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Kolonnenboden mit aufklappbaren Umlenkplatten
Die Erfindung betrifft einen Kolonnenboden mit Öffnungen, die zur strömungsweisenden Einleitung von Gasen oder Dämpfen in eine auf dem Boden befindliche Flüssigkeit von aufklappbaren Umlenkplatten überdeckt sind. Am zweckmässigsten erfolgt die Einwirkung der Gase oder Dämpfe auf die Flüssigkeit in der Art, dass von Kolonnenboden zu Kolonnenboden abwechselnd einmal eine Rotation der Flüssigkeit um die Vertikalachse der übereinander angeordneten Böden einer Kolonne bei gleichzeitiger Radialbewegung von der Bodenmitte zum Bodenumfang und anschliessend eine Radialströmung der Flüssigkeit vom Umfang zur Bodenmitte erreicht wird.
Von der erheblichen Verbesserung des Kontaktes zwischen den Gasen oder Dämpfen und der Flüssigkeit abgesehen, bietet die vorgeschilderte Massnahme ausserdem noch den Vorteil einer besseren und gleichmässigeren Verteilung der Flüssigkeit über die ganze Bodenfläche, was besonders bei grossen Kolonnendurchmessern von grundlegender Bedeutung ist. Schliesslich wird durch die intensive Flüssigkeitsströmung über die Bodenfläche einmal ein einseitiges Durchbrechen der Gase oder Dämpfe durch die Flüssigkeitsschicht in Gestalt von Kanälen oder Schläuchen oder grossen Blasen und ausserdem ein Ablagern von Festsubstanzen auf dem Kolonnenboden wirksam verhindert.
Es liegt auf der Hand, dass sich die vorstehend beschriebenen Strömungsvorgänge umso besser verwirklichen lassen, je vollständiger es gelingt, die kinetische Energie der Gase oder Dämpfe auf die Flüssigkeit-je nach Bedarf-bevorzugt im Sinne einer Rotationsbewegung, oder aber zur Erzeugung einer Radialströmung von bzw. zur Mittelachse wirken zu lassen, bzw. diese Einwirkung möglichst differenziert zwischen den beiden vorgenannten Extremen abzustufen.
Abgesehen davon, dass es grundsätzlich vom Verhältnis der kinetischen Energie der Gase oder Dämpfe zur Masse der Flüssigkeit abhängt, in welchem Masse die kinetische Energie auf die radiale und auf die tangentiale Komponente zu verteilen ist, erscheint es ausserdem innerhalb eines Bodens selbst zweck-
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wert ist.
Während eine Verwirklichung der obigen Forderung mit den bekannten Mitteln schon aus fertigungstechnischen Gründen nur in beschränktem Umfang und ausserdem nur unter beträchtlichem Kostenaufwand möglich wäre, lässt sich diese mit dem Gegenstand der Erfindung in denkbar einfacher und wirkungsvoller Weise erfüllen.
Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel dadurch verwirklicht, dass jede der im wesentlichen kreisrunden Umlenkplatten um eine längs einer Sehne dieser Kreisform verlaufende geradlinige Begrenzung aufweist, die an beliebiger Stelle des Umfanges der darunter befindlichen Bodenöffnung einstellbar jedoch tangential zum Öffnungsrand liegt und in der Bodenöffnung ein Führungs- und Halteorgan um deren Vertikalachse drehbar angeordnet ist, das die geradlinige Begrenzung der Umlenkplatte auf dem Kolonnenboden festhält, so dass die Unterkante dieser geradlinigen Begrenzung der Umlenkplatte eine horizontale Schwenkachse für dieselbe auf der Bodenebene bildet, um welche die Umlenkplatte nach oben bis zu einem Anschlag schwenkbar ist.
Jede der Umlenkplatten schliesst auf diese Weise im Betriebszustand des Kolonnenbodens einen Neigungswinkel mit der Bodenebene ein, dessen maximale Grösse durch den genannten Anschlag bestimmt wird, der vorzugsweise am Führungs- und Halteorgan vorgesehen ist. Die Bodenfläche eines Kolonnenbodens ist mit einer Vielzahl von kreisförmigen Dùrchtrittsöffnungen in zweckmässiger Verteilung versehen, wobei an jeder dieser Öffnungen eine erfindungsgemäss ausgebildete Umlenkplatte angeordnet und um die vertikale Öffnungsachse beliebig gedreht bzw. eingestellt werden kann.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch im Schnitt und in Ansicht von oben ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Teil eines Kolonnenapparates mit einigen übereinander liegenden Austauschböden, die mit Vorrichtungen nach der Erfindung
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ausgestattet sind, Fig. 4 und 5 sind Schnitte nach den Linien IV-IV bzw. V-V der Fig. 3, Fig. 6 ist eine teilweise Schnittansicht eines Austauschbodens mit erfindungsgemässen Vorrichtungen, Fig. 7 und 8 zeigen im Schnitt und in Ansicht von oben ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 9 zeigt einen Bestandteil dieser Vorrichtung in in die Zeichenebene ausgebreitetem Zustand und Fig. 10 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und 2.
