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Kolonnenboden
Die Erfindung betrifft einen Kolonnenboden für Rektifikations-, Adsorptions-und Waschkolonnen der chemischen und Erdölindustrie, in denen das Gas bzw. der Dampf durch von herabfliessender Flüssigkeit bzw. von herabrieselndem Feststoffgranulat beaufschlagte Kolonnenböden strömt.
Es sind Kolonnenböden zum Betriebe mit Flüssigkeiten im Gegenstrom mit Gasen und Dämpfen be- kannt, die aus einem ebenen Bodenblech bestehen, aus dem eine Vielzahl von rechteckigen nur an den beiden Längsseiten durch Schnitte abgetrennte Streifen derart herausgedrückt ist, dass ihre Fläche parallel zur Oberfläche des Bodenbleches steht und ihre Schnittkanten mit denjenigen des Bodenbleches zwei parallele Schlitzdüsen bilden. Aus den gegenüberliegenden Schlitzdüsen benachbarter herausgedrückter Streifen strömt das Gas oder der Dampf in schräger Richtung in die Flüssigkeit, wobei die Gas-oder Dampfströme aufeinanderprallen und sich in ihrer Wirkung negativ beeinflussen.
Eine wirkungsvolle Orientierung des Gas- oder Dampfstromes zur Flüssigkeitsströmungsrichtung ist nicht möglich. Bei Gas- oder Dampfunterbelastung besteht leicht die Gefahr des Durchregnens der Flüssigkeit durch die Schlitzdüsen.
Bekannte Kolonnenböden weisen über einen wesentlichen Teil ihrer Fläche eine grosse Anzahl ausgestanzter Laschen auf, die einen Gas- oder Dampfaustritt in schräger Richtung gestatten. Die Laschen sind dabei derart ausgestanzt, dass der Gas- oder Dampfstrom in Richtung auf das dem Boden zugeordnete Ablaufrohr hin abgelenkt wird. Die durch die ausgestanzten Laschen entstehenden sich ständig er- weiternden Bodenöffnungen lassen keinen intensiven Austausch zwischen Gas- oder Dampf und der Flüssigkeit erwarten, da am Gas- bzw. Dampfeintritt keine Verwirbelung und Geschwindigkeitserhöhung des Gas- bzw. Dampfstromes erzielt wird.
Für Stoffaustauschkolonnen sind auch Böden bekannt, bei denen die Gasaustrittsschlitze durch s-bogenförmig geschwungene sich überlappende Gasumlenkbleche gebildet werden.
Die Anordnung dieser Schlitze führt zu einer Erhöhung der Dampfgeschwindigkeit, welche schräg nach oben gerichtet ist. Diese Anordnung führt zum Versprühen eines grössen Teiles der Flüssigkeit. Um die versprühte Flüssigkeit zu sammeln, werden die Flüssigkeitstropfen an Prallblechen vom Dampf abgeschieden. Diese Prallbleche, ohne die eine einwandfreie Bodenfunktion nicht gegeben ist, weil die zum nächsthöheren Boden mitgerissenen Flüssigkeitstropfen den Austauchgrad vermindern, sind oberhalb des Austauschbodens so angeordnet, dass der schräg nach oben strömende Dampf aufprallt.
Diese Art der Bodenkonstruktion erzeugt die Fläche für den Stoffaustausch in Form von feinzerteilten Tropfen bzw. durch den an den Prallblechen herab fliessenden Flüssigkeitsfilm bei geringen Verweilzeiten. Zur Ausbildung eines stabilen Flüssigkeitsbettes durch Stauen der Flüssigkeit vermittels eines Wehres auf dem Boden ist diese Bauart nicht gut geeignet. Böden dieser Bauart sind auf Grund der ge-
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ringen Verweilzeiten der Flüssigkeit für die schonende Behandlung temperaturempfindlicher Substan- zen beim Austauschvorgang besonders geeignet, gleichzeitig erhöht sich jedoch auch die Anfälligkeit der
Kolonne für Betriebsstörungen bei verminderter Trennleistung.
Demgegenüber sind Böden mit stabilem Flüssigkeitsbett infolge des Ablaufwehres bei gleichbleiben- der guter Trennleistung robustergegenüber Betriebsstörungen bei schwankender Belastung. Für einen sta- bilen Betrieb, wie er z. B. in der Erdölverarbeitung gefordert wird, ist ein Boden mit Gasumlenkblechen und Prallblechen aufwendig. Hiefür werden besser Bodenkonstruktionen eingesetzt, bei denen infolge des
Flüssigkeitsaufenthaltes auf dem Boden ein stabiler Arbeitsbereich verhanden ist.
