Die Erfindung betrifft einen Kolonnen-Stoffaustauschapparat. Solche Apparate dienen zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen oder heterogenen chemischen Reaktionen, die durch Stoffaustausch limitiert sind.
Bekannt ist ein Kolonnen-Stoffaustauschapparat, der einen Füllkörper enthält, der quer zum Gehäuse übereinander angeordnete Scheiben aufweist, die mit Öffnungen und mit zu den Scheiben geneigten Leitschaufeln versehen sind, ferner mit Antriebsmitteln zur Erzeugung hin und her gehender Bewegungen in Arbeitsmedien sowie mit Stutzen zur Zuleitung und Ableitung von Arbeitsmedien.
Bei diesem bekannten Apparat sind die Horizontalscheiben mit auf konzentrischen Kreisen befindlichen Öffnungen versehen. Angrenzend an die Öffnungen sind beiderseits der Scheibe parallel zueinander und zur Scheibenebene geneigt liegende Schaufeln vorhanden, mittels denen die Arbeitsmedien geleitet werden.
Der bekannte Apparat ist mit einem Pulsator verbunden, der eine hin und her gehende Bewegung der Arbeitsmedien gegenüber den Scheiben erzeugt. Der bekannte Apparat weist ebenfalls Zu- und Ableitungsstutzen für Arbeitsmedien auf.
Bei der Impulsgabe durch den Pulsator strömen die Arbeitsmedien durch die Öffnungen der Scheiben und erfahren durch die Leitschaufeln eine kreisende Bewegung um die Längsachse des Apparates, wobei die kreisenden Bewegungsrichtungen der Arbeitsmedien in den durch zwei benachbarte Scheiben gebildeten benachbarten Sektionen einander entgegengesetzt sind. Als Ergebnis der Wechselwirkung der kreisenden Bewegungen der Arbeitsmedien und deren Bewegung längs des Apparates findet in jeder der übereinander liegenden Sektionen eine schraubenförmige Bewegung der Arbeitsmedien statt, die die Wechseleinwirkung von verschiedenen Phasen aufeinander steigert.
Der bekannte Apparat besitzt jedoch ein verhältnismässig geringes Leistungsvermögen und ungenügende Wirksamkeit, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, Apparate mit grossen Abmessungen zu schaffen. Das Leistungsvermögen des bekannten Apparates ist auf die Grösse des lichten Gesamtquerschnitts der Scheibenöffnungen beschränkt. Durch die kreisende Bewegung der Arbeitsmedien tritt in den Räumen zwischen benachbarten Scheiben unter dem Einfluss von Fliehkräften eine Phasentrennung auf, die sich auf die Arbeitsweise des Apparates nachteilig auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolonnen-Stoffaustauschapparat zu schaffen, mit dem die erwähnten Nachteile vermieden werden können. Die Scheiben des Füllkörpers sollen einen hinreichend grossen lichten Querschnitt aufweisen können und trotzdem soll der unerwünschte Effekt zentrifugaler Phasentrennung vermieden werden können. Dies würde gestatten, die Leistung und die Wirksamkeit des Apparates zu erhöhen, ohne dass dessen Abmessungen im Vergleich zu den bekannten Apparaten vergrössert werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Teil des Randes jeder Scheibe in unmittelbarer Nähe der Wand des Apparategehäuses liegt und dass zwischen dem entgegengesetzten Randteil der Scheibe und der Wand des Gehäuses ein Spalt vorhanden ist, wobei die Spalte zwischen den Wänden des Gehäuses und je zweier benachbarter Scheiben an den diametral entgegengesetzten Randteilen der zwei Scheiben angeordnet sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kolonnen-Stoffaustauschapparat im Teillängsschnitt,
Fig. 2, 3 und 4 Ausführungsvarianten von Füllkörperscheiben.
