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.
Column with exchange trays arranged one above the other in pairs
The invention relates to a column with exchange trays arranged in pairs one above the other, on which the gases or vapors rising through the column reside with one in countercurrent. Liquid flowing down from the column should be brought into constant contact.
It has been known for a long time to provide such column bottoms with slot openings distributed over their entire surface in certain orientations symmetrically around the column center axis, in such a way that the gases or gases introduced through these slot openings into the liquid located on the bottom surface are appropriately aligned.
Due to their kinetic energy, vapors act on the liquid in such a way that the liquid is rotated from bottom to bottom alternately and at the same time is moved from the bottom center to the bottom circumference, the other time without any rotational movement from the bottom circumference radially to the bottom center. The bottoms also have separate liquid drains, which are designed as ring channels symmetrically around the central axis and are located on the circumference of one bottom and in the middle of the next, etc.
The special feature of these exchange plates is thus on the one hand the utilization of the kinetic energy of the gases or vapors rising in the column and on the other hand or as a result of this in the symmetrical arrangement of the passage slots for the gases or vapors as well as the Liquid drainage in or around the vertical central axis of the floors.
It has now been found that regardless of the great advantages associated with such utilization of the kinetic energies of the media passing through the column e in countercurrent with regard to the improvement of their mutual contact and, above all, with regard to the flow associated with the rotary flow Stabilization of the flow condition on the soils are connected, with certain loads on the soils in connection with certain proportions between the rising gases' or. Vapors and the liquid flowing down the above-mentioned rotational flow can nevertheless have a certain disadvantageous effect.
For it was recognized that the through the appropriately aligned slits of a floor in violent vortices. Gases or vapors displace their rotational movement with oil movement as they pass through the slots in the next floor that are directed radially towards the center of the floor. partly retained or transferred to the liquid on this bottom and thus again generate a rotational flow, albeit a considerably weaker one, in the latter.
The disadvantage of the rotational movement of the liquid in this way is that the latter, which is to be moved on this tray from the bottom circumference to the bottom center, turns faster and faster on its way to the bottom center as a result of its kinetic energy with decreasing radius and therefore, as a result of the centrifugal forces associated therewith, accumulates in an undesirable manner on the floor before it reaches the center of the floor or the drain pipe located centrally there itself.
In other words, on this tray of each tray pair, the return transport of the liquid from the tray circumference to the tray assembly is severely hindered, which may result in a sensitive lowering of the upper load limit of the tray.
The main object of the invention is to eliminate this disadvantage in a simple and safe manner. According to the invention, this is achieved in that a cylindrical displacement body penetrating all the column trays is arranged in the vertical axis of the column, the central zone of the trays and their disruptive influence on the flow profile of the trays on which the liquid is removed from the tray circumference is to be moved to the center of the floor. It is particularly useful to use a continuous pipe as the displacement body, through which either the gases or
Vapors from the top of the column can be discharged centrally downwards or the liquid can be fed to the uppermost column tray.
In order to fulfill this task, the diameter of the tube must of course be selected according to the dimensions of the trays and the column, which at the same time ensures that the tube is large enough to fulfill its main function as a displacement body. When the pipe is used for supplying liquid, the cylindrical displacement pipe can be expanded in a funnel shape at its opening to the uppermost column bottom, this expansion being covered by a baffle plate with a slightly smaller diameter and a downwardly protruding cone located in the middle of this baffle plate.
The displacement body provided according to the invention can also be used appropriately for the central support of the floors. Some exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 shows a part of an exchange column according to the invention in vertical longitudinal section.
FIGS. 2 and 3 are horizontal sections along the lines II-II and 111-111 of FIG. 1, respectively.
4 shows schematically in longitudinal section the upper part of a column with a central displacement body designed as a liquid feed line, and
5 likewise schematically illustrates, in longitudinal section, a distillation column or the like with a central displacement body configured as a vapor discharge.
The idea of the invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1-3. In an exchange column known per se with a vertical axis, the jacket of which is denoted by 1, a number of exchange trays are arranged one above the other at certain mutual distances, each following a tray 2 (see also FIG. 2) via which the Liquid flowing down in the column flows from the center of the bottom according to the arrows 4 along the circumference of the bottom, a tray 3 (see also FIG. 3) through which the liquid flows from the circumference of the bottom towards the center of the bottom according to the arrows 5, etc.
All trays are in a manner known per se with through-flashes 6, which are distributed over the entire tray area and passed through them at an angle, for the gases or gases rising in the column.