Die Fig. 1 und 2
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geradlinige Begrenzung 3 bildenden Sehne abgeschnitten, wobei diese geradlinige Begrenzung 3 tangential zum Umfang der darunter befindlichen Öffnung 1 liegt.
In der Mitte der geradlinigen Begrenzung der Platte, sowie an ihrem diametral gegenüberliegenden kreisförmigen Rand sind radiale längliche Schlitze 4 und 5 ausgestanzt, die von einem federnden Draht- bügel 6 durchdrungen werden.
Dieser Drahtbügel 6, welcher senkrecht über der Öffnung 1 angeordnet ist und deren Vertikalachse durchquert bzw. die Öffnung mit seinem hinteren Ende, welches halbkreisförmig nach unten und nach aussen gebogen ist, durchdringt, weist an seiner vorderen Seite eine Krümmung auf, welche dem Radius r entspricht, der aus dem Abstand zwischen der inneren Begrenzung des Schlitzes 5 und der Unterkante der geradlinigen Begrenzung 3 der Platte 2 gebildet wird.
An seinem vorderen Ende, mit welchem der Drahtbügel 6 auf der Bodenfläche 20 aufsteht, ist ein
V-förmiger weiterer Drahtbügel 7 horizontal parallel zur Bodenebene angeschweisst, wobei die beiden Enden des V-Bügels 7 nach unten gekrümmt sind und, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, den Rand der Öffnung 1 übergreifen.
An den hinteren, senkrechten Teil des Drahtbügels 6, mit welchem er die Platte 2 in der Mitte ihrer geradlinigen Begrenzung 3 im Schlitz 4 durchdringt, ist parallel zur geradlinigen Begrenzung der Platte 2 und unmittelbar über der letzteren ein Querbalken 8 angeschweisst, der in Verbindung mit dem halbkreisförmigen hinteren Ende des Drahtbügels 6, welches sich unterhalb der Bodenfläche 20 befindet, die Platte 2 federnd auf die Bodenfläche niederhält, dergestalt, dass wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Platte 2 bei einer
Belastung von unten her durch die Gase bzw.
Dämpfe, welche die Öffnung 1 durchdringen, in beabsichtigter
Weise eine Schwenkbewegung um die Unterkante ihrer geradlinigen Begrenzung 3 ausführt, wobei sie mit dem ausgestanzten Schlitz 5 an ihrer Vorderseite innerhalb des gekrümmten Vorderteiles des Draht- bügels 6 auf-bzw. niedergleitet, ohne dass eine seitliche Verschiebung bzw. ein Herausgleiten aus ihrer hinteren Halterung möglich wäre.
Während also die Platte 2 mit ihrer geradlinigen Begrenzung 3 stets auf der Bodenfläche 20 festgehalten wird, liegt sie an ihrer diametral gegenüberliegenden Seite mit ihrem kreisförmigen Rand bei schwacher Belastung durch die Gase bzw. Dämpfe auf dem horizontal über der Bodenebene gelagerten V-Bügel 7 auf und bildet damit in Zusammenwirkung mit der Bodenfläche 20 eine kleine Durchtrittsöffnung für die Gase bzw. Dämpfe mit fast horizontaler Ausrichtung.
Mit steigender Belastung durch die Gase bzw. Dämpfe bzw. mit vergrössertem Volumen derselben führt die Platte 2 um die Unterkante ihrer geradlinigen Begrenzung 3 und entlang der durch den Drahtbügel 6 gebildeten Führung eine Drehbewegung in vertikaler Richtung nach oben bis zum Anschlag an eine in der Mitte des Drahtbügels vorgesehene Einknickung 17 aus, wodurch sich der Strömungsquerschnitt für die Gase bzw. Dämpfe erheblich vergrössert.
Gegenüber den bisher bekannten Massnahmen zur strömungsweisenden Einleitung von Gasen bzw.