Der Kolonnen-Stoffaustauschapparat hat ein Gehäuse 1, einen oberen Absetzraum 2, einen unteren Absetzraum 3, einen Zuleitungsstutzen 4 und einen Ableitungsstutzen 5 für eine leichte Phase, sowie einen Zuleitungsstutzen 6 und einen Ableitungsstutzen 7 für eine schwere Phase sowie einen Stutzen 8, der an einen nicht dargestellten Verdichter zum Aufbauen des Arbeitsdrucks im Apparat angeschlossen ist.
Im Gehäuse 1 des Apparates befindet sich ein Füllkörper, der quer zum Gehäuse 1 übereinander angeordnete Scheiben 9 (Fig. 1, 2) oder Scheiben 9' (Fig. 3) oder Scheiben 9" (Fig. 4) aufweist.
Zum Erreichen von gegenseitigen hin und her gehenden Bewegungen eines Arbeitsmediums, z. B. eines Reaktionsmittels und der Scheiben 9 sind die letzteren an einer in Längsrichtung des Apparates verschiebbaren Stange 10 befestigt. Letztere ist in Führungsbuchsen 11 und 12 gelagert und im Gehäuse 1 mit einer Stopfbuchse 13 abgedichtet. Die Stange 10 steht mit einem Schwingungserzeuger in Verbindung, der mit einem Unwuchtantrieb 14 arbeitet und somit etwa Sinusschwingungen erzeugt.
Gegenseitige hin und her gehende Bewegungen in den Arbeitsmedien und der Scheiben 9 kann ebenfalls dae rcb erfolgen, dass die Arbeitsmedien mittels eines Pulsators in Pulsationsbewegung gebracht werden und somit geradlinige Impulse erzeugt. Im letzteren Fall sind die Füllkörperscheiben am Apparategehäuse befestigt (diese Ausführungsvariante des Apparates ist in der Zeichnung nicht dargestellt).
Zwischen einem Teil des Randes jeder Scheibe 9 und der Wand des Gehäuses 1 liegt ein Spalt 15. Die zwischen solchen Randteilen von je zwei benachbarten Scheiben 9 und den Wänden des Gehäuses 1 befindlichen Spalte 15 liegen einander entgegengesetzt, so dass die Bewegung der durch diese Spalte 15 strömenden Arbeitsmedien nach der Höhe des Apparates zickzackförmig ist. Zwecks Bildung der Spalte 15 kann von den Scheiben eine Sehne abgeschnitten werden, wie z. B.
bei den Scheiben 9 und 9" (Fig. 2, 4). Die Scheiben können aber auch einen kleineren Durchmesser als das Innere des Gehäuses 1 aufweisen und mit einem Randteil unmittelbar bei der Gehäusewand liegen, wie z. B. die Scheibe 9' nach Fig. 3.
Die Scheiben 9, 9' und 9" haben Öffnungen 16, an die geneigt zur Scheibenebene liegende Leitschaufeln 17 angrenzen.
Die Öffnungen 16 können z. B. eine rechteckige Form aufweisen. Die Leitschaufeln 17 dienen zur Richtungsgebung der Bewegung von Arbeitsmedien in den Räumen zwischen den benachbarten Scheiben.
Je nach der erforderlichen Fliessbewegung kontinuierlicher und disperser Phasen können die Leitschaufeln 17, wie Fig. 3 zeigt, nach einer Seite orientiert oder, wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, auf Kreisbahnen liegen.
Die Wirkungsweise des erläuterten Apparates ist wie folgt.
Die schwere Phase, die über den Stutzen 6 und die leichte Phase, die über den Stutzen 4 einläuft, fliessen im Apparat im Gegenstrom zueinander. Die durch den Unwuchtantrieb 14 erzeugte Schwingbewegung der Stange 10 wird auf die Scheiben 9 übertragen.
