Kolonne mit paarweise übereinander angeordneten Austauschböden
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolonne mit paarweise übereinander angeordneten Austauschböden, auf denen die durch die Kolonne aufsteigenden Gase bzw. Dämpfe mit einer im Gegenstrom inne. rhalb der Kolonne herabfliessenden Flüssigkeit in inmge Berührung gebracht werden sollen.
Es ist bereits seit lÏngerem bekannt, solche Kolonnenb¯den mit ber ihre ganze FlÏche verteilten Schlitzöffnungen in bestimmten Ausrichtungen sym metrisch um die Kolonnenmittelachse zu versehen, derart, dass die durch diese Schlitzöffnungen in die sich auf der Bodenfläche befindliche Flüssigkeit entsprechend ausgerichtet eingeleiteten Gase bzw.
Dämpfe durch ihre kinetische Energie in der Weise auf die Flüssigkeit einwirken, dass dieselbe von, Boden zu Boden abwechselnd, einmal in Rotation versetzt und dabei gleichzeitig von der Bodenmitte zum Bodenumfang, das andere Mal ohne Rotationsbewegung vom Bodenumfang radial zur Bodenmitte bewegt wird. Die Böden weisen ferner gesonderte Flüs- sigkeitsabläufe auf, die als Ringkanäle symmetrisch um die Mittelachse ausgebildet sind und sich bei einem Boden am Umfang und beim nächsten in der Mitte befinden usw.
Das besondere Kennzeichen dieser Austausch- b¯den besteht somit einmal in der Verwertung der kinetischen Energie der in der Kolonne aufsteigenden Gase bzw. DÏmpfe und zum anderen Mal bzw. als Folge davon in der symmetrischen Anordnung der Durchtrittsschlitze der Gase bzw. DÏmpfe sowie auch der Flüssigkeitsabläufe in bzw. um die vertikalef Mittelachse der Böden.
Es hat sich nun herausgestellt, daS sich ungeachtet der grosslen Vorteile, die mit einer derartigen Verwertung der kinetischen Energien der die Kolonne e im Gegenstrom durchsetzenden Medien im Hinblick auf die Verbesserung ihres gegenseitigen Kontaktes wie vor allem auch in bezug auf die mit der Rota tionsströmung verbundene Stabilisierung des Strö- mungszustandes auf den B¯den verbunden sind, bei bestimmten Belastungen der Böden in Venbindung mit bestimmten Mengenverhältnissen zwischen den aufsteigenden Gasen'bzw. Dämpfen und der herab Siessenden Flüssigkeit die vorerwähnte Rotations- strömung dennoch in einer gewissen Beziehung nach- teilig auswirken kann.
Es wurde nämlich erkannt, da¯ die durch die entsprechend ausgerichteten Schlitze eines Bodens in heftige Wir'be. lbewegung versetzten Gase bzw. DÏmpfe diese ihre Rotationsbewegung bei ihrem Durchtritt durch die radial nach der Bodenmitte zu gerichteten Schlitze des nächstfolgen- den Bodens. zum Teil beibehalten bzw. an die auf diesem Bodun'beìndliche Flüssigkeit abgoben und damit in der letzteren erneut eine-wenn auch erheblich schwächere-Rotationsströmung erzeugen.
Der Nachteil der auf dliese Weise zustande ge kommenen Rotationsbewegung der Flüssigkeit besteht nun darin, dass die letztere, die auf diesem Boden vom Bodeaumfang zur Bodenmitte bewegt werden soll, auf ihrem Wege zur Bodenmitte als Folge ihrer kinetischen Energie mit abnehmendem Radius in immer schnellere Rotation gerät und sich daher als Folge der damit verbundenen Fliehkräfte noch vor Erreichen der Bodenmitte bzw. des dortselbst zentral angeordneten Ablaufrohnes in unerwünschter Weise auf dem Boden aufstaut.
Mit ande- ren Worten wird auf diesem Boden eines jeden Bodenpaares der Rücktransport der Flüssigkeit vom Bodenumfang zur Bodemmtte stark behindert, was unter Umständen eine empfindliche Herabsetzung der oberen Belastungsgrenze des Bodens zur Folge hat.
Die wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil auf einfache und sichere Weise zu beseitigen. EnEmdungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in der Vertikalachse der Kolonne ein sämtliche Kolonnenböden durchdringender, zylindri- scher Vendrängungskörper angeordnet wird, der die Mittelzone der B¯den und deren störenden Einfluss auf den Strömungsverlauf bei den B¯den, auf denen die Flüssigkeit vom Bodenumfang zur Bodenmitte bewegt werden soll, ausschaltet. Es ist dabei besonders zweckmässig, als Verdrängungskörper ein durchlaufendes Rohr zu verwenden, durch welches entweder die Gase bzw.
