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PATENTANSPROCHE
1. Rotor-Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit, mit einem Gehäuse (1) mit Rohrstutzen (2, 3, 4, 5, 6), die zur Einführung von Gas in den unteren Teil des Gehäuses (1), zur Abführung von Gas aus dem oberen Teil des Gehäuses (1), zur Einführung von Flüssigkeit in das Gehäuse (1) und Abführung von Flüssigkeit aus dem Gehäuse (1) dienen, mit einer senkrechten Welle (8), die im Gehäuse drehbar angeordnet ist, mit Kontaktstufen (10), die an der Welle (8) mit einem gewissen Abstand voneinander befestigt und durch Bänder (11, 11a und 11b) gebildet sind, die in Form von von der Welle (8) auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an den Rändern (12) in Richtung zur Welle (8) hin gebördelt sind, und mit einer Vorrichtung zur Überführung der Flüssigkeit von der einen Kontaktstufe (10) zur anderen,
wobei diese Vorrichtung die Form von an der inneren Seite der Gehäusewand befestigten ringförmigen Taschen (16) für die Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, die aus den Kontaktstufen (10) austritt, sowie von im Zwischenraum zwischen den Kontaktstufen (10) der Überlaufrinnen (17, 18 und 19) ange- ordnet sind, deren Aufnahmeenden mit den ringförmigen Taschen (16) für die Aufnahme der Flüssigkeit verbunden sind, die von den höher liegenden Kontaktstufen (10) abfliesst, während die Abflussenden über den unten liegenden Kontaktstufen (10) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder (11) mit einer quer verlaufenden Riffelung (21, 22 und 23) versehen sind.
2. Rotor-Film-Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rand (38) des Bandes (37) etwas weiter von der Welle (33) als sein unterer Rand (39) angeordnet wird.
3. Rotor-Film-Kolonne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Höhe (h, H) der Riffelung (42) in Richtung vom oberen Rand (38) des Bandes (37) weg vergrössert.
4. Rotor-Film-Kolonne nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Böden der Überlaufrinnen (18, 19) Abflussöffnungen (24) ausgeführt sind.
5. Rotor-Film-Kolonne nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufrinnen (17, 18, 19) mindestens an einer senkrechten Stange (25, 26, 27) befestigt sind, die an der Seitenwand des Gehäuses (1) drehbar angeordnet ist, und dass diese Stange die Regelung der Lage der Überlaufrinnen (17, 18, 19) im Querschnitt der Kolonne hinsichtlich der Kontaktstufen (10) sicherstellt.
Die Erfindung betrifft eine Rotor-Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit, mit einem Gehäuse mit Rohrstutzen, die zur Einführung von Gas in den unteren Teil des Gehäuses, zur Abführung von Gas aus dem oberen Teil des Gehäuses, zur Einführung von Flüssigkeit in das Gehäuse und Abführung von Flüssigkeit aus dem Gehäuse dienen, mit einer senkrechten Welle, die im Gehäuse drehbar angeordnet ist, mit Kontaktstufen, die an der Welle mit einem gewissen Abstand voneinander befestigt und durch Bänder gebildet sind, die in Form von von der Welle auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an den Rändern in Richtung zur Welle hin gebördelt sind, und mit einer Vorrichtung zur Über- führung der Flüssigkeit von der einen Kontaktstufe zur anderen,
wobei diese Vorrichtung die Form von an der inneren Seite der Gehäusewand befestigten ringförmigen Taschen für die Aufnahme der Flüssigkeit aufweist, die aus den Kontaktstufen austritt, sowie von im Zwischenraum zwischen den Kontaktstufen der Überlaufrinnen angeordnet sind, deren Aufnahmeenden mit den ringförmigen Taschen für die Aufnahme der Flüssigkeit verbunden sind, die von den höher liegenden Kontaktstufen abfliesst, während die Abflussenden über den unten liegenden Kontaktstufen angebracht sind. Solche Kolonnen werden zur Durchführung von Stoffaustauschprozessoren zwischen Gas und Flüssigkeit verwendet, z. B. beim Kontaktprozess von Gas (Dampf) und Flüssigkeit. Besonders vorzuziehendes Einsatzgebiet der Erfindung ist die Vakuumrektifikation von Stoffen, die gegen erhöhte Temperaturen empfindlich sind, z.