Durch das Vorhandensein der Scheiben 9, welche zwischen ihren Randteilen und dem Gehäuse 1 nach der Höhe der Kolonne abwechselnde Spalte 15 bilden, erfolgt die Bewegung einer kontinuierlichen Phase vorzugsweise durch die genannten Spalte 15 und hat in Längsrichtung des Apparates einen Zickzackverlauf. Dabei führt die kontinuierliche Phase in den Räumen (Sektionen) zwischen je nvei benachbarten Scheiben 9 eine Bewegung quer zum Gehäuse 1 aus.
Die Bewegung einer dispersen Phase erfolgt im Apparat vorzugsweise durch die Öffnungen 16 der Scheiben 9.
Beim Schwingen der Scheiben 9 und damit der Arbeitsmedien finden Schläge der Arbeitsmedien gegen die Scheiben 9 statt, die ein intensives Brechen der dispersen Phase bewirken. Gleichzeitig verleihen die Leitschaufeln 17 der dispersen Phase eine Bewegung in einer zur Axialrichtung des Apparates quer liegenden Ebene, wobei die Bewegungsart durch die Orientierung der Leitschaufeln 17 gegeben ist. Die Leitschaufeln 17 jeweils benachbarter Scheiben 9 sind entgegengesetzt orientiert, so dass die Querbewegung der dispersen Phase in den beiden benachbarten Räumen zwischen den benachbarten Scheiben 9 in entgegengesetzten Richtungen erfolgt.
Die Orientierung der Leitschaufeln 17 und Öffnungen 16 in Richtung des Spaltes 15 nach Fig. 3 bewirkt, dass im Raum zwischen den benachbarten Scheiben 9 eine geradlinige Bewegung der dispersen Phase entsteht, die vorzugsweise durch die Öffnungen 16 in den Scheiben 9 strömt. Je nach den gegenseitigen Richtungen der Querbewegung der dispersen Phase und der Querbewegung einer kontinuierlichen Phase in den Räumen zwischen den Scheiben kann ein örtlicher Gleichstrom, Gegenstrom bzw. örtlicher Kreuzstrom der kontinuierlichen und dispersen Phase entstehen.
Bei der Orientierung der Leitschaufeln 17 auf Kreisbahnen (Fig. 2, 4) erfährt die disperse Phase in den Räumen zwischen den benachbarten Scheiben 9 bzw. 9" eine kreisende Laufrichtung, wie dies in Fig. 4 mit Pfeilen a gezeigt ist. Mit
Pfeilen b ist in Fig. 4 die Querbewegung einer kontinuierli chen Phase von einem Spalt 15 zum anderen in Richtung der Höhe des Apparates gezeigt. Als Ergebnis der Wechselwirkung von kreisender Bewegung der dispersen Phase und von geradliniger Bewegung der kontinuierlichen Phase ent steht im Zwischenraum der Scheiben eine zusammengesetzte
Bewegung, die bei der Scheibe 9" in der Hälfte A einen dem
Gleichstrom und in der Hälfte B einen dem Gegenstrom na hen Charakter hat. Bei einer derartigen Phasenbewegung ist der Einfluss von zentrifugaler Phasentrennung auf ein
Mindestmass herabgesetzt.
Die örtliche Gleichstrom-Fliessbewegung der zusammen wirkenden Phasen bewirkt die Förderung der Phasen durch den Apparat und bringt eine wesentliche Erhöhung dessen
Leistungsvermögen mit sich.
Die Gegenstrom- und Kreuzstrom-Bewegung der Phasen erhöht das Retentionsvermögen nach disperser Phase, bewirkt eine intensive Zerkleinerung und Vermischung der Phasen und einen intensiven Stoffaustausch. Obwohl die Fläche der Füllkörperscheiben 9, 9' oder 9" geringer als die lichte Querschnittsfläche des Gehäuses 1 ist, ist der Wirkungsgrad der Scheiben durch die Gegen- und Kreuzstrom-Bewegung grösser, als wenn die Scheiben den lichten Querschnitt des Gehäuses 1 ganz ausfüllen würden.
