Austauschboden für Kolonnen.
Die Erfindung betrifft einen Austausch- boden für Kolonnen, z. B. für Destillation, Absorption, Extraktion. Dabei können Flüssigkeiten, z. B. Wasser, mit Gasen oder Dämpfen, wie z. B. Luft, in möglichst guten Kon takt gebraeht werden.
Ein Austausehboden best. eht im wesentlichen aus einer in einen zylindrischen, verti kalen Behälter, die sogenannte Kolonne, eingebauten, ebenen Platte, welche zum Durchlassen der aufsteigenden Gase eine oder mehrere runde oder langgestreekte Offnun- gen mit erhöhter Umrandung enthält. Diese Öffnungen werden von darübergestülpten rmlenkvorrichtungenüberdeckt, die man als Glocken bezeichnet und die entsprechend der Form der Öffnungen gleichfalls kreis- rund oder langgestreckt ausgebildet sind.
Der gewünsehte Kontakt 7wischen den Gasen und der Flüssigkeit kommt dabei dadurch zustande, dass die aus den über der Bo d'enebeneerhöhtausmündendenÖffnungen ausströmenden Gase durch die Glocken wieder zur Bodenebene herabgeführt werden. Die Gase können erst unmittelbar oberhalb der Bodenebene aus den Glockenrändern in die horizontal über dem Boden von einer Zulauf- zu einer Ablaufstelle wandernde Flüssigkeit, welche durch die erhöht angeordnete Ablauf sfelle zu einer entsprechenden Schichtstärke auf dem Boden, aufgestaut ist, austreten und auf cliese Weise die Flüssigkeit durehsetzen.
Das eharakteristische Merkmal eines bekannten Glockenbodens besteht dabei gegen über andern Bodentypen darin, dass durch die vorerwähnte, raumliche Anordnung der Gas- zuführungs- sowie der Flüssigkeitsablaufstellen die erforderliche Flüssigkeitsschicht auf dem Boden in jedem Falle, d h. selbst bei sehr geringen Belastungen, vorhanden ist, wodurch die Wirkungsweise eines solchen Bo dens-zumindest theoretisch-auch im letzteren Fall voll erhalten bleibt.
Gerade dieser Eigenschaft, d. h. der weit- gehenden Unabhängigkeit des Glockenbodens von Belastmigsschwankungen, ist es zuzu schreiben, da# derselbe, angesichts der im praktischen Betrieb häufig eintretenden Not wendigkeit vorübergehender Durehsatzver minderungen, ungeachtet seines komplizierten Aufbaues un, trotz zahlreicher andersartiger Vorschläge, auch heute noch als die meist angewandte Bodenkonstruktion anzusehen ist.
Es wurde schon lange erkannt, dass der eigent- liche Berührungsvorgang zwischen den Gasen und der Flüssigkeit unbefriedigend ist, da sich derselbe im Grunde genommen lediglieh auf die kurze Entfernung vom Glockenrande zum Flüssigkeitsspiegel besehränkt, innerhalb dessen die aus den Glocken austretenden Gase die FJüssigkeitssehiehtin mehr oder weniger vertikaler Richtung durchsetzen.
Da eine Vergrö#erung dieses Berührungs- weges durch Erhöhung des Flüssigkeits- standes auf dem Boden erfahrungsgemäss- von den mechanischen Nachteilen, insbesondere von der damit automatiseh verbundenen Erhöhung des Strömungswiderstandes für die Gase ganz abgesehen-keinerlei merkbare Steigerung des Effektes erreichen lä#t, hat man sich schon seit langem bemüht, die Berührungsintensität zwischen Gas und Flüssigkeit durch besonders profilierte, d. h. mit Zacken oder Sehlitzen versehene, bzw. sogar perforiert ausgebildete Gloekenränder als Folge der dadurch bedingten feineren Aufteilung des Gasstromes zu verbessern.
Von einer gewissen Stabilisierung des Stromungszustandes auf dem Boden abgesehen, ist aber auch diesen Massnahmen in bezug auf die mit dem Boden zu erzielende Wir- kung kein wesentlieher Erfolg beschieden, da-insbesondere bei grösserem gasseitigen Belastungen - ein Gro#teil des Gases die Flüssigkeit in Gestalt von Kanälen durch- setzt und daher mit dEr Flüssigkeit nur an den Randzonen der auf diese Weise gebildeten Kanäle in Berührung kommt.
Diese Erscheinung lässt sich auch durch die in jüngster Zeit aufgetauchten Vor schlague betreffend Verwendung sogenannter Siebgloeken. nur ungenügend verbessern. Solche Siebglocken weisen eine siebbodenart.ig ausgebildete untere Umrandung auf.
Es ist zwar schon erkannt worden, da# sich die vorstehend aufgezeigte Kanalbildung bei gleichzeitiger Intensivielxmg des Kon- taktes zwischen Flüssigkeit und Gas im Prinzip dadurch vermeiden lasst, dass die Flüssig- keit durch entsprechend ausgerichtetes Einleiten der Gase in Drehung versetzt wird.