B. von Laktamen, Fettsäuren, mehrwertigen Alkoholen, Äthanolaminen, schwersiedenden Estern, diversen Ölen, Nahrungs- und pharmazeutischen Produkten. Die Erfindung kann in der chemischen, erdölverarbeitenden, Lebensmittel-, pharmazeutischen und in anderen Industriezweigen Verwendung finden.
Bekannt ist eine Rotor-Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit (siehe Urheberschein der UdSSR Nr. 203 621), die ein Gehäuse mit Rohrstutzen aufweist. Diese Rohrstutzen dienen zur Einführung von Gas in den unteren Teil der Kolonne, zur Abführung von Gas aus dem oberen Teil der Kolonne, zur Einführung von Flüssigkeit in die Kolonne und zur Abführung dieser Flüssigkeit aus der Kolonne. Diese Kolonne enthält ferner eine senkrechte Welle, die im Gehäuse drehbar angeordnet ist. An der Welle sind einige Kontaktstufen befestigt, die an der Welle mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind. Die Kontaktstufen werden durch Bänder gebildet, die in Form von von der Welle auseinandergehenden flachen Spiralen gekrümmt sind. Die Rotor Film-Kolonne ist auch mit Vorrichtungen zur Überführung der Flüssigkeit von einer Kontaktstufe zur anderen versehen.
Diese Vorrichtungen enthalten Überlaufrinnen sowie an der inneren Seitenwand des Gehäuses befestigte ringförmige Taschen, die zur Aufnahme der Flüssigkeit dienen, die von den Kontaktstufen abgeworfen wird. Die Überlaufrinnen sind im Raum zwischen den Kontaktstufen angeordnet. Die Aufnahmeenden der Rinnen sind mit ringförmigen Taschen für die Aufnahme von Flüssigkeit verbunden, die von den darüberliegenden Kontaktstufen abfliesst. Die Abflussenden der Rinnen sind über den darunterliegenden Kontaktstufen angeordnet.
Beim Betrieb einer solchen Rotor-Film-Kolonne dreht ihre Welle. Das Gas führt man dem unteren Teil der Kolonne zu und man führt es aus dem oberen Teil der Kolonne durch die Rohrstutzen ab. Die Flüssigkeit bewegt sich in der Kolonne von oben nach unten, fliesst von einer Kontaktstufe auf die andere unter Einwirkung der Schwerkraft. Sämtliche Kontaktstufen der Kolonne drehen sich zusammen mit der Welle und deswegen fliesst die auf der jeweiligen Kontaktstufe befindliche Flüssigkeit unter Einwirkung der Fliehkräfte in Form eines Filmes an der inneren, das heisst an der der Welle zugekehrten Seite der Bänder. Da die Bänder an den Rändern zur Welle hin umgebördelt sind, fliesst die Flüssigkeit von den Bändern nach unten nicht ab, sondern bewegt sich auf einer Spiralbahn vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufe.
Von der Peripherie der Kontaktstufe wird die Flüssigkeit gegen die Wandungen des Kolonnengehäuses geschleudert und von den Wandungen fliesst sie unter Einwirkung der Schwerkraft in die ringförmige Tasche ab. Aus dieser Tasche fliesst die Flüssigkeit unter Einwirkung der Schwerkraft in das Aufnahmeende der darunterliegenden Rinne ab, deren Abflussende über der anderen Kontaktstufe angeordnet ist. Aus der Rinne gelangt die Flüssigkeit auf die Kontaktstufe, auf der sich die Flüssigkeit gleich bewegt wie auf der darüberliegenden Kontaktstufe. Die von der untersten Kontaktstufe abfliessende Flüssigkeit wird nach aussen durch den Rohrstutzen im unteren Teil der Kolonne abgeführt.