Provide fumes. In floors 2, 2, etc. these slots 6 are essentially oriented tangentially, so that the gases or vapors passing through them are set in rotation about the central axis of the column and, due to their kinetic energy, also force this rotational movement on the liquid on the bases.
In floors 3, 3, etc. however, if the slots 6 are directed essentially radially towards the center of the bottom, the gases or
Vapors move the liquid on these floors towards the middle of the floor.
Each tray has its own inlet and outlet for the liquid. The outlet from the floors 2, 2 'etc., which at the same time represents the inlet for the respective floor 3 or 3' etc. underneath, is an annular channel 7, 7 'etc. formed on the circumference, while the drain from the floors n 3, 3 'etc., doler at the same time the inlet for the underlying floors 2' etc. represents, as an annular channel 8, 8 'etc. is formed in the central zone.
According to the invention, a cylindrical displacement body 9, for example tubular, cylindrical in the present case, is arranged in the middle of the column coaxially to the column jacket 1, which is separated from the central annular channels 8, 8 'etc. is surrounded concentrically.
This displacement body, which concentrically penetrates all floors and on which the floors are expediently supported in their middle, as indicated for example by the support bracket 10 attached to the displacement body 9, thus switches on the central zones of the floors and their disturbing influence the flow course at the floors 3, 3 'etc., on which the liquid is to be moved from the floor circumference to the floor center.
With a view to the fact that the cylindrical, preferably hollow, displacement body 9 arranged in the vertical axis of the column must correspondingly penetrate all the trays housed in the column, it can be used at the same time to discharge the column or the trays arranged therein as required Use tubes or vapors flowing through from bottom to top, or to feed the liquid to the top tray of the column.
This solution offers the additional advantage of considerable structural simplification by eliminating the insulation, expansion joints, suspensions, etc., which are often required for external lines, especially since the floors, especially with larger diameters, need a central support anyway.
It is obvious that the described arrangement also eliminates the heat or heat that is inevitably associated with the usual design. Reduce cold losses considerably, a fact that is of particular importance in low-temperature processes.
On the other hand, conditions for very large liquids, as they are such. B. with COa-Dnuckwasserwäschen u. a. When using the displacement body according to the invention for the liquid feed to the uppermost column tray, the considerable advantage of a uniform exposure of this tray and also that of a significantly greater security against damage by liquid surges are required.
As shown in FIG. 4, it is expedient in the latter case to widen the displacement body 9, which is used in this way as a liquid supply line, at its upper end 9a and to have a conical or pyramidal shape in the plane of the uppermost one
Let the bottom 2 open out in order to slow down the flow of liquid in this way.
In addition, it is advisable, as a security against intermittent application of the liquid, the expanded in the aforementioned manner upper end 9a of the cylindrical displacement body 9 used as a liquid feed pipe with a baffle plate 11 with the tip vertically down into the tricherbzw. pyramidal extension projecting cone 12 to be arranged.
Finally, FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the invention which appears to be particularly useful for the removal of vapors from distillation columns and the like. In this case, the aim is to run the vapor line continuously from the top of the column to the condensers with a gradient in order to reliably prevent the accumulation of condensate in the line itself.
The column construction is essentially the same as that described with reference to the preceding figures. Within the column jacket 1, trays 2, 3, etc. are again arranged in pairs one above the other, which are provided with liquid drainage channels 7, 8, etc. The liquid is fed in through a feed line 13 above the uppermost floor and released in the middle of the floor. The liquid outlet provided at the lower end of the column is denoted by 13a.
The vapors are introduced below the lowest column tray through the feed line 14 and - as will be explained in more detail below - removed through part of the cylindrical displacement body provided in the middle of the column. For this purpose, in the present case, the cylindrical hollow displacement body 19 is divided into a certain cavity by a transverse wall 20 and above this transverse wall 20 is provided with elongated outlet slots 21, which are surrounded by a jacket 21a surrounding the cylinder 19, in which the Discharge line 22 opens, which is then led out of the column at the side.
The vapors thus rise within the column, penetrating the trays from below, to the top, after the uppermost tray, cross a packing layer 15 placed between two grids in the head part of the column and finally flow down through the upper part of the displacement body 19. If necessary, the distance between the column trays at the point at which the jacket 21a and the line 22 are arranged can be chosen to be larger! turn as the distance between the rest; Ground.
The lower part of the displacement body 19 expediently rests with its lower end on the arched lower column wall and is therefore provided with openings to allow the liquid to drain through the drain line 13a.