DÏmpfe aus dem Kopf der Kolonne zentral nach unten abgeführt werden oder die Flüssigkeit dem obersten Kolonnenboden zugeführt werden kann.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, muss der Durchmesser des Rohres nat rlich den Abmessungen der B¯den und der Kolonne entsprechend gewählt werden, wodurch gleichzeitig die Gewähr dafür geleistet ist, dass das Rohr genügend gross ist, um seine Hauptaufgabe als Verdrängungskörper zu erf llen. Bei Verwendung des Rohres zur Flüssigkeitszufuhr kann das zylindrische Verdrängungsrohr an seiner Ausmündung an den obersten Kolonnenboden trichterförmig erweitert sein, wobei diese Erweiterung von einer Prallplatte mit etwas geringerem Durchmesser und von einem in der Mitte dieser Prallplatte angeordneten, nach unten ragenden Konus überdeckt sein kann.
Der erfindungsgemϯ vorgesehene Verdrängungskörper kann ferner zweckmässig zur mittleren Abstützung der B¯den verwendet werden. Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahma auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im vertikalen Längsschnitt einen Teil einer Austauschkolonne nach der Erfindung.
Fig. 2 und 3 sind waagrechte Schnitte nach den Linien II-II bzw. 111-111 der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt schematisch im Längsschnitt den Oberteil einer Kolonne mit als Flüssigkeitszuleitung ausgebildetem, zentralem Verdrängungskörper, und
Fig. 5 veranschaulicht ebenfalls schematisch im Längsschnitt eine Destillierkolonne oder dergleichen mit als Dampfableitnang ausgebildetem, zentralem Verdrängungskörper.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 wird der Erfindungsgedanke näher erläutert. In einer an sich bekannten Austauschkolonne mit vertikaler Achse, deren Mantel mit 1 bezeichnet ist, sind in gewissen gegenseitigen Abständen eine Anzahl von Austauschb¯den bereinander angeordnet, und zwar folgt jeweils auf einen Boden 2 (siehe auch Fig. 2), über den die in der Kolonne herablaufende Flüssigkeit gemäss den Pfeilen 4 von der Bodenmitte gelgen den Bodenumfang strömt, ein Boden 3 (siehe auch Fig. 3), über den die Flüssigkeit gemäss den Pfeilen 5 vom Bodenfumfang gegen die Bodenmitte strömt usw.
Sämtliche Böden sind in an sich bekannter Weise mit ber die ganze Bodenfläche verteilten, schräg durch sie hindurchgefübrten Durchtrittsscblitzen 6 f r die in der Kolonne aufsteigenden Gase bzw.
DÏmpfe versehen. In den B¯den 2, 2'usw. sind diese Schlitze 6 im wesentlichen tangential ausgerich- tet, so dass die durch sie hindurchtretenden Gase bzw. DÏmpfe in Rotation um die Mittelachse der Kolonne versetzt werden und zufolge ihrer kinetischen Energie diese Rotationsbewegung auch der auf den Böde'n befindlichen Flüssigkeit aufzwingen.
In den B¯den 3, 3'usw. sind die Schlitze 6 hingegen im wesentlichen radial zur Bodenmitte gerichtet, so daJ3 die durch sie bindurchtretenden Gase bzw.
Dämpfe die auf diesen Böden befindliche Fl ssigkeit gegen die Bodenmitte bewegen.
Jeder Boden ist mit einem eigenen Zu-und Ablauf f r die Flüssigkeit versehen. Der Ablauf von den B¯den 2, 2' usw., der gleichzeitig den Zulauf f r den jeweils darunterliegenden Boden 3 bzw. 3' usw. darstellt, ist als Ringkanal 7, 7'usw. am Umfang ausgebildet, wÏhrend der Ablauf von den Böden n 3, 3'usw., doler gleichzeitig den Zulauf f r die darunterliegenden B¯den 2'usw. darstellt, als Ringkanal 8, 8'usw. in der Mittelzone ausgebildet ist.
Erfindungsgemäss ist in der Kolonnenmitte achsengleich zum Kolonnenmantel 1 ein im vorliegenden Fall beispielsweise röhrenförmiger, zylindrischer VerdrÏngungsk¯rper 9 angeordnet, welcher von den mittleren Ringkanälen 8, 8'usw. konzentrisch umgeben wird.
Dieser Verdrängungskörper, der sämtliche B¯den konzentrisch durchdringt und an dem die B¯den zweckmässigenweise in ihrer Mitte abgestützt werden, wie dies beispielsweise durch die am Verdrängungskörper 9 befestigten Stützwinkel 10 angedeutet ist, schaltet somit die Mittelzonen der Böden und deren störenden, Einfluss auf den Strömungsverlauf bei den B¯den 3, 3'usw., auf denen die Flüssigkeit vom Bodenumfang zur Bodenmitte bewegt werden soll, aus.
Im Hinblick darauf, diab der in der Vertikal- achse der Kolonne angeordmebe zylindrische, vorzugs- weise hohle Verdrängungskörper 9 sinngemäss alle in der Kolonne untergebrachten Böden durchdringen muss, lässt er sich gleichzeitig je nach Bedarf wahlweise zur Ableitung der die Kolonne bzw. die darin angeordneten B¯den von unten nach oben durchstr¯mende Gase bzw. DÏmpfe, oder aber zur Zuleitung der Flüssigkeit auf den obersten Boden der Kolonne verwenden.