Gas steigt bei seiner Bewegung in der Kolonne von unten nach oben durch die Kontaktstufen und kommt mit dem Film aus der Flüssigkeit in Berührung, die die innere Seite der abgebördelten spiralenförmig gekrümmten Bänder berieselt.
Der Nachteil einer solchen bekannten Rotor-Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit besteht in der beschränkten Oberfläche, in welcher der Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit stattfinden kann. Die Kontaktoberfläche in der Kolonne ist durch die gesamte Arbeitsfläche der Kontaktstufen gegeben. Als Arbeitsfläche einer Kontaktstufe dient lediglich die innere Seite der abgebördelten Bänder, die in Form einer Spirale gekrümmt sind, das heisst die Seite der Bänder, die der Welle zugekehrt ist, und an der sich der Flüssigkeitsfilm bewegt.
Ausserdem wird der Film aus der Flüssigkeit, die die innere Seite der spiralenförmig gekrümmten Bänder berieselt, bei seiner Bewegung auf der Spiralbahn vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufe ungenügend vermischt. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich der Film der Flüssigkeit zusammen mit der Kontaktstufe dreht, und dabei wird die Energie der Kontaktstufe für die zusätzliche Vermischung des Filmes nicht genutzt. Die Drehung der Kontaktstufe sichert lediglich die Gestaltung des Flüssigkeitsfilmes auf der berieselten Oberfläche der Bänder sowie die Bewegung des Filmes zur Peripherie des Apparates hin unter Einwirkung der Fliehkräfte.
Die beschränkte Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit und die unzureichende Vermischung des Flüssigkeitsfilmes im Kontaktprozess verhindern eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades des Stoffaustauschprozesses in der bekannten Rotor-Film-Kolonne.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotor Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit zu entwerfen, die eine entwickelte Kontaktfläche aufweist, in der eine zusätzliche Verwirbelung des flüssigen Filmes gewähr- leistet ist. Dies soll ermöglichen, dass der Stoffaustauschprozess in der Kolonne zusätzlich intensiviert wird.
Diese Aufgabe wird bei der Kolonne der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Bänder mit einer quer verlaufenden Riffelung versehen sind.
In einer derartigen Rotor-Film-Kolonne wird die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit zusätzlich durch Brechung und Zerstäubung der Flüssigkeit an der Stelle ihres Abfallens auf die spiralförmigen Bänder vergrössert, die mit einer quer verlaufenden Riffelung versehen sind.
Der Effekt der Brechung und Zerstäublmg von Flüssigkeit kann dadurch erreicht werden, dass sie auf das geriffelte Band, das sich zusammen mit der jeweiligen Kontaktstufe dreht, von der unbeweglichen Überlaufrinne abgeworfen wird. Im Moment der Berührung des Flüssigkeitsstrahls mit geriffelten Partien des Bandes ist die Bewegungsgeschwindigkeit des entsprechenden Abschnittes des Bandes gegenüber dem Flüssigkeitsstrahl annähernd nach Modul der absoluten linearen Geschwindigkeit dieses Abschnittes des Bandes gleich, das zusammen mit der jeweiligen Kontaktstufe an der Drehbewegung beteiligt ist. Dank der Spiralform der Bänder findet der Aufprall des Flüssigkeitsstrahls auf die geriffelten Bänder statt.
Dabei gelangt die Flüssigkeit sowohl auf die aussen- als auch auf die innenliegenden Seiten der Bänder. Die entstandenen Flüssigkeitsspritzer setzten sich danach unter Einwirkung von Fliehkräften an der Innenseite der Bänder und verursachen eine zusätzliche Verwirbelung, das heisst eine Vermischung des Flüssigkeitsfilmes, der bereits die Innenseite der Bänder bezieht.
Die Vergrösserung der Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit infolge der Spritzerbildung und die zusätzliche Verwirbelung des Flüssigkeitsfilmes durch die niederfallenden Spritzer tragen zur Erhöhung der Wirksamkeit des Stoffaustausches bei und vergrössern den Wirkungsgrad der jeweiligen Kontaktstufe, zum Beispiel im Prozess der Rektifikation.
