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Rektifizier-, Wasch- und Reaktionskolonnenböden.
Den Gegenstand des Patentes bilden Böden zum Inberührungbringen von Gasen und Flüssig- keiten für Rektifizier-, Wasch-und Reaktionskolonnen mit schräg abfallende Wände aufweisenden
Stutzen und diesen zugeordneten Überstülphauben, die mit den Stutzen einen Gas-bzw. Dampf- durchlass bilden.
Böden dieser Art sind bereits bekannt. Sie zeigen den Nachteil, dass sie nicht die für einen hohen Wirkungsgrad nötige Verteilung und innige Berührung des Dampfes oder Gases mit der Flüssigkeit ergeben, indem der Dampf bzw. das Gas, wie dies bei Verwendung von zylindrischen Stutzen der
Fall ist, infolge seiner geringen Geschwindigkeit nur in unmittelbarer Nähe der äusseren Seiten- wandungen der Überstülphauben in der Flüssigkeit nach oben steigt. Es war daher erforderlich, diese
Glocken und konzentrischen Ringe dicht beieinander anzuordnen, wenn man erreichen wollte, dass die gesamte, zwischen den Überstülphauben sich befindende Flüssigkeit von dem Gas bzw. dem Dampf durchzogen wird.
Diese feingliedrigen in bezug auf ihre Wirkung dem Siebboden ähnlichen Ausführungen haben ausser den Schwierigkeiten ihrer Herstellung und einem grossen Werkstoffverbrauch auch den grossen Nachteil, im Betriebe der Gefahr des Verstopfens ausgesetzt zu sein.
Um bei gleichzeitigem innigen Inberührungbringen von Gas und Flüssigkeit mit der üblichen Anordnung von Stutzen und Hauben die Ablagerung von Sink-und Trübstoffen zu verhindern und den Abstand zwischen den Überstülphauben grösser machen zu können, was den Vorteil der Ersparung von Werkstoff hat, wird gemäss dem Gegenstand des Patentes vorgeschlagen, den Boden so auszubilden, dass Stutzen und Überstülphauben eine zur Bodenebene im wesentlichen senkrecht gerichtete Ringdüse bilden und dass der Unterteil des Stutzens eine in die Bodenfläche überführende Leitfläche bildet, die von dem Düsenstrahl getroffen wird.
Bei einem derart ausgebildeten Boden, dessen Wirkungsweise an Hand der Zeichnungen noch näher beschrieben wird, unterspült der Düsenstrahl die Flüssigkeit gleichmässig längs der waagrechten Bodenoberfläche, die über diesem Bodenteil stehende Flüssigkeit wird in vertikaler Richtung gleichmässig von dem Dampf bzw. dem Gas durchzogen und durch das Unterspülen werden Sink-und Trübstoffe von dem die Flüssigkeit aufnehmenden Teile des Bodens ferngehalten.
Es sind zwar bereits auch Glockenapparate für Rektifizier-, Absorptions-und Kühlapparate bekannt, bei denen ein flach ausgebildeter Glockendeckel mit dem Glockenboden eine Düse bildet, die durch Anordnung von keilförmigen Nasen am Umfang des Glockendeckels oder am Glockenboden in düsenförmige Gasdurchtrittsöffnungen unterteilt ist. Hiebei ist jedoch die Düse fast waagrecht angeordnet, was zur Folge hat, dass der aus der Düse austretende Dampf bzw. das Gas in vertikaler Richtung lediglich denjenigen Teil der Flüssigkeit durchziehen wird, der sich in der Nähe des die Glocke ringförmig umgebenden Glockenbodenteiles befindet, während der übrige Teil der Flüssigkeit von dem Gas bzw. dem Dampf nicht durchzogen wird.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Glockenapparates besteht noch darin, dass durch die Anordnung der keilförmigen Nasen am Umfang des Glockendeckels infolge der durch dieselben bedingte Verkürzung der Länge der sogenannten Austrittslinie des Dampfes eine Leistungsverminderung eintritt, die beim patentgemässen Boden durch Verwendung einer durchgehenden oder nur durch möglichst wenig Stützpunkte unterbrochenen Ringdüse beseitigt ist. Schliesslich ist bei dem bekannten
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Boden sehr nachteilig, dass er infolge Fehlens der Stützen bei Druckschwankungen teilweise und beim Abstellen der Kolonne vollständig entleert wird.