Die Möglichkeit, unterschiedliche Strömungsverhältnisse je nach der gestellten Aufgabe zu schaffen, erweitert beträchtlich den Anwendungsbereich des erläuterten Stoffaustauschapparates.
The invention relates to a column mass transfer apparatus. Such devices are used to carry out mass transfer processes or heterogeneous chemical reactions that are limited by mass transfer.
A column mass transfer apparatus is known which contains a packing, which has disks arranged one above the other transversely to the housing, which are provided with openings and with guide vanes inclined to the disks, furthermore with drive means for generating reciprocating movements in working media and with connecting pieces for Supply and discharge of working media.
In this known apparatus, the horizontal disks are provided with openings located on concentric circles. Adjacent to the openings, on both sides of the disk, there are blades which are parallel to one another and inclined to the disk plane, by means of which the working media are conducted.
The known apparatus is connected to a pulsator which generates a reciprocating movement of the working media with respect to the disks. The known apparatus also has inlet and outlet connections for working media.
When the pulsator generates a pulse, the working media flow through the openings in the disks and experience a circular movement around the longitudinal axis of the apparatus through the guide vanes, with the circular directions of movement of the working media in the adjacent sections formed by two adjacent disks being opposite to one another. As a result of the interaction of the circular movements of the working media and their movement along the apparatus, a helical movement of the working media takes place in each of the superimposed sections, which increases the interaction of different phases with one another.
However, the known apparatus has a relatively low capacity and insufficient effectiveness, which results in the need to provide apparatus with large dimensions. The performance of the known apparatus is limited to the size of the overall clear cross-section of the pane openings. Due to the circular movement of the working media, a phase separation occurs in the spaces between adjacent panes under the influence of centrifugal forces, which has a negative effect on the operation of the apparatus.
The invention is based on the object of creating a column mass transfer apparatus with which the disadvantages mentioned can be avoided. The disks of the filler should be able to have a sufficiently large clear cross section and nevertheless the undesired effect of centrifugal phase separation should be able to be avoided. This would make it possible to increase the performance and the effectiveness of the apparatus without its dimensions having to be increased compared to the known apparatus.
This object is achieved according to the invention in that part of the edge of each disk is in the immediate vicinity of the wall of the apparatus housing and that there is a gap between the opposite edge part of the disk and the wall of the housing, the gaps between the walls of the housing and each two adjacent disks are arranged on the diametrically opposite edge parts of the two disks.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and drawings. Show it:
1 shows a column mass transfer apparatus in partial longitudinal section,
Fig. 2, 3 and 4 variant embodiments of packing washers.
The column mass transfer apparatus has a housing 1, an upper settling space 2, a lower settling space 3, a feed pipe 4 and a discharge pipe 5 for a light phase, as well as a feed pipe 6 and a discharge pipe 7 for a heavy phase and a pipe 8 that connects to a compressor, not shown, is connected to build up the working pressure in the apparatus.
In the housing 1 of the apparatus there is a filler body which has disks 9 (FIGS. 1, 2) or disks 9 '(FIG. 3) or disks 9 ″ (FIG. 4) arranged one above the other transversely to the housing 1.
To achieve reciprocal back and forth movements of a working medium, e.g. B. a reactant and the discs 9, the latter are attached to a rod 10 displaceable in the longitudinal direction of the apparatus. The latter is mounted in guide bushes 11 and 12 and sealed in the housing 1 with a stuffing box 13. The rod 10 is connected to a vibration generator which works with an unbalance drive 14 and thus generates approximately sinusoidal vibrations.
Mutual reciprocating movements in the working media and the disks 9 can also take place because the working media are brought into pulsation by means of a pulsator and thus generate straight pulses. In the latter case, the packing washers are attached to the apparatus housing (this variant of the apparatus is not shown in the drawing).