Es ist wünschenswert, auch den oberen Rand des Bandes etwas weiter von der Welle als seinen unteren Rand anzubringen.
Dadurch erweist sich die innere Seite der Bänder für die Strahlen der Flüssigkeit, die von der höher liegenden Rinne abgeworfen wird, als mehr zugänglich, und die geriffelten Partien beteiligen sich entlang ihren gesamten Längen an der Zerstäubung der Flüssigkeit.
Es ist ebenfalls wünschenswert, die Höhe der Riffelung in der Bänderbreite in Richtung vom oberen Rand des jeweiligen Bandes weg zu vergrössern. Dadurch werden die untenliegenden Abschnitte der geriffelten Stücke ungefähr genauso wie die oberen Abschnitte der geriffelten Partien für die Strahlen der Flüssigkeit zugänglich.
Wünschenswert ist, im Boden der Überlaufrinnen Abfluss öffnungen auszuführen. Eine solche Ausführung der Überlauf- rinnen ermöglicht es, eine und dieselbe Menge an der Flüssigkeit auf eine und dieselbe Kontaktstufe an mehreren Stellen zu verteilen. Das begünstigt die Entwicklung der Kontaktfläche und die Vergrösserung des Verwirbelungsgrades des Flüssigkeitsfilmes.
Wünschenswert ist, dass die Überlaufrinnen mindestens an einer senkrechten Stange befestigt sind, die an der Seitenwand des Gehäuses mit der Möglichkeit der Drehung montiert ist, die die Regelung der Lage der Überlaufrinnen gegenüber den Kontaktstufen sichert. Eine derartige Ausführung der Überlaufrinnen ermöglicht es, die Stelle der Zuführung von Flüssigkeit zu den Kontaktstufen zu ändern, ohne die Kolonne zum Stillstand bringen zu müssen. Es wird möglich, ein optimales Verfahren zur Verteilung der Flüssigkeit an den Kontaktstufen zu erreichen, bei dem die maximale Vergrösserung der Kontaktfläche und der grösste Verwirbelungsgrad des Flüssigkeitsfilmes gewährleistet wird.
Erfahrungsgemäss und unter Anwendung beispielsweise der Qualität des Destillats der jeweiligen Kolonne als Kriterium des Optimums kann man die vorteilhafteste Anordnung der Überlaufrinnen über den Kontaktstufen ohne Stillsetzung der Kolonne finden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen ihrer Ausführung und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 im Längsschnitt die vorliegende Rotor-Film-Kolonne,
Fig. 2 ein Schnitt gemäss II-II in Fig. 1,
Fig. 3 isometrisch ein Element des Bandes, aus dem eine Kontaktstufe gebildet ist,
Fig. 4 isometrisch ein Element des Bandes in vergrössertem Massstab nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 isometrisch ein Element des Bandes in vergrössertem Massstab nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Rotor-Film-Kolonne,
Fig. 7 ein Schnitt gemäss der Linie VII-VII in Fig. 6,
Fig. 8 ein Schnitt gemäss der Linie Vill-Vill in Fig. 6, und
Fig.
9 isometrisch und im vergrösserten Massstab ein Element des Bandes, aus dem eine Kontaktstufe der erfindungsgemässen Kolonne nach Fig. 6 gebildet ist.
Die Rotor-Film-Kolonne für den Kontaktprozess von Gas und Flüssigkeit weist ein zylindrisches Gehäuse 1 (Fig. 1) auf, in dem ein Rohrstutzen 2 für die Einführung von Gas in den unteren Teil der Kolonne, ein Rohrstutzen 3 für die Abführung von Gas aus dem oberen Teil der Kolonne, ein Rohrstutzen 4 für die Einführung von Flüssigkeit in den mittleren Teil der Kolonne, ein Rohrstutzen 5 für die Einführung von Flüssigkeit in den oberen Teil der Kolonne und ein Rohrstutzen 6 für die Abführung von Flüssigkeit aus der Kolonne vorgesehen sind. Im Gehäuse 1 ist mittels Lagern 7 koaxial eine senkrechte Welle 8 drehbar angeordnet. Das obere Ende der Welle 8 ist mit einer Riemenscheibe 9 versehen, die die Drehbewegung auf die Welle von einem Antrieb überträgt, der auf der Zeichnung nicht gezeigt ist. An der Welle sind mit einem Abstand voneinander Kontaktstufen 10 befestigt.