Es sind ferner Rektifikationsböden bekanntgeworden, bei denen einzelne der patentgemässen Konstruktionselemente bereits verwendet worden sind ; aber erst durch ihr Zusammenwirken ist es möglich geworden, gleichzeitig den hohen Wirkungsgrad, die Betriebsstabilität und die einfache und doch solide Bauweise des patentgemässen Bodens zu erreichen.
Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung in Anwendung auf zwei verschiedene, je im Vertikalschnitt (Fig. l und 3) und im Grundriss (Fig. 2 und 4) dargestellte, oben und unten abgebrochene zylindrische Kolonnen. In Fig. 5 ist schematisch der Austritt des gasförmigen Mittels aus zwei Ringdüsen und die Art der Einführung desselben in die Flüssigkeit in vergrössertem Massstabe dargestellt.
Die Kolonne gemäss Fig. 1 und 2 besitzt mehrere übereinander angeordnete Böden Al, A2, A3,..., die auf radialen Querstegen a gelagert sind. Jeder der Böden weist Ringkanäle b1, b2 von muldenförmigen Querschnitt auf, die auf den Querstegen a aufgenietet und konzentrisch um einen in der Mitte der Kolonne befindlichen Überlauf c und im Abstande voneinander angeordnet sind. Die Ringkanäle P, bilden ringförmige Stutzen iP, d2, d3 für die Verteilung des von unten zuströmenden
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einigen Stellen bei e" (Fig. 5) abstützen und durch Schraubenbolzen h mit den Querstegen a zur Er- zielung einer gegenseitigen fachwerkartigen Versteifung verspannt sind.
Die Überstülphauben mit ihren unten bei e ausgenommenen Seitenwänden ex (Fig. 5) bilden mit den dachförmig abfallenden
Seitenwänden der Stutzen dl, d2, d3 eine zur Bodenebene im wesentlichen senkrecht gerichtete Ring- düse, deren horizontale Austrittsöffnung p (Fig. 5) zweckmässig eine Weite von höchstens 3 mm hat.
Der Unterteil des Stutzens bildet eine in die Bodenfläche überführende geschweifte Leitfläche d2", die von dem Düsenstrahl getroffen wird.
Infolge dieser Anordnung der Stutzen und Hauben strömt der Dampf, dessen Geschwindigkeit durch die Düsenform sich um ein Vielfaches erhöht hat, beim Austritt aus der Düse unter verschiedenen Winkeln gegen die gesehweifte Leitfläche "des Gasstutzens. Durch die hiebei stattfindende Ablenkung des Dampfstrahles, die an der oberen Kante der Öffnungen e und der geschweiften Leit- fläche d2" in verschiedener Stärke erfolgt, werden verschiedene Austrittsgeschwindigkeiten des Dampfes erzeugt.
Der die Flüssigkeit an der Bodenoberfläche unterspülende Dampfstrahl wird mit grösserwerdendem Abstand von den Überstülphauben allmählich dünner ; denn infolge der verschiedenen
Geschwindigkeiten in der Dampfschicht einerseits und der Auftriebskraft des Dampfes in der Flüssigkeit anderseits geben die oberen Fäden des Dampfstrahles fortgesetzt Dampfteilchen ab, bis schliesslich der ganze Strahl durch die Flüssigkeit hochgestiegen ist, wie dies im Prinzip in Fig. 5 dargestellt ist.
Da der Gasaustritt keine Verengung in waagrechter Richtung aufweist und somit keine wesentliche Unterbrechung des Dampfstrahles erfolgt, bespült der Dampfstrahl praktisch die ganze Bodenfläche und es wird eine die Ablagerung von Sink-und Trübstoffen verhindernde Bespülung der gesamten waagrechten Bodenebene und gleichzeitig eine feine Verteilung des Dampfes auf dem ganzen zwischen den Überstülphauben vorhandenen Querschnitt erreicht.
Was den Weg anbelangt, der von der Flüssigkeit durch die Kolonne eingenommen wird, so führt dieser in bekannter Weise von dem Überlauf c des oberen Bodens in Richtung der in vollen Linien gezeichneten Pfeilzüge durch Verteilrohre o, die die Flüssigkeit in den äusseren, ringförmigen Kanalraum leiten, von wo aus die Flüssigkeit radial einwärts über die Überstülphauben von einem Flüssigkeitskanal in den andern gelangt und schliesslich in den Überlauf überfällt, um dann in gleicher Weise den nächstunteren Boden zu durchfliessen. Etwaige Verunreinigungen durchlaufen mit der Flüssigkeit nacheinander alle Böden und verlassen die Kolonne mit der Schlempe. Der oben bereits erläuterte Weg des Dampfes ist in den Fig. 1 und 3 ebenfalls durch Pfeilzüge angedeutet.