Dämpfen in die auf einem Boden befindliche Flüssigkeit besteht also, wie man aus der vorstehenden Beschreibung erkennt, das besondere Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung, die sich beim beschriebenen Ausführungsbeispiel aus den Teilen 2, 6,7 und 8 zusammensetzt und erst nach der Montage der mit den Öffnungen 1 versehenen Bodenplatte in diese Öffnungen federnd eingerastet wird, darin, dass sie sich und damit die Hauptkomponente der aus derselben austretenden bzw. durch sie weitgehend in horizontale Richtung umgelenkten Gase bzw. Dämpfe beliebig um die Vertikalachse der zugehörigen kreisförmigen Öffnung des Bodens drehen lässt, so dass die strömungsweisende Einleitung der Gase bzw.
Dämpfe in Bezug auf ihre Ausrichtung zur Mittelachse des Bodens für jede Öffnung einzeln nach Bedarf eingestellt und variiert werden kann.
Die Vorteile dieser Möglichkeit werden besonders deutlich, wenn man das Zusammenwirken einer Vielzahl derartiger Vorrichtungen auf mehreren übereinander angeordneten Austauschböden verfolgt, wie dies als Beispiel an Hand der Fig. 3 bis 6 gezeigt ist.
In diesen Figuren ist schematisch ein Teil eines an sich bekannten Kolonnenapparates dargestellt, der innerhalb eines Mantels 21 eine Anzahl, in einem gewissen gegenseitigen Abstand übereinander angeordnete Austauschböden aufweist, von denen in Fig. 3 drei Böden 22, 23 und 24 im Schnitt sichtbar sind.
Die Flüssigkeitsabläufe dieser Böden sind hier in bekannter Weise abwechselnd als zentral angeordnetes Ablaufrohr 25 bzw. 25a und als Ringkanal zwischen einem, den Bodenumfang umgebenden Zylinder 26 bzw. 26 a und dem Kolonnenmantel ausgebildet. In ebenfalls bekannter Weise schliessen an die zentralen
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Während z. B. bei dem in Fig. 4 gezeigten Austauschboden 23, bei welchem die Aufgabe der Flüssigkeit in der Mitte erfolgt, die Ausrichtung der auf der innersten Kreisbahn um die Mittelachse angeordneten Platten 2 einen rein radial nach aussen gerichteten Austritt der Gase bzw. Dämpfe bewirkt, hat die Anordnung der Platten 2 auf der nächstfolgenden Kreisbahn einen Austritt der Gase bzw. Dämpfe in halb radialer und halb tangentialer Richtung zur Folge, während die Anordnung der Platten 2 auf der äussersten Kreisbahn im Falle von Fig. 4 einem zu dieser Kreisbahn um die Mittelachse des Bodens rein tangential gerichteten Gasaustritt entspricht.
In Fig. 5 ist demgegenüber ein Boden 24 gezeigt, bei welchem die Flüssigkeit in umgekehrter Weise aussen aufgegeben und nach der Bodenmitte geführt wird. In diesem Falle muss die Anordnung der Platten 2 so gewählt werden, dass die tangentiale Beeinflussung der Flüssigkeit durch die austretenden Gase bzw.
Dämpfe von aussen nach innen abnimmt, während umgekehrt die radiale Einwirkung auf die Flüssigkeit von aussen nach innen, u. zw. in Richtung auf die Bodenmitte, zunimmt, da es andernfalls infolge der in der Flüssigkeit wegen ihrer Rotation, die bekanntlich nach dem Gesetz : Umfangsgeschwindigkeit x Ra- dius = konstant mit der Wanderung der Flüssigkeit nach innen stark entstehenden Zentrifugal- kräfte überhaupt nicht möglich wäre, die Flüssigkeit an das zentral angeordnete Ablaufrohr 25 a heranzuführen.
Aus letzterem Grunde kann es sich unter Umständen, d. h. falls die kinetische Energie der aufsteigenden Gase bzw. Dämpfe im Verhältnis zu der Masse der Flüssigkeit sehr gross ist, sogar als notwendig erweisen, die in unmittelbarerer Nähe des zentralen Ablaufrohres 25 bzw. 25 a angeordneten Platten 2 auf den Böden 22 und 24 in der Weise auszurichten, dass die kinetische Energie der austretenden Gase bzw. Dämpfe neben der radial zur Mittelachse des Bodens gerichteten Komponente auch eine Tangentialkomponente aufweist, welche derjenigen der in der Randzone des Bodens angeordneten Platten 2 entgegengesetzt gerichtet ist, um damit die Rotationsbewegung der Flüssigkeit abzubremsen, d. h. die als Folge hievon auftretenden Zentrifugalkräfte zu verringern.