Die Arbeitsfläche jeder Kontaktstufe 10 wird durch zwei Bänder 11 (Fig. 1 und 2) gebildet. Die Bänder 11 sind in Form von von der Welle 8 auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und in Richtung zur Welle 8 hin gebördelt, das heisst, die Ränder 12 der Bänder 11 sind zu der Welle 8 hin abgebogen. Zwei Bänder 11 bilden eine zweigängige Spirale.
Die abgebördelten Ränder 12 sind für die Aufhaltung der Flüssigkeit an der inneren, das heisst der Welle zugewandten Seite des Bandes 11 vorgesehen.
Die Aussenenden 13 der Bänder 11 sind eingeengt, so dass der Film der Flüssigkeit vor ihrem Abwerfen auf die Wandungen des Gehäuses 1 zu einem Strahl zusammengeführt wird.
Die Bänder 11 sind mittels radialer Balken 14 an einer zentrischen Passungsbüchse 15 befestigt, die als ein ringförmiger Hohlzylinder ausgeführt wird.
Die Büchse 15 dient zur Befestigung der Kontaktstufe 10 an der Welle 8. Die Kolonne enthält auch Vorrichtungen zum Überlauf der Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 10 auf die andere. Diese Vorrichtungen schliessen ringförmige Taschen 16, die an der Innenwandung des Gehäuses 1 befestigt sind, und die Überlaufrinnen 17, 18 und 19 (Fig. 2) ein, die mit den ringförmigen Taschen 16 kommunizieren und im Zwischenraum zwischen den Kontaktstufen 10 angeordnet sind. Die ringförmigen Taschen 16 dienen für die Aufnahme der Flüssigkeit, die von den sich drehenden Kontaktstufen 10 abgeworfen wird, deshalb werden die Aussenenden 13 der Bänder 11 etwas höher als die Taschen 16 angebracht, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. Im Boden der Taschen 16 gibt es Öffnungen 20, die durch die Taschen 16 mit den Überlaufrinnen 17, 18 und 19 (Fig. 2) kommunizieren.
Die letzteren sind für die Zuführung der Flüssigkeit aus den Taschen 16 auf die untenliegenden Kontaktstufen 10 gedacht. In einem und demselben Querschnitt zwischen den Kontaktstufen 10 sind je drei Rinnen 17, 18 und 19 angebracht, die in Draufsicht eine krummlinige Form aufweisen.
Die Bänder 11 sind mit quer verlaufenden Riffelungen 21 und 22 (Fig. 3) versehen. Die erste Riffelung ist auf den umgebördelten Rändern des Bandes 11 ausgeführt, während die zweite Riffelung 22 auf dessen berieseltem Teil vorgesehen ist, auf dem üblicherweise der Flüssigkeitsfilm gebildet wird.
Auf dem Band können jedoch nur die geriffelten Partien 21 an den umgebördelten Rändern 12 vorgesehen sein, wie auf dem Band 1 1a (Fig. 4), oder die Riffelungen 23 können auf der berieselten Fläche des Bandes etwa geneigt hinsichtlich des Randes des Bandes 1 1b (Fig. 5) ausgeführt sein.
In der Rotor-Film-Kolonne in Fig. 1 sind als Beispiel die Kontaktstufen 10 gezeigt, deren Bänder 11 nach Fig. 3 ausgeführt werden, obwohl die Anwendung der Bänder 1 1a (Fig. 4) beziehungsweise der Bänder 1 1b (Fig. 5) durchaus möglich ist.