Es wurden. daher bereits Glockenkappen in Vorschlag gebracht, deren untere Umran dung, an Stelle der üblichen, rein radial ausgerichteten Schlitze, solche mit mehr oder weniger tangentialer Austrittsricht. ung, und zwar auf die Vertikalachse der Glocke bezo- gen, aufweisen.
Dieser Vorschlag übersieht, jedoch völlig die Tatsaehe, dass die in unmittelbarer Umgebung der einzelnen, auf diese Art ausgebil- deten Glocken befindliche und auf die vorstehend angegebene Weise in Drehung versetzte Flüssigkeit als Folge der dadurch ausgelösten Zentrifugalkräfte sich bei höherer Belastung zwangläufig vom Glockenrande fortbewegen muss und damit gerade zum Go- genteil dessen führt, was mit der beschriebe- nen Vorrichtung eigentlich erreicht werden sollte.
Der Gegenstand der Erfindung vermeidet nun diesen Fehler auf einfaehe Weise. Der erfindungsgemä#e Austauschboden zeichnet sich dadurch aus, dass der untere Rand der Hohlgloeke umlaufend schräg geschlitzt und von den Gasen radial von aussen nach innen durehströmt ist, um die sich innerhalb jeder Hohlglocke befindliche Flüssigkeit, in Rotation wu setzen.
Die auf diese Weise gleichfalls in Rotation versetzte Flüssigkeit wird nummehr - in eindeutigem Gegensatz zu der vorbesehrie- benen Anordnung-gerade durch die Zentri fugalkraft an den schräg geschlitzten Hohlgloekenrand herangeführt und gelant auf diese Weise mit den aus demselben nach innen austretenden Gasen in gute Berührung
Darüber hmaus kann durch diese Anord- nung erreicht werden, da# als Folge der Rotation bzw. der dadurch ausgelosten Zentri fugalkraft. der am untern Rand der Hohlglocke stattfindenden, intensiven Dureh misehung von Gas und Flüssigkeit in der darüberliegenden Zone eine ebenso wirksame Entmischung bzw.
Zentrifugalabscheidung der mitgerissenen Flüssigkeitstropfchen nach- folgt, so, dass die Gefahr eines Mitreissens von Flüssigkeit im Gasstrom wesentlich verringert wird, wodurch eine Senkung des Ahstandes von Boden : zn Boden lmd damit auch der Gesamthohe der Kolonnemöglich ist.
Auf beiliegender Zeichnung sind Ausfüh- rungbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform in sehematiseher Darstellung,
Fig. 2 2 einen Schnitt gemä# der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Variante zu Fig. l, ebenfalls schematisch dargestellt,
Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 einen Radialschnitt zu Fig. 4,
Fig. 6 eine Einzelheit dazu, Fi,,. 7 eine weitere Ausführungsform,
Fig. 8 und 9 eine Variante eines Hohl glockenbodens in Ansieht und im Schnitt,
Fig 10 und 11 einen Vertikal-und einen Horizontalschnitt eines Elementes des Hohlglockenbodens,
Fig.
12 und 13 eine letzte Variante des Ilohlg'loekenbodens.
Der Kolonnenmantel ist mit 6 bezeiehnet.
In diesen sind übereinander angeordnete, mit erhöhtem Aussenrand versehene Böden 1 in bekannter Weise befestigt. Jeder Boden weist in seiner Mitte, eine Ausnehmung auf, in welcher ein Ablaufrohr 3 mündet, das sich nach unten erstreckt und über dem Boden einer Tauehtasse 4 endet. Mit 5 sind Ablaufrinnen bezeichnet, die sich, radial und nach unten gerichtet, vom Rand der Tauchtasse bis über den näehst untenliegenden Boden erstrecken.
Der mit Aussenrand versehene Boden 1 ist von einer Hohlgloeke 2 überdeekt, welehe mit ihreräussernBegrenzung an den Kolonnen- mantel 6 dicht. ansehliesst Der untere, unter Umständen direkt auf dem Boden aufstehende Rand der Hohlgloeke 2 ist mit am Umfang verteilten, und einheitlich ausgerichteten, d. h. den gleichen Tangentialwinkel aufweisenden Schrägsehlitzen a versehen.
Dadurch wird ein mehr oder weniger tangential gerichteter Eintritt der Gase in die auf dem Boden be findlicheFlüssigkeitsschichterreicht, (siehe gestriehelte Pfeile) Die Ansammllmg der genannten Flüssigkeitssehicht wird durch das mit erhöhterÜberlaufkantezentralangeord- nete Ablaufrohr bewerkstelligt,
Die in Fig.