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achse des Bodens die angenähert horizontale Umlenkung der aus den Bodenöffnungen austretenden Gase bzw.
Dämpfe und damit die Einwirkung deren kinetischer Energie auf die auf dem Boden befindliche Flüssigkeit den jeweiligen strömungstechnischen Bedingungen und gleichzeitig die Grösse des Strömungsquerschnittes für die Gase bzw. Dämpfe infolge der Drehung, welche die Platten 2 um ihre geradlinige Begrenzung 3 auszuführen imstande sind, den jeweiligen Mengen genau anzupassen, und darüberhinaus auch gegebenenfalls eine später sich als notwendig erweisende Änderung des Verhältnisses der kinetischen Energie der Gase bzw. Dämpfe zur Masse der Flüssigkeit nachträglich durch entsprechende Drehung der beschriebenen Vorrichtung um die Vertikalachse der zugehörigen darunterliegenden Kreisöffnung zu berücksichtigen.
Gleichzeitig ist mit dieser Ausgestaltung der Vorrichtung der erhebliche herstellungstechnische Vorteil der Möglichkeit einer nachträglichen Befestigung in der in entsprechender Aufteilung gelochten Bodenfläche ohne jedes Anschweissen verbunden.
Es versteht sich, dass die Aufteilung der Durchtrittsöffnungen auf den Böden beliebig gewählt werden kann und dass insbesondere die in den Fig. 3-5 dargestellte Anordnung der Öffnungen auf drei konzentrischen Kreisbahnen rein beispielsweise und für erläuternde Zwecke gewählt wurde.
In der Praxis können die Öffnungen beispielsweise auf eine grössere Anzahl konzentrischer Kreisbahnen gleichmässig über die Bodenfläche verteilt werden.
Handelt es sich um Bodenflächen mit grossen Durchmessern, dann können dieselben in bekannter Weise aus Sektoren zusammengesetzt werden, vorzugsweise aus Sektoren mit einem Zentriwinkel von 60 , wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, wobei innerhalb einer jeden Sektorplatte die Kreisöffnungen, in denen die erfindungsgemässen Vorrichtungen angebracht werden, in der Aufteilung von gleichzeitigen Dreiecken ausgestanzt sind. Fig. 6 zeigt zwei solche Sektorplatten 29, 30 eines Austauschbodens mit Flüssigkeitsaufgabe in der Mitte gemäss Fig. 4.
Nötigenfalls können, wie dies auch bereits bekannt ist, diese Sektorplatten noch weiter in gleichseitig dreieckige Einzelelemente unterteilt sein, die dann ihrerseits mit den Kreisöffnungen versehen sind.
In den Fig. 7 und 8 der Zeichnung ist eine Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung wiedergegeben, bei welcher die in gleicher Weise längs einer Sehne abgeschnittene kreisförmige Platte 9 an Stelle durch den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Drahtbügel 6 durch ein an ihrer Unterseite senkrecht angebrachtes schwertartiges Leitblech 10, das ausserdem in der Mittelachse der Kreisplatte 9 senkrecht zu ihrer geradlinigen Begrenzung 3 angeordnet ist, innerhalb eines in seiner ganzen Länge vertikal geschlitzten Zylinders 11 geführt wird, indem die im Schlitz dieses Zylinders sich in senkrechter Richtung auf-und niedergleitende Vorderseite des Leitbleches 10 eine nach unten verlaufende Krümmung in Gestalt eines Kreisausschnittes aufweist, dessen Radius r dem Durchmesser der Kreisöffnung 1 des Bodens 20 entspricht,
wodurch auch in diesem Falle eine entsprechende Führung der Kreisplatte 9 bei ihrer Drehbewegung um die Unterkante ihrer geradlinigen Begrenzung 3 gewährleistet und gleichzeitig ein Verschieben bzw. Herausgleiten aus der nachstehend beschriebenen Arretierung ihrer geradlinigen Begrenzung 3 verhindert wird.
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An seinem untersten Ende besitzt das Leitblech 10 einen Anschlag 12, welcher den Öffnungswinkel der Kreisplatte 9 mit der Bodenebene begrenzt (siehe die in Fig. 7 strichpunktiert eingezeichnete ganz geöffnete Stellung der Platte 9).