Das Band 11a (Fig. 4) wird in dem Fall verwendet, wenn es wünschenswert ist, die minimale Verweilzeit der Flüssigkeit auf jeder Kontaktstufe und demzufolge in der ganzen Kolonne einzuhalten. Die geriffelten Stücke 21, die am Rand der Bänder 1 1a ausgeführt sind, verursachen keine Vergrösserung der Menge an der Flüssigkeit, die sich auf der rotierenden Kontaktstufe befindet, das heisst, dass sie die flüssigkeitsmässige dynamische Verzögerung einer Kontaktstufe nicht vergrössern. Die Riffelung 21 erfüllt jedoch dabei ihre Funktionen: sie fördert die Zerstäubung und Verspritzung der Flüssigkeit, die von den höher liegenden Rinnen 17, 18 und 19 abgeworfen wird (Fig. 2).
Die Ausführungsvarianten der Bänder 11 (Fig. 3) und 1 1b (Fig. 5) werden dann angewendet, wenn es wünschenswert ist, die Verweilzeit der Flüssigkeit auf der jeweiligen Kontaktstufe 10 zu verlängern. Die Vertiefungen in den Zwischenräumen zwischen den geriffelten Stücken 22 (Fig. 3) beziehungsweise 23 (Fig. 5) von der berieselten Seite der Bänder tragen zur Vergrösserung der Flüssigkeitsmenge auf dem Band bei.
Dadurch wird die Verweilzeit der Flüssigkeit in der Kolonne verlängert, was in einigen Fällen, zum Beispiel in Prozessen, die von chemischen Reaktionen begleitet werden, als äusserst nützlich erscheint. Die Riffelung 22 (Fig.3) zusammen mit der Riffelung 21 fördern die Verspritzung und Zerstäubung der Flüssigkeit und demzufolge auch die Vergrösserung der Kon taktfläche Im Boden der Rinnen 18 und 19 (Fig. 2) sind Öffnungen 24 dafür vorgesehen, damit die Flüssigkeit auf der Kontaktstufe 10 in mehreren Punkten verteilt wird, was zur Entwicklung der Kontaktfläche und zur Vergrösserung des Verwirbelungsgrades des Flüssigkeitsfilmes beiträgt.
Die Rinnen 17 weisen keine Öffnungen im Boden auf, weil sie für die Zuführung von Flüssigkeit lediglich zu den ringförmigen Hohlzylindern 15 vorgesehen sind, und die Flüssigkeit soll von ihnen nur am offenen Ende abfliessen. Erfindungsgemäss wird am blinden Aufnahmeende eine Reihe von den Rinnen 17, 18 und 19 an gemeinsamen senkrechten Stangen entsprechend 25, 26 und 27 befestigt, die an der Wandung des Gehäuses 1 der Kolonne in den Lagern 28 und 29 (Fig. 1) drehbar montiert sind. Die Stangen 25, 26 wie auch die Stange 27, die in Fig. 1 nicht zu sehen ist, gehen durch die Taschen 16 durch Öffnungen 20 hindurch. Die Stellen des Durchgehens der Stangen 25, 26 und 27 durch die Böden der Rinnen 17, 18 und 19 (Fig. 2) werden luftdicht abgeschlossen. Die einen Enden der Stangen 25, 26 und 27 sind nach aussen herausgeführt und mit Drehhebeln 30 (Fig. 1) versehen.
Durch die Drehung des Hebels 30 wird diese oder eine andere Lage der Rinnen 17, 18 und 19 (Fig. 2) in der Ebene des Querschnittes der Kolonne gewährleistet. In Fig. 2 ist nur eine der möglichen Varianten der Ausführung und Anbringung der Rinnen abgebildet.
Es können unter anderem in einem und demselben Querschnitt der Kolonne nur eine Rinne beziehungsweise vier Rinnen angeordnet sein. Zwecks einer gleichmässigeren Verteilung der Flüssigkeit gleichzeitig auf einigen verschiedenen Rinnen 17, 18 und 19 können die ringförmigen Taschen 16 durch Quertrennwände 31 in drei selbständige Sektoren geteilt werden.
In einer anderen Ausführungsvariante der Rotor-Film-Kolonne (Fig. 6) ist die Formgestaltung der Bänder einigermassen verändert, die die jeweilige Kontaktstufe bilden. Diese Kolonne hat das Gehäuse 32 mit der senkrechten Welle 33 und den Kontaktstufen 34, die an der Welle 33 befestigt werden.