1 und 2 ausgezogen eingetra- genen Pfeile stellen den prinzipiellen Verlauf der Flüssigkeitsbewegungen auf dem Boden dar und lassen erkennen, da# die mit der besehriebenen Einrichtung erzielten Stromungsverhältnisse im Zusammenwirken mit dem angegebenen Flüssigkeitsweg von einem Bo- denzumnächstfolgendenüberdieTauchtasse 4 und die wieder nach aussen führenden Ab laufrinnen 5 eine denkbar intensive und völ- lig gleichmässige Berührung der im Gegenstrom zueinander geführten Medien gewähr- leisten.
Die vorstehenderläuterteAnordnung eignet sich speziell für Kolonnen mit kleine- rem Durchmesser, indem die einzelnen Boden, als sogenannte Laternen ausgebildet, von oben hintereinander in den aus nahtlosem Rohr gefertigten Kolonnenmantel 6 selbstdichtend eingeschobenwerdenkönnen, wodurch die üblichen,zurMontage erforderlichen seitlichen Handöcher in Fortfall kommen, was, insbesondere bei Kolonnen für höhere Drücke, eine erhebliche Ersparnis bedeutet.
Bei Kolonnen mit grösserem Durchmesser kann die oben entwickelte, prinzipielle Lösung nach zwei verschiedenen Richtungen hin verwendet werden :
Zunächst ist es einmal möglich, das be schriebene System unter Verwendung einer einzigen Hohlglocke beizubehalten und dabei lediglich die Einleitung der Gase in die Flüs sigkeit, angesichts der erforderlichen grösse ren'Stromungsquerschnitte,nichtdurch vertikal, sondern durez horizontal angeordnete und radial nach der Mittelachse verlaufende Schragsehlitze erfolgen zu lassen, wie dies in Fig. 3 und 4 in Längs- und Querschnitt gezeigt ist, indem an Stelle der in Fig.
1 und 2 dargestelltensenkrechtenSehlitzreihe a in diesem Falle horizontal an den untern Rand der in die Flüssigkeiteintauchenden Hohlglocke 2 anschliessende Bleche bzw. Platten 7, oder auch einzelne Fremdkörper verwendet werden,welche in bekannter Weise mit schräg bis angenähert horizontal geführten und zur Vertikalachse des Bodens in einheitlich tan gentialem oder radialem Sinne ausgerichteten Schlitzen versehen sind, wie dies insbesondere aus der Einzeldarstellung in der Fig. 6 sowie aus der von oben gesehenen Gesamtanordnung (Fig. 4) deutlich zu erkennen ist.
Die Plat-ten 7 können aus einem Stück bestehen oder aus konzentrisch ineinander an- geordneten Kreisringflächen bzw. aus sek torenformigen Teilen zusammengesetzt sein.
Auf diese Weise lässt sich die bereits in Fig. 1 angedeutete Zirkulationsbewegung, welche die in Drehung versetzte Flüssigkeit auf dem Boden infolge der Zentrifugalkräfte auch in radialer Richtung ausführt, entspreehend Fig. 3 und 4 bzw. Fig. 5 in ganz besonders wirksamer Weise Zll einer intensiven und umfassenden Berührung der Gase mit der Flüssigkeit heranziehen, indem die letztere auf der einmal vom zentral angeordneten Ablaufrohr 3 und au#erdem vom zylindri- schen Teil der Hohlgloeke begrenzten Kreis- ringfläche ober-bzw. unterhalb des in die Fliissigkeit eingetauchten Schlitzbodens mehrfach umgewälzt werden kann.
Diese Möglich- keit ist in Fig. 4 sowie insbesondere aus dem etwasgrosserdargestelltenRadialschnitt in der Fig. 5 an Hand der eingezeichneten Pfeile, deren ausgezogene Linien die Bewegungsrich- tung der Flüssigkeit angeben, während die gestricheltenLiniensichaufdie'Strömung der Gase beziehen, kenntlich Gemacht. Man ersieht daraus vor allem den spiraligen Weg, welchen die Flüssigkeit über den getauchten Schlitzboden 7 auszuführengezwungen ist.
Die Flüssigkeit strömt aus einer in unmittel- barer Umgebung des Ablaufrohres zum Zweeke ihres ungehinderten Durehtrittes frei gelassenen Ringfläche und wird anschlie#end dureh die tangential und radial nach au#en aus dem SehlitzbodenaustretendenGase be einflusst (Fig.
4). Die Rückführung der Flüs sigkeit naeh der Bodenmitte erfolgt unterhalb des Schlitzbodens, indem die Flüssigkeit in der äussern Randzone infolge des Nachlassens der Zentrifugalwirkung entweder direkt durch die Schlitze des Bodens hindurchregnet oder aber-insbesondere bei mitgeführten Festsubstanzen, wie diese als Folge von ehemischen Reaktionen entstehen können durch besondere, unmittelbar am Rande der Hohlglocke angeordmete, gleichmässig ver- teilte Ablaufrohre 8, welehe in diesem Falle mit ihrer Oberkante bündig, cl.