Diese Lösung bietet einmal den zusätzlichen Vorteil einer erheblichen baulichen Vereinfachung durch Entfall der bei aussenliegenden Leitungen oftmals erforderlichen Isolationen, Dehnungsst cke, AufhÏngungen usw., zumal die B¯den, besonders bei grösseren Durchmessern, ohnedies eine zentrale Abstützung g benötigen.
Es liegt auf der Hand, dass sich mit der beschriebenen Anordnungsweise au¯erdem die mit der üblichen Bauart zwangläufig verbundenen Wärmebzw. Kälteverluste ganz erheblich reduzieren lassen, ein Umstand, dem vor allem bei Tieftemperatur Prozessen ganz erhebliche Bedeutung zukommt.
Anderseits ist bei sehr grossen Flüssigkeitsmen gen, wie sie z. B. bei COa-Dnuckwasserwäschen u. a. erforderlich sind, bei Verwendung des erfin dungsgemässen Verdrtängungskörpers'für die Flüssig- keitszuführung auf den obersten Kolonnenboden der erhebliche Vorteil einer gleichmässigen Beaufscnla- gung dieses Bodens sowie ausserdem derjenige einer wesentlich grösseren Sicherheit gegen eine Beschädi- gung durch Flüssigkeitsstösse verbunden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist es im letzteren Fall zweckmässig, den in dieser Weise als Fl ssigkeitsizuleitung verwendeten Vendrängungskörper 9 an seinem oberen Ende 9a zu erweitern und kegel- bzw. pyramidenf¯rmi in die Ebene des. obersten
Bodens 2 ausmünden zu lassen, um auf diese Weise die Flüssigkeitsströmung zu verlangsamen.
Ausserdem empfiehlt es sich, als Sicherheit gegen eine stossweise Aufgabe der Flüssigkeit das auf die vorgenannte Weise erweiterte obere Ende 9a des als Flüssigkeitsaufgaberohr verwendeten zylindrischen Verdrängungskörpers 9 mit einer Prallplatte 11 einen mit der Spitze vertikal nach unten in die tricherbzw. pyramidenförmige Erweiterung hineinragendem Konus 12 anzuordtnen.
In Fig. 5 ist schliesslich ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung gezeigt, welches vor allem f r die Ableitung der Dämpfe aus Destillierkolonnen und ähnlichen zweckmässig erscheint. In diesem Fall ist man nämlich bestrebt, die Dämpfeleitung vom Kolonnenkopf bis zu den Kondensatoren fortlaufend mit Gefälle auszuf hren, um die Ansammlung von Kondensat in der Leitung selbst mit Sicherheit zu verhindern.
Der Kolonnenaufbau ist im wesentlichen der gleiche, wie unter Bezugnahme auf die vorhengehen- den Figuren beschrieben. Innerhalb des Kolonnenmantels 1 sind wieder B¯den 2, 3 usw. paarweise bereinander angeordnet, die mit Fl ssigkeitsablaufkanälen 7, 8 usw. versehen sind. Die Flüssigkeit wird oberhalb des obersten Bodens durch eine Zu le : itung 13 zugeführt und in der Mitte des Bodens aufgegeben. Der am unteren zende der Kolonne vorgesehene Flüssigkeitsablauf ist mit 13a bezeichnet.
Die Dämpfe werden unterhalb des untersten Kolonnenbodens durch die Zuleitung 14 eingeführt und -wie nachfolgend nÏher erlÏutert wird - durch einen Teil des in der Kolonnenmitte vorgesehenen zylindrischen Verdrängungskörpers abgef hrt. Zu diesem Zweck wird dm vorliegenden Fall der zylin- drische hohle Verdrängungskörper 19 in einer gewissen Höhle durch eine Querwand 20 abgeteilt und oberhalb dieser Querwand 20 mit länglichen Aus trittsschlitzen 21 versehen, die durch einen den Zylindler 19 umgebenden Mantel 21a umgeben werden, in welchen die Abfuhrleitung 22 einm ndet, welche dann seitlich aus der Kolonne herausgeführt ist.
Die Dämpfe steigen somit innerhalb der Kolonne die Böden durchdringend von unfen nach oben, durchqueren nach dem obersten Boden eine zwischen zwei Gittern im Kopfteil der Kolonne ange brachte FüllköBperschicht 15 und strömen schliesslich durch den Oberteil des Verdlrängungskörpers 19 nach unten. Im Bedarfsfall kann der Abstand zwischen den Kolonnenböden an der Stelle, an der der Mantel 21a und die Leitung 22 angeordnet sind, grösser gewählt ! wenden als der Abstand zwischen den übrigen ; Boden.
Zweckmässigenweise ruht der Unterteil des Verdrängungskörpers 19 mit seinem m unteren Ende auf der gewölbten unteren Kolonnenwand auf und ist dbrt mit Durchbriichen versehen, um den Flüssig keitsablauf durch die Ablassleitung 13a zu gestatten.