorste­ henden Ansprüche.