h. ohne Über- laufkante, mit der Oberseite des Sehlitzbo- dens 7 abschliessen, wieder auf den eigentlichen Boden 1 abgeführt wird :
Obwohl, wie bereits gesagt, die Zentri fugalwirkung innerhalb der Flüssigkeitals Folge ihrer mit wachsendem Radius stark ab nehmenden Winkelgeschwindigkeit, bei gro- sseren Bodenabmessungen in der äu#ern Randzone des Schlitzbodens erheblich nachlässt und damit die Rückführung derselben ermöglicht, kann es, insbesondere bei kleineren Durchmessern, unter Umständen zweck- mässig sein,
den letzten Vorgang durch radial naeh innen gerichtete und zur Horizontal- ebene schräg geneigte Leitsehaufeln 9, welche am zylindrischen Teil der Hohlglocke unmit- telbar über dem Schlitzboden umlaufend, bzw. wie in Fig. 4 angedeutet, unmittelbar hinter den Flüssig'keitsabläufen 8 angeordnet sind, zusätzlich zu verstärken.
Desgleichen erscheint es zweckmässig, ein Austreten der Gase durch die zur Flüssig- keitsumwälzung in der Umgebung des Ab- laufrohres freigelassene innere Kreisring- flache durch Anbringung einer nach unten ragenden Leiste 10 an der innern Begrenzung des Schlitzbodenszuverhindern(Fig.5).
Schliesslich ist aus Fig. 3 auch noeh zn erkennen, da# sieh bei einem Boden laut vor- stehend beschriebenem Stromungsbild die Frage der Flüssigkeits-, Zu-und Abführung g besonders einfach, gestaltenlässt.daes in diesem Falle möglich ist, die Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Ablaufstelle an der innern Begrenzung des Schlitzbodens zuzuführen, was in Fig.3durchdenrin'gsumdie Überlaufkante der Tauehtasse 4 geführten Schirm erreicht wird.
Es ist ganz selbstverständlich, dass die Anordnungbzw.AusrichtungderDurcli- trittsschlitze in dem die RotationderFlüssig- keit bewirkenden Schlitzboden 7 mannigfache Variationen zulä#t, ohne da# sich hierdurch irgendwelche grundsätzlichen Änderungen des dargelegten Arbeitsprinzips ergeben würden.
Wesentlich für die vorstehend aufgezeigte Erkenntnis ist einzig der Umstand, dass bei ent spreehender Tauchung des Schlitzbodens die durch tangentiales Einleiten der Gase in Drehung versetzte Flüssigkeitsschichtals Folge der dadurch ausgelösten Zentrifugalwirkung über den die gewünschte Ausrichtung der Gase bewirkenden Schlitzboden von innen nach aussen wandert und hierbei wahlweise durch entspre chendeAusrichtungdere'inzelnenSchlitzein radialem Sinne beschleunigt bzw. abgebremst werden kann.
Boden gemäss dem soeben entwiekelten Ar beitsprinzip sind infolge ihres geringen Strömungswiderstandes vor allem für solehe Pro zesse geeignet, bei welchen eine möglichst lange Verweilzeit der Flüssigkeit erwiinscht ist, zumal das Flüssigkeitsvolumen auf dem Boden durch entsprechendenAbstand des Auffangbodens 1 vom Schlitzboden 7 in. praltisch h beliebigen Grenzen variiert werden kann.
Aus diesem Grunde lä#t sich die beschriebene Einrichtung auch für Absorptionspro zessemitnur einmaliger Berührung von Gas und Flüssigkeit anwenden, wie dies z. B. für die NH3-Absorption durch Sehwefelsäure zu trifft, wobei in diesem Falle der Auffang- boden l unmittelbar durch den Behälter selbst, unter Einhaltung eines entsprechend hohen Flüssigkeitsspiegels, ersetzt wird.
Für alle direkten Gegenstromprozesse, wie Destillation, Absorption usw., bei welchen normalerweise die üblichenGlockenboden benützt werden, dürfte es dagegen bei grösseren Kolonnendurchmessern zweckmässiger sein, das eingangs ent. wickelte Prinzip auf die für GlockenbodengrösserenDurchmessers seit jeher gebräuchliche Methode einer Untertei- lung des Gasstromes in mehrere Einzelströme anzuwenden.
Der in Fig. 1 bis 4 für Eingloekenboden dargestellte, zur Aufnahme der Flüssigkeits- schicht dienende Auffangboden 1 wird in diesem Falle ersetzt durch dessen bekannte Aus führungsart mit zahlreichen, erhöht über der Bodenebene ausmündenden, kreisrunden Gasaustrittsöffnungen, welche meist in dreieckiger oder quadratiseher Aufteilung gleich- mässig über den Boden verteilt sind.
Die zur Erzielung des beschriebenen Effektes erforderlichen Hohlglocken, welche an ihrem untern Rand in beschriebener Weise umlaufend mit Schrägschlitzen versehen sind, ragen nun, auf der zwischen den Gaskaminen verbleibenden, freien Bodenfläche aufstehend, von oben naeh unten und sind im übrigen ihrerseits an ihrem obern Ende ebenfalls zu einem geschlossenen Boden zusammengefasst, wodurch die notwendige Gasumlenkung auf einfachem Wege erreicht wird.