Die Arretierung der geradlinigen Begrenzung 3 der Kreisplatte 9 erfolgt in diesem Falle durch einen am geschlitzten Zylinder 11 angebrachten halbkreisförmigen Fortsatz 13, der an seiner Unterkante schräg ausgespart ist und die Kreisplatte 9, wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, übergreift bzw. dieselbe mit dem Halse 15 an einer in der Mitte ihrer geradlinigen Begrenzung 3 angebrachten Aussparung 14 durch- dringt.
Zur besseren Führung des schwertartigen Leitbleches 10 durch die Vorderkanten des in seiner ganzen Länge geschlitzten Zylinders 11, der, wie in Fig. 10 wiedergegeben, aus einem ausgestanzten Blech gerollt wird, erscheint es zweckmässig, die oberen Enden 16 der Vorderkanten des Zylindermantel etwas nach innen abzubiegen.
Auch diese Vorrichtung, die funktionsmässig völlig mit der zuerst beschriebenen Ausführungsart übereinstimmt, bietet verfahrensmässig die gleichen Vorteile, die bereits oben aufgezeigt und erläutert wurden, indem auch in diesem Falle eine Umlenkung der Gase bzw. Dämpfe in angenähert horizontaler Richtung bei beliebig einstellbarer radialer Ausrichtung um die Vertikalachse der Vorrichtung bzw. zur
Mittelachse des mit einer Vielzahl dieser Vorrichtungen ausgerüsteten Kolonnenbodens möglich ist.
Zusammenfassend lässt sich daher in bezug auf die Ausbildung der Führung der die Umlenkung der
Gase bzw. Dämpfe bewirkenden Platten 2 bzw. 9 feststellen, dass zweifelsohne auch noch andere Lösungen möglich wären, so dass das eigentliche Kennzeichen des Gegenstandes der Erfindung in der Ausbildung von kreisförmigen Platten mit einem fehlenden Kreisabschnitt von solcher Grösse zu erblicken ist, dass die durch den fehlenden Kreisabschnitt der Platten gebildete, geradlinige Begrenzung derselben bei konzentrischer Anordnung der Platten über den ebenfalls kreisförmigen Öffnungen des Bodens an beliebiger
Stelle des Umfanges der letzteren als Tangente verlaufen und gleichzeitig als Drehachsen ausgebildet sind, um welche die Platten nach oben bis zu einem Anschlag aufklappen können.
Für alle beschriebenen Vorrichtungen kann es gegebenenfalls von Vorteil sein, die vordere kreisförmige Begrenzung der Platte 2 bzw. 9 zwecks besserer Aufteilung des Gas- bzw. Dämpfestromes mit Schlitzen 18 zu versehen, die wie in Fig. 2 dargestellt ist, parallel zu dem bei dieser Ausführung vorgesehenen mittleren Führungsschlitz 5, bzw. senkrecht zu der geradlinigen Begrenzung 3 der Platte 2 bzw. 9 angeordnet sind.
An Stelle derartiger Schlitze können am vorderen Kreisrand der Platte auch Verformungen vorgesehen sein.
In Fig. 10 ist schliesslich eine Variante zum Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 in Ansicht von oben dargestellt, wobei die kreisförmige Platte 2 abgenommen und nur der Drahtbügel 6 mit den an ihm befestigten Teilen 7 und 8 in der Bodenöffnung 1 angebracht gezeigt ist.
Gemäss dieser Ausführungsvariante ist der Rand der Öffnung 1 mit halbkreisförmigen Einkerbungen 19 versehen, in welche einerseits die nach unten gekrümmten Enden des V-Bügels 7 und anderseits der durch die Öffnung 1 senkrecht nach unten geführte Teil des Drahtbügels 6 einrasten können. Auf diese Weise wird ein unerwünschtes, selbständiges Verdrehen der Vorrichtung während des Betriebes verhindert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kolonnenboden mit Öffnungen, die zur strömungsweisenden Einleitung von Gasen oder Dämpfen in eine auf dem Boden befindliche Flüssigkeit von aufklappbaren Umlenkplatten überdeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der im wesentlichen kreisrunden Umlenkplatten (2 bzw. 9) eine längs einer Sehne dieses Umfangskreises verlaufende geradlinige Begrenzung (3) aufweist, die an beliebiger Stelle des Umfanges der darunter befindlichen Bodenöffnung (1) einstellbar jedoch tangential zum Öffnungrand liegt und in der Bodenöffnung (1) ein Führungs- und Halteorgan (6-8 bzw. 10, 11) um deren Verti-
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