Between a part of the edge of each disk 9 and the wall of the housing 1 there is a gap 15. The gaps 15 located between such edge parts of each two adjacent disks 9 and the walls of the housing 1 are opposite one another, so that the movement of the through these gaps 15 flowing working media according to the height of the apparatus is zigzag. To form the column 15, a tendon can be cut from the discs, such as. B.
with the disks 9 and 9 ″ (Fig. 2, 4). The disks can, however, also have a smaller diameter than the interior of the housing 1 and with an edge part lie directly next to the housing wall, such as the disk 9 'afterwards Fig. 3.
The disks 9, 9 'and 9 ″ have openings 16 which are adjacent to the guide vanes 17 which are inclined to the disk plane.
The openings 16 can, for. B. have a rectangular shape. The guide vanes 17 are used to set the direction for the movement of working media in the spaces between the adjacent disks.
Depending on the required flow movement of continuous and disperse phases, the guide vanes 17 can, as FIG. 3 shows, oriented to one side or, as can be seen from FIGS. 2 and 4, lie on circular paths.
The operation of the apparatus explained is as follows.
The heavy phase that flows in via the nozzle 6 and the light phase that flows in through the nozzle 4 flow in countercurrent to one another in the apparatus. The oscillating movement of the rod 10 generated by the unbalance drive 14 is transmitted to the disks 9.
Due to the presence of the disks 9, which form alternating gaps 15 between their edge parts and the housing 1 according to the height of the column, the movement of a continuous phase preferably takes place through said gaps 15 and has a zigzag course in the longitudinal direction of the apparatus. The continuous phase in the spaces (sections) between each adjacent panes 9 moves transversely to the housing 1.
A disperse phase is moved in the apparatus preferably through the openings 16 of the disks 9.
When the disks 9 and thus the working media vibrate, the working media impacts against the disks 9, which cause intensive breaking of the disperse phase. At the same time, the guide vanes 17 give the disperse phase a movement in a plane which is transverse to the axial direction of the apparatus, the type of movement being given by the orientation of the guide vanes 17. The guide vanes 17 of adjacent disks 9 are oriented in opposite directions, so that the transverse movement of the disperse phase in the two adjacent spaces between the adjacent disks 9 takes place in opposite directions.
The orientation of the guide vanes 17 and openings 16 in the direction of the gap 15 according to FIG. 3 results in a rectilinear movement of the disperse phase in the space between the adjacent disks 9, which preferably flows through the openings 16 in the disks 9. Depending on the mutual directions of the transverse movement of the disperse phase and the transverse movement of a continuous phase in the spaces between the panes, a local direct current, counter current or local cross current of the continuous and disperse phase can arise.
When the guide vanes 17 are oriented on circular paths (FIGS. 2, 4), the disperse phase in the spaces between the adjacent disks 9 and 9 ″ experiences a circling direction, as shown in FIG. 4 with arrows a
Arrows b is shown in Fig. 4, the transverse movement of a continuous chen phase from one gap 15 to the other in the direction of the height of the apparatus. As a result of the interaction of the circular movement of the disperse phase and the linear movement of the continuous phase, there is a composite phase in the space between the disks
Movement that occurs at the disk 9 "in half A to the
Co-current and in half B has a counter-current na hen character. With such a phase movement, the influence of centrifugal phase separation is on a
Minimum size reduced.
The local direct current flow movement of the interacting phases causes the phases to be conveyed through the apparatus and significantly increases it
Performance with itself.
The countercurrent and crosscurrent movement of the phases increases the retention capacity after the disperse phase, causes intensive comminution and mixing of the phases and an intensive exchange of substances. Although the area of the packing disks 9, 9 'or 9 "is less than the clear cross-sectional area of the housing 1, the efficiency of the disks due to the counterflow and cross-flow movement is greater than if the disks would completely fill the clear cross-section of the housing 1 .
The possibility of creating different flow conditions depending on the task at hand, considerably expands the application range of the explained mass transfer apparatus.