Die VerwirklichungdieserMöglichkeit ist in Fig. 7 im Prinzip dargestellt. Der Auffangboden ist wiederum mit 1 bezeichnet, in welchem Gaskamine & gebildetsind.Über dem Boden befindet sich ein Hohlglockensystem 2, welches umlaufende Schrägsehlitze a aufweist. Die durchdieKamine & des Auf fangbodens 1 strömenden Gase werden mit Hilfe des darüber befindlichen Hohlglocken- systems umgelenkt.
Das Hohlgloekensystem stellt im Grunde genommen nichts anderes dar als ein mit umgekehrter Richtung und in entsprechend versetzter Aufteilung der Gaskamine angeordneter Auffangboden. Die Gase verlassen die auf dem Auffangboden aufstehenden Ränder der Hohlglocken durch die umlaufenden Schrägschlitze a in tangen tialer Richtung, wodurch der eingangs auf- gezeigte Strömungseffekt abermals gewähr- leistet ist.
Schliesslich ist es auch noch möglich, wie in Fig. 7 gestrichelt angedeutet, den Auffangboden 1 sowie das Hohlglockensystem 2 aus ein und demselben Konstruktionselement herzustellen, womit erreicht wird,, da# die aus den Kaminen austretenden Gase bereits an dieser Stelle durch die schrä geführten Aus trittsschlitze derselben in Rotation versetzt werden. Der damit in der Flüssigkeit erziel- bare, eingangs nachgewiesene Effekt ist in diesem Falle sehr vorteilhaft und erwünscht, da keine Flüssigkeit durch die Kamine abregnen soll.
Die praktische Aujsbildung der vorstehend angegebenen, prinzipiellen Konstruktion eines Kolonnenbodens mit mehreren parallel wirkenden Hohlglocken richtet sich nach den jeweiligen Grö#enverhältnissen bzw. Erfor- dernissen und unterliegt daher zahlreichen Variationen.
Bei der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführung ist der Boden nicht aus einem einzigen Stiiek gebildet, sondern aus einheitlichen und symmetrischen Flächenelementen zusammengesetzt. Die rechte Bodenhälfte B besteht aus dreieckigen Fläehenelementen Fi und die linke Bodenhälfte aus viereekigen Bodenelementen F2, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Die Herstellung von Böden von grösserem Durehmesser wird in dieser Weise ganz besonders vereinfacht.
Es sind nur zwei Modelé von Flächenelementen mit relativ geringen Abmessungen herzustellen, deren entsprechend gegeneinander versetzt angeord- neten Kamine beim Zusammenbau in ge wünschter Weise ineinandergreifen und damit den erforderliehen Tauchverschluss herstellen.
In den Fig. 10 und 11 ist eine Ausfüh- rung gezeigt, bei welcher der Auffang-und Umlenkboden ledigliehausebenenPlatten.ss mit kreisrunden Öffnungen. B1 bestehen, in welche zylindrische Elemente a eingreifen.
Diese weisen an ihrem Mantel einen Ring- vorsprungssauf,welcherdichtend gegen die Platte B zur Auflage kommt. Bei dieser Ausführung kann sowohl das Hohlglockensystem wie auch der Gaskamin aus press-und giess- barem, insbesondere aus keramischem Material und Graphit in einfacher Weise hergestellt werden.
In bezug auf die Anordnung der Flüssig- keitszu- und -abläufe gelten für die zuletzt beschriebene Ausführungsart von Hohlglok- kenböden völlig dieselbenGesichtspunkte,wie diese für den Betrieb von normalen Glocken- böden massgebend sind, indem auch in diesem Falle ein Überstreichen der Flüssigkeit über die gesamte Bodenfläche unter Vermeidung toter Zonen anzustreben ist.
Schliesslieh ist in Fig. 12 und 13 eine Ausführlmg gezeigt, bei welcher der Boden in mehrere konzentrisch ineinander angeordnete Hohlgloeken 2 aufgelöst ist. Zu diesem Zwecke sind Profilringe 2'oder mehreekige Profilelemente 2"vorgesehen, wie dies aus der obern Hälfte A oder untern Hälfte B der Fig. 13 hervorgeht. Die Teile z' bzw. 2'' sind von einer zentral gelagerten, innern Auffang- sehale Sch ausgehend angeordnet und über- greifen einander mit ihren schräg geschlitzten Innenseiten von innen naeh aussen herdringartig.
Gleichzeitig bilden'sie miteinander durch ihre einheitliche Profilgebung einen erforderlichen Tauchverschlu#,
Von dieser letzterwähnten Variante abgesehen, sind natürlich, je naeh den speziellen Erfordernissen,noch.zahlreicheandereVa- riationsmoglichkeiten denkbar. Wichtig ist nur der Umstand,dassdieGase in die innerhalb einer oder mehrerer Hohlgloeken be findlicheFlüssigkeitvonaussennachinnen über einheitlich tangential ausgerichtete. vertikale oder horizontale Schrägschlitze eingeleitet werden.