Durch die vorgenannte Flüssigkeitsführung wird ausserdem in einwandfreier Weise ein gleichsinniger Kreuzstrom der Flüssigkeit mit dem Dampf auf allen Böden erreicht, was für den Wirkungsgrad des Bodengebildes von bedeutendem Einfluss ist.
Die Gleichmässigkeit der Verteilung des Dampfes beansprucht in verstärktem Masse ein gewisses Gefälle der Flüssigkeit bezogen auf den Anfang ihres Weges über den Boden, bis zu ihrem Abfluss von demselben. Der Einfluss dieser ungleichen Höhe der Flüssigkeitssehicht würde sich in der Weise auswirken, dass nach dem Überlauf hin mehr Dampf pro Flächeneinheit durch den Boden strömen würde. Dieser schädliche Einfluss des Flüssigkeitsgefälles wird bei der radial nach innen erfolgenden Flüssigkeitsströmung aufgehoben durch die sich kontinuierlich verengende Wegbreite der Flüssigkeit, indem die spezifische Durchflussmenge derselben nach Massgabe dieser Verengung, d. h. entsprechend dem Verhältnis des Kolonnendurchmessers zum Durchmesser des Überlaufes, zunimmt.
Es stellt sich dabei auch bei Böden bis zu den grössten Durchmessern selbsttätig eine gleichmässige Verteilung des Dampfes auf der ganzen Bodenoberfläche ein.
Damit die gegeneinandergerichteten Dampfstrahlen kein Mitreissen der Flüssigkeit nach oben bewirken, müssen die gegeneinanderarbeitenden Ringdüsen in einer genügend grossen Entfernung
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voneinander angeordnet sein. Diese gegenseitige Entfernung hängt, wie man leicht versteht, mit der Breite der zwischen zwei benachbarten Stutzen gebildeten, ringförmigen Kanalräume zusammen.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass diese Breite in ihrem Ausmass mindestens so gross sein sollte wie die
Höhe der Kanalräume.
Die Bemessung der Breite der Kanalräume ist von Wichtigkeit auch in bezug auf das auf- einanderfolgende zwangsläufige Überfallen der Flüssigkeit bis auf den Grund jedes Kanalraumes.
Versuche haben gezeigt, dass Flüssigkeiten, die zu starkem Schäumen neigen, bei ungenügender Breite der Kanäle nicht, wie dies gewollt und zweckentsprechend ist, bis auf den Grund der Kanalräume gelangen, sondern über die Hauben hinwegstreichen. Für die Beschleunigung der Rektifikation ist es jedoch von grosser Wichtigkeit, dass der Schaum immer wieder in Flüssigkeit zerfällt und diese wieder von neuem Dampf durchdrungen wird.
Der Schaum und das Flüssigkeitsdampfgemisch sollen beim Überqueren der Hauben, d. h. während der Zeit, da sie keinem Wärmeeinfluss ausgesetzt sind, sich wieder in ihre Aggregatzustände trennen, der Dampf möglichst trocken nach oben strömen und die Flüssigkeit auf den Grund des nächsten Kanalraumes fallen. Die Breite der Flüssigkeitskanalräume und Hauben soll daher gegebenen- falls entsprechend der Neigung des Flüssigkeitsgemisches zu Schaumbildung genügend gross gewählt werden.
Die Kolonne gemäss Fig. 3 und 4 ist bezüglich ihrer Konstruktion ähnlich wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kolonne mit dem Unterschied jedoch, dass hier die Stutzen n die Form eines abge- stumpften Kegels und die Überstülphauben m zylindrische Form haben, wodurch von je einem Stutzen und einer Haube eine Glocke gebildet wird, u. zw. im Gegensatz zu den Ringböden, unabhängig von
Teilen anderer Glocken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Rektifizier-, Wasch-und Reaktionskolonnenböden, mit schräg abfallende Wände aufweisenden
Stutzen und diesen zugeordneten, z. B. glockenförmig ausgebildeten Überstülphauben, die mit den
Stutzen eine Ringdüse bilden, dadurch gekennzeichnet, dass letztere zur Bodenebene im wesentlichen senkrecht gerichtet ist und der Unterteil des Stutzens eine in die Bodenfläche überführende Leitfläche bildet, auf die sich die Überstülphaube mit ihrem Unterteil unmittelbar so abstützt, dass die Leitfläche von dem Düsenstrahl getroffen wird.