Die Überlaufvorrichtungen sind in Form von ringförmigen Taschen 35 und den darunter angeordneten Überlaufrinnen 36 ausgeführt. Die Kontaktstufen 34 werden durch die spiralenförmig gekrümmten Bänder 37 (Fig. 6, 7 und 8) gebildet, deren obere Ränder 38 (Fig. 6) und untere Ränder 39 zur Welle 8 hin abgebördelt sind. Die Bänder 37 sind an Radialrippen 40 befestigt, die mit einer Zentralbüchse 41 verbunden sind. Der obere Rand 38 des Bandes 37 ist etwas weiter von der Welle 33 als sein unterer Rand 39 angeordnet. Ausserdem vergrössert sich die Höhe der Riffelung 42 (Fig. 9) der Bänder 37 von h bis H in der Breite der Bänder 37 je nach deren Entfernung von ihrem oberen Rand 38.
Eine derartige konstruktive Ausführung der Kontaktstufe 34 (Fig. 6) fördert das Durchdringen der Strahlen der Flüssigkeit, die von der höher liegenden Rinne 36 abfliesst, zu allen Abschnitten der Riffelung 42, die auf dem berieselten Teil der Bänder 37 ausgeführt sind.
Die Rotor-Film-Kolonne hat bei ihrem Einsatz im Rektifikationsprozess folgende Funktionsweise. Die Dämpfe des zu trennenden Gemisches mit dem reduzierten Gehalt an leichtflüssiger Komponente werden in die Kolonne von unten durch den Rohrstutzen 2 (Fig. 1) eingeführt und durch den Rohrstutzen 3 herausgeführt. Das flüssige Ausgangsgemisch der zu trennenden Komponenten gelangt in die Kolonne durch den Rohrstutzen 4, dabei tritt es in die ringförmige Tasche 16 ein.
Das Phlegma wird in die Kolonne durch den Rohrstutzen 5 eingeführt, wobei das Phlegma, in die oberste ringförmige Tasche 16 gelangt, aus der es durch die Rinne 17 zur zweiten (von oben) Kontaktstufe 10 zugeführt wird. Die oberste Kontaktstufe 10 wird als Separationsstufe verwendet. Sie ist zum Auffangen von Flüssigkeitsspritzern vorgesehen, die im Dampf vorhanden sind. Die auf der obersten Kontaktstufe 10 niedergefallenen Flüssigkeitsspritzer werden von dieser Kontaktstufe in die oberste ringförmige Tasche 16 abgeworfen. Aus den Taschen 16 fliesst die Flüssigkeit in die darunterliegenden Rinnen 17, 18 und 19 (Fig. 2) über. Von den letzteren wird die Flüssigkeit auf die untenliegenden Kontaktstufen 10 verteilt. Von den Rinnen 17 wird die Flüssigkeit den ringförmigen Hohlzylindern 15 zugeführt.
Von den Rinnen 18 und 19 gelangt die Flüssigkeit durch die offenen Enden und die Abflussöffnungen 24 unmittelbar auf die Bänder 11 der rotierenden Kontaktstufen 10. Dabei erfolgen die Zerspritzung und Zerstäubung der Flüssigkeit. Die Flüssigkeitsspritzer verwirbeln beim Niedersetzen an der Arbeits- (berieselten) -seite der Bänder 11 den Flüssigkeitsfilm. Hierdurch wird die Intensität des Stoffaustausches vergrössert. Aus dem ringförmigen Hohlzylinder 15 gelangt die Flüssigkeit unter Einwirkung der Fliehkräfte auch auf die Bänder 11. Von der rotierenden Kontaktstufe 10 wird die Flüssigkeit in Form von Spritzern an die Wandungen des Gehäuses 1 der Kolonne zurückgeschleudert, woher sie in die untenliegende Tasche 16 abfliesst.
Die Dämpfe des zu trennenden Gemisches kommen mit dem Film der Flüssigkeit, die die