Exchange tray for columns.
The invention relates to an exchange tray for columns, for. B. for distillation, absorption, extraction. Liquids such. B. water, with gases or vapors such. B. air, be brewed in the best possible con tact.
A replacement floor best. It essentially consists of a flat plate built into a cylindrical, vertical container, the so-called column, which contains one or more round or elongated openings with a raised border for the passage of the rising gases. These openings are covered by arm steering devices placed over them, which are called bells and which are also circular or elongated, depending on the shape of the openings.
The desired contact between the gases and the liquid is brought about by the fact that the gases flowing out of the openings opening above the floor level are led back down to the floor level through the bells. The gases can only escape from the bell rims directly above the floor level into the liquid moving horizontally above the floor from an inlet to a drainage point, which is dammed up to a corresponding layer thickness on the floor by the elevated drainage skins, and in this way let the liquid through.
The characteristic feature of a known bubble-cap base, compared to other types of base, is that the above-mentioned spatial arrangement of the gas supply and liquid drainage points means that the required liquid layer on the base is in every case, ie. even with very low loads, is present, whereby the mode of action of such a bottom-at least theoretically-is fully retained in the latter case.
Precisely this property, i. H. The fact that the bell bottom is largely independent of fluctuations in load is attributable to the fact that, in view of the need for temporary reductions in flow rate that often occurs in practical operation, regardless of its complicated structure and despite numerous other suggestions, it is still used today as the most commonly used one Floor construction is to be considered.
It has long been recognized that the actual contact process between the gases and the liquid is unsatisfactory, since it is essentially limited to the short distance from the edge of the bell to the liquid level, within which the gases emerging from the bells more or less see the liquid enforce less vertical direction.
As experience has shown that increasing this contact path by increasing the liquid level on the floor - apart from the mechanical disadvantages, in particular the automatically associated increase in the flow resistance for the gases - does not lead to any noticeable increase in the effect, Efforts have been made for a long time to reduce the contact intensity between gas and liquid by means of specially profiled, i.e. H. To improve glove rims provided with spikes or strands or even perforated as a result of the finer division of the gas flow caused by this.
Apart from a certain stabilization of the flow state on the ground, these measures are not granted any significant success with regard to the effect to be achieved with the ground, since - especially with greater gas-side loads - a large part of the gas is in the liquid Passes through the shape of channels and therefore comes into contact with the liquid only at the edge zones of the channels formed in this way.
This phenomenon can also be seen from the recently emerged suggestion concerning the use of so-called sieve gloes. Improve only insufficiently. Such sieve bells have a bottom border designed like a sieve bottom.
It has already been recognized that the channel formation shown above can in principle be avoided with simultaneous intensification of the contact between liquid and gas in that the liquid is set in rotation by appropriately oriented introduction of the gases.
There were. therefore already brought bell caps in proposal, whose lower Umran training, instead of the usual, purely radially oriented slots, those with a more or less tangential exit direction. ung, specifically in relation to the vertical axis of the bell.
This suggestion completely overlooks the fact that the liquid located in the immediate vicinity of the individual bells formed in this way and set in rotation in the above-mentioned manner must inevitably move away from the edge of the bell as a result of the centrifugal forces triggered by it at higher loads and thus leads to the very opposite of what should actually be achieved with the device described.
The object of the invention now avoids this error in a simple manner. The replacement base according to the invention is characterized in that the lower edge of the hollow bell is slit circumferentially and the gases flow through it radially from the outside to the inside in order to set the liquid inside each hollow bell in rotation.
The liquid, which is also set in rotation in this way - in clear contrast to the above-described arrangement - is brought to the obliquely slotted hollow bell rim precisely by centrifugal force and in this way comes into good contact with the gases emerging from it inward
Furthermore, this arrangement can achieve that # as a result of the rotation or the centrifugal force triggered by it. the intense expansion of gas and liquid in the zone above that takes place at the lower edge of the hollow bell
Centrifugal separation of the entrained liquid droplets follows, so that the risk of liquid being entrained in the gas stream is substantially reduced, which makes it possible to reduce the level of the tray: to the tray and thus also the total height of the columns.
The accompanying drawing shows exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely:
1 shows a first embodiment in a schematic representation,
Fig. 2 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1,
3 shows a variant of FIG. 1, also shown schematically,
4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3,
FIG. 5 shows a radial section to FIG. 4,
6 shows a detail of this, FIG. 7 a further embodiment,
Fig. 8 and 9 a variant of a hollow bell bottom in view and in section,
10 and 11 a vertical and a horizontal section of an element of the hollow bell base,
Fig.
12 and 13 a last variant of the Ilohlg'loekenboden.
The column jacket is marked 6.