In diesem Arbeitsbereich soll der Boden bei Belastungsschwankungen eine nahezu gleichbleibende gute Trennleistung aufweisen. Gleichzeitig steht die Forderung im Vordergrund, dass derartige Böden robust gebaut sind und die Produktion fertigungstechnisch günstig gestaltet werden kann.
Zweck der Erfindung ist, die Wirtschaftlichkeit und Wirkungsweise von Kolonnenböden zu erhöhen. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Kolonnenboden zu schaffen, der trotz einfachen Aufbau einen intensiven Austausch zwischen Dampf bzw. Gas und Flüssigkeit bzw. Feststoff sowie eine Orientierung der Flüssigkeitsströmungsrichtung ermöglicht und die gegenseitige Beeinflussung der aus benachbarten Bodenöffnungen austretenden Gas- oder Dampfströme vermeidet sowie die Gefahr des Durchregnens der von oben kommenden Phase bei Dampf- bzw. Gasunterbelastungenherabmindert.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der z. B. als Querstromschlitzboden mit Ablaufwehr ausgebildete Kolonnenböden aus an dem Bodenrahmen befestigten Profilschienen besteht, die parallel zueinander und sich überlappend angeordnet sind und im einzelnen aus einem oberen Schenkel, der parallel zum Bodenrahmen verläuft, einer am freien Ende des Schenkels schräg nach un- tengerichteten Lippe, einem am andem Ende des Schenkels schräg nach unten und vom Schenkel weglaufenden Steg, an den sich in der vom Schenkel abgekehrten Richtung ein parallel oder leicht nach oben zur Bodenrahmenebene ansteigend verlaufender.
Schenkel anschliesst, dessen freies Ende gerade ausgebildet oder mit einer schräg nach oben gerichteten Lippe versehen ist, bestehen, und dass jeweils der obere Schenkel der Profilschiene mit seiner Lippe und etwa selbst zur Hälfte über dem unteren Schenkel bzw. über unteren Schenkel und der unteren Lippe der benachbarten Profilschiene liegen, wobei die mittlere Durchtrittsöffnung die engste zwischen den Profilschienen ist.
Ein Merkmal der Erfindung ist, dass der Neigungswinkel der oberen Lippe 15 bis 300C und der Stergungswinkel des Steges 30 bis 75 C beträgt.
Erfindungsgemäss sind die Schlitze für den Gas- bzw. Dampfstrom auf dem Kolonnenboden in parallen geraden oder bogenförmig verlaufenden Reihen so angeordnet, dass sich eine mehrfach entgegengesetzt gerichtete Strömung der von oben herabfliessenden Phase ergibt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass trotz geringen Aufwandes an Kosten und Material eine hohe Wirkungsweise des Kolonnenbodens durch intensive Berührung zwischen Dampf bzw. Gas und der herabfliessenden Phase erreicht wird und ausserdem die Funktionsfähigkeit bei Dampf-oder Gasunter- belastungen weitgehendst garantiert ist.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Schlitze wird die höchste Dampf- oder Gasgeschwindig-
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keit im Dampf- oder Gasstrom, sondern durch die Zerteilung des Dampf- oder Gasstromes in Blasenform in der Flüssigkeitsschicht erzielt. Die Turbulenz des in die Flüssigkeit eintretenden Dampfes führt zu einer intensiven Umwälzung der Flüssigkeitsschicht.
Zum andern lässt die Erfindung eine gute Orientierung der Flüssigkeitsströmungsrichtung zu und schaltet die negative Beeinflussung der aus den Bodenöffnungen austretenden Gas- bzw. Dampfströme aus. Der Boden gemäss der Erfindung ist nicht nur für Austauschprozesse im Phasengebiet gasförmig- flüssig, sondern auch für Prozesse im Phasengebiet gasförmig-fest geeignet.
Die Erfindung soll nachstehend an einemAusführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 einen Ausschnitt einer Kolonne, Fig. 2 eine Draufsicht von Fig. l, Fig. 3 eine Einzelheit von Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform von Fig. 3, Fig. 5 eine Anordnungsmöglichkeit der Schlit- ze.
In Fig. 1 ist der Kolonnenboden als einflutiger Querstromschlitzboden mit Ablaufwehr ausgebildet und besteht im einzelnen aus an einem Bodenrahmen-l-befestigten Profilschienen-2-. die parallel zuein-
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undSchenkel-4-und Lippe-11-der benachbarten Profilschiene --2-- liegen. Der Neigungswinkel - -9-- der Lippe -7- beträgt vorteilhaft 15 bis 300 und der Steigungswinkel-8-des Steges-5- sollte nicht unter 300 und nicht über 750 liegen. Die Profilschienen -2-- können dabei so angeordnet werden, entsprechend dem Erfordernis, dass die Schlitze -3-- parallel bzw, im beliebigen Winkel zur
Strömungsrichtung der Flüssigkeit stehen.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende. Der ankommende Dampf- oder Gasstrom wird am Schenkel-5-der Profilschiene--2-schräggerichtet und durch den Schenkel 6 bis 900 aus seiner ver- tikalen Strömungsrichtung abgelenkt. In der Durchtrittsöffnung-10-wird der Gas- bzu. Dampfstrom eingeschnürt und trifft hier mit seiner grössten Geschwindigkeit auf den Schenkel -6-- der benachbarten
Profilschiene-2-. Von Dort tritt der Gas- bzw. Dampfstrom in die auf dem Kolonnenboden strömen- de Flüssigkeit, d. h. durch den eigentlichen Schlitz-3-. Durch den geneigten Schenkel --5- der be - nachbarten Profilschiene --2-- und die Stauwirkung des Ablaufwehres werden dann der Dampf-bzw.
Gasstrom mit der entgegenströmenden Flüssigkeit verwirbelt. Der Gas- bzw.
Dampfstrom wird darauf in Strömungsrichtung der Flüssigkeit mitgerissen und tritt danach aus der Flüssigkeit in den darüberlie- genden Gas- bzw. Dampfraum.
Gemäss Fig. 5 können die Schlitze --3- auch auf dem Kolonnenboden in parallelen geradenoder bogenförmigen Reihen so angeordnet sein, dass sich eine mehrfach entgegengesetzt gerichtete Strömung der von oben herabfliessenden Phase ergibt, wie das hier am Beispiel eines zweiflutigen Querstromschlitz- bodens gezeigt ist. Dabei wird ein Teil der durch die Form der Dampfdurchtrittsöffnungen so gerichteten kinetischen Energie zur Orientierung der Richtung der Flüssigkeitsströmung ausgenutzt. Durch die sich ergebenden längeren Flüssigkeitswege kann die Trennwirksamkeit des Bodens weiter erhöht werden. Durch die Anordnung der Lippe --11- wird eine zusätzliche Stabilisierung der Arbeitsweise der Kolonne gegen niedrige Dampfbelastungen erreicht.
PATENTANSPRÜCHE : l. Kolonnenboden fürRektifikations-, Adsorptions-und Waschkolonnen der chemischen und Erdölindustrie, in denen das Gas- bzw. der Dampf durch von herabfliessender Flüssigkeit bzw. von herabrieselndem Feststoffgranulat beaufschlagte Kolonnenboden strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der z.
B. als Querstromschlitzboden mit Ablaufwehr ausgebildete Kolonnenboden aus an dem Bodenrahmen (1) befestigten Profilschienen (2) besteht, die parallel zueinander und sich überlappend angeordnet sind und im einzelnen aus einem oberen Schenkel (6), der parallel zum Bodenrahmen (1) verläuft, einer am freien Ende des Schenkels (6) schräg nach unten gerichteten Lippe (7), einem am andern Ende des Schenkels (6) schräg nach unten und vom Schenkel (6) weg verlaufenden Steg (5), an den sich in der vom Schenkel (6) abgekehrten Richtung ein parallel zur Bodenrahmenebene verlaufender Schenkel (4) anschliesst, dessen freies Ende gerade ausgebildet oder mit einer schräg nach oben gerichteten Lippe (11) versehen ist, bestehen, und dass jeweils die Lippe (7) und etwa die Hälfte des Schenkels (6) über dem Schenkel (4) bzw.
Schenkel (4) und Lippe (11) der benachbarten Profilschiene (2) liegen, wobei die Durchtrittsöffnung (10) die engste Stelle zwischen den Profilschienen (2) ist.