Gas/Feststoff‐Rieselströmung in einer Füllkörperkolonne

Die Rieselstromungeines Feststoffes im Gegenstromzueinem Gas ist ein neues kontinuierliches Gas/Feststoff-Kontaktverfahren mit verschiedenen Anwendungsmoglichkeiten in der chemischen Industrie. So lassen sich z. B. Gasgemische, auch bei relativ hohen Temperaturen auf chemischem oder physikalischem Weg trennen (z. B. Rauchgas-Reinigung, Riickgewinnung von Losungsmitteln). Da die Oberflachen-Eigenschaften von Feststoffen ziemlich einfach mit Metalloxiden oder hochzahigen Fliissigkeiten (ahnlich wie bei der Gas-Chromatographie) modifizierbar sind, liegt ein weites Spektrum verschiedenartiger praktischer Anwendungen vor. Auch sollte es moglich sein, eine Gas/Feststoff-Fiillkorperkolonne als chemischen Reaktor zu betreiben, vor allem bei Gleichgewichtsreaktionen, wobei hohe Umsatze erreichbar sind, wenn eines der Reaktionsprodukte, auf der Feststoffoberflache adsorbiert, der Reaktionszone entzogen wird. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, das hydrodynamische Verhalten einer GaslFeststoff-Fiillkorperkolonne zu untersuchen und den EinfluB der Axialvermischung beider Phasen und den EinfluD der Stoffiibertragung zwischen den beiden Phasen auf den Wirkungsgrad der Kolonne zu bestimmen. Fur diese Untersuchungen wurde eine Kolonne (Durchmesser 0,075 m, Hohe 1,OO m) verwendet, die rnit Pall-Ringen (0,015 m), Raschig-Ringen (0,030 m) oder Drahtnetz-Ringen (0,010 m) gefullt war. Als Feststoff wurde ein Siliciumdioxid/Aluminiumoxid-Katalysatortrager (mittlerer Partikel-Durchmesser 60 . m) und als Gasphase Luft verwendet. Untersucht wurden 1 ) der Druckverlust in der Gasphase, 2) der Feststoffinhalt der Kolonne, 3) die Flutgrenze der Fiillkorperschiittungen, 4) die Verweilzeitverteilung der Gasphasemit Helium als Spurgas, 5 ) die Verweilzeitverteilungdes Feststoffes rnit schwarzgefarbten Feststoffteilchen als Indikator und 6) die Trennwirkung der Kolonne bei Anwendung von LuftIFreon-12 (2-V0l.-%) als Gasphase. Genauso wie bei Gas/Fliissigkeits-Rieselstromung ergaben Messungen einen sehr niedrigen Druckverlust, der bei hoheren Gasund Feststoff-Geschwindigkeiten zunahm. Es wurde eine Korrelation gefunden, mit deren Hilfe es moglich ist, die Fraktion des in der Gasphase suspendierten Feststoffs zu ermitteln. In dem fur die Praxis interessanten Gebiet sind weniger als 60 YO des Feststoffs in der Gasphase suspendiert. (Im (mehrstufigen) Wirbelschicht-Verfahren dagegen sol1 der Feststoff vollstandig suspendiert werden.) Der Feststoffinhalt der Kolonne zerfallt wie bei Gas/FlussigkeitsSystemen in einen dynamischen Teil, der von den Fiillkorpern abrieselt, wenn die Feststoffzufuhr unterbrochen wird, und einen statischen Teil, der auf den Fiillkorpern zuriickbleibt. Der statische Feststoffinhalt ist naherungsweise von der Gasund der FeststoffBelastung unabhangig, hangt aber von der Art des Feststoffes und der Fiillkorper ab. Unterhalb des unteren Staupunkts ist der dynamische Feststoffinhalt von der Gasbelastung unabhangig und wachst im Verhaltnis zu der ansteigenden Mengenstromungsdichte des Feststoffes. Dies wird auch bei nichtnetzenden Gas/Flussigkeits-Systemen (z. B. bei Verwendung von Quecksilber) gefunden und deutet auf