In these floors 1 arranged one above the other and provided with a raised outer edge are attached in a known manner. Each base has a recess in its center, into which a drain pipe 3 opens, which extends downwards and ends above the base of a dew cup 4. With 5 drainage channels are referred to, which, directed radially and downward, extend from the edge of the immersion cup to over the next floor below.
The bottom 1, which is provided with an outer edge, is covered by a hollow curtain 2, which, with its outer boundary, is sealed against the column jacket 6. attached to it The lower edge of the hollow curtain 2, which may possibly stand up directly on the floor, is distributed over the circumference and is uniformly aligned, i. H. the same tangential angle having bevel strands a provided.
As a result, the gases enter the liquid layer on the floor in a more or less tangential direction (see hatched arrows). The accumulation of the liquid layer mentioned is brought about by the drain pipe, which is centrally arranged with a raised overflow edge,
The in Fig.
1 and 2 solid arrows show the basic course of the liquid movements on the floor and show that the flow conditions achieved with the described device interact with the indicated liquid path from one floor to the next via the immersion cup 4 and the outward direction again Channels 5 ensure the most intensive and completely uniform contact of the media that are guided in countercurrent to one another.
The above-explained arrangement is particularly suitable for columns with a smaller diameter, in that the individual bases, designed as so-called lanterns, can be pushed in a self-sealing manner from above into the column jacket 6 made of seamless tube, which eliminates the usual side handholes required for assembly , especially in the case of columns for higher pressures, means a considerable saving.
In the case of columns with a larger diameter, the principle solution developed above can be used in two different directions:
First of all, it is possible to maintain the system described using a single hollow bell and only introduce the gases into the liquid, in view of the larger flow cross-sections required, not through vertical but rather horizontally arranged inclined braids that run radially along the central axis to be carried out, as shown in Fig. 3 and 4 in longitudinal and cross-section, by instead of the in Fig.
1 and 2 vertical seat row a in this case horizontally to the lower edge of the sheet metal or plates 7 adjoining the liquid-immersed hollow bell 2, or even individual foreign bodies are used, which in a known manner with oblique to approximately horizontally guided and to the vertical axis of the floor in uniform Slits aligned tan gential or radial sense are provided, as can be clearly seen in particular from the individual representation in FIG. 6 and from the overall arrangement (FIG. 4) seen from above.
The plates 7 can consist of one piece or be composed of circular ring surfaces arranged concentrically one inside the other or of sector-shaped parts.
In this way, the circulation movement already indicated in FIG. 1, which the rotating liquid on the floor also executes in the radial direction as a result of the centrifugal forces, corresponding to FIGS. 3 and 4 or FIG. 5, can be implemented in a particularly effective manner Use intensive and comprehensive contact of the gases with the liquid by placing the latter on the circular ring surface delimited by the centrally arranged drain pipe 3 and also by the cylindrical part of the hollow curtain. can be circulated several times below the bottom of the slot immersed in the liquid.
This possibility is shown in FIG. 4 and in particular from the somewhat enlarged radial section in FIG. 5 with the aid of the arrows drawn, the solid lines of which indicate the direction of movement of the liquid, while the broken lines refer to the flow of the gases. From this, one can see above all the spiral path which the liquid is forced to follow over the submerged slot base 7.
The liquid flows out of an annular surface in the immediate vicinity of the drain pipe for the purpose of its unhindered passage and is then influenced by the gases emerging tangentially and radially outward from the seat bottom (Fig.
4). The return of the liquid near the center of the bottom takes place below the bottom of the slot, as the liquid in the outer edge zone either rains directly through the slits in the bottom as a result of the decrease in the centrifugal effect or - especially with entrained solids, as these can arise as a result of previous reactions by special, evenly distributed drainage pipes 8 arranged directly on the edge of the hollow bell, which in this case are flush with their upper edge, cl.
H. without overflow edge, end with the upper side of the slit floor 7, is discharged again onto the actual floor 1:
Although, as already mentioned, the centrifugal effect within the liquid, as a result of its angular velocity, which decreases sharply with increasing radius, decreases considerably with larger base dimensions in the outer edge zone of the slot base and thus enables the same to be returned, it can, especially with smaller ones Diameters, may be useful,
the last process by means of guide vanes 9 which are directed radially inward and inclined at an angle to the horizontal plane, which are arranged on the cylindrical part of the hollow bell immediately above the slot base or, as indicated in FIG. 4, directly behind the liquid drains 8 , in addition to reinforce.
Likewise, it appears expedient to prevent the gases from escaping through the inner circular ring area, which has been left free for the liquid to circulate in the vicinity of the drain pipe, by attaching a downwardly protruding strip 10 to the inner boundary of the slot base (FIG. 5).
Finally, it can also be seen from FIG. 3 that in the case of a floor according to the flow pattern described above, the question of the liquid supply and discharge is particularly simple, since in this case it is possible to direct the liquid Close to the drainage point at the inner boundary of the slotted base, which is achieved in Figure 3 by the screen guided around the overflow edge of the dew cup 4.
It goes without saying that the arrangement or alignment of the passage slots in the slot bottom 7 causing the rotation of the liquid allows many variations without this resulting in any fundamental changes to the working principle set out.
The only essential factor for the above-mentioned knowledge is the fact that, when the slotted base is immersed accordingly, the liquid layer set in rotation by the tangential introduction of the gases as a result of the centrifugal effect triggered by this migrates from the inside to the outside via the slotted base causing the desired alignment of the gases, and optionally the individual slots can be accelerated or decelerated in a radial direction by appropriate alignment.
Bases according to the working principle just developed are, due to their low flow resistance, particularly suitable for processes in which the liquid should remain as long as possible, especially since the liquid volume on the base is arbitrary due to the corresponding distance of the collecting base 1 from the slotted base 7 Limits can be varied.
For this reason, the device described can also be used for absorption processes with only a single touch of gas and liquid, such as B. applies to the NH3 absorption by sulfuric acid, in which case the collecting tray 1 is replaced directly by the container itself, while maintaining a correspondingly high liquid level.
For all direct countercurrent processes, such as distillation, absorption, etc., in which the usual bubble trays are normally used, it should, however, be more expedient for larger column diameters to apply the principle developed at the beginning to the method of dividing the gas flow, which has always been used for larger bubble trays, into apply several individual streams.
The collecting tray 1 shown in Fig. 1 to 4 for the bottom layer, serving to hold the liquid layer, is replaced in this case by its known execution type with numerous, raised above the bottom plane, circular gas outlet openings, which are mostly equal in triangular or square division - are moderately distributed over the floor.
The hollow bells required to achieve the effect described, which are provided with inclined slots on their lower edge in the manner described, now protrude from above and below, standing on the free floor area remaining between the gas chimneys, and are in turn at their upper end also combined into a closed base, whereby the necessary gas diversion is achieved in a simple way.
The implementation of this possibility is shown in principle in FIG. The collecting floor is again designated by 1, in which gas chimneys & are formed. Above the floor there is a hollow bell system 2, which has circumferential sloping strand a. The gases flowing through the chimneys & the collecting tray 1 are diverted with the aid of the hollow bell system located above.
The hollow bell system basically represents nothing more than a collecting floor arranged in the opposite direction and in a correspondingly offset division of the gas chimneys. The gases leave the edges of the hollow bells standing on the collecting tray through the circumferential inclined slits a in the tangential direction, whereby the flow effect shown at the beginning is again guaranteed.
Finally, it is also possible, as indicated by dashed lines in FIG. 7, to manufacture the collecting base 1 and the hollow bell system 2 from one and the same structural element, which achieves that the gases emerging from the chimneys are already guided at this point through the inclined The same can be set in rotation from the slots. The effect that can be achieved in the liquid and which was demonstrated at the beginning is very advantageous and desirable in this case, since no liquid should rain down through the chimneys.
The practical design of the above-mentioned basic construction of a column tray with a plurality of hollow bells acting in parallel is based on the respective size ratios or requirements and is therefore subject to numerous variations.
In the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the base is not formed from a single piece, but is composed of uniform and symmetrical surface elements. The right floor half B consists of triangular surface elements Fi and the left floor half of square floor elements F2, as can be seen from FIG. The production of floors with a larger diameter is particularly simplified in this way.
Only two models of surface elements with relatively small dimensions need to be produced, the chimneys of which are appropriately offset from one another interlock in the desired manner during assembly and thus produce the required immersion seal.
FIGS. 10 and 11 show an embodiment in which the collecting and deflecting base is single-plane plates with circular openings. B1 exist in which cylindrical elements a engage.
These have an annular projection on their jacket, which comes to rest against the plate B in a sealing manner. In this embodiment, both the hollow bell system and the gas chimney can be produced in a simple manner from pressable and castable, in particular from ceramic material and graphite.
With regard to the arrangement of the liquid inlets and outlets, completely the same aspects apply to the last-described embodiment of hollow bell bottoms as are decisive for the operation of normal bell bottoms, in that in this case too, the liquid is swept over the The aim is to aim for the entire floor area while avoiding dead zones.
Finally, FIGS. 12 and 13 show an embodiment in which the base is broken up into a plurality of hollow curtains 2 arranged concentrically one inside the other. For this purpose, profile rings 2 'or multiple profile elements 2 "are provided, as can be seen from the upper half A or lower half B of FIG. 13. The parts z' and 2" are from a centrally mounted, inner collecting tray Arranged starting out and overlapping one another with their obliquely slotted inner sides from the inside to the outside like a focal point.
At the same time, thanks to their uniform profile, they form a required immersion seal,
Apart from this last-mentioned variant, depending on the specific requirements, numerous other possible variations are of course conceivable. The only important thing is that the gases enter the liquid inside one or more hollow curtains from the outside in via a uniformly tangential orientation. vertical or horizontal oblique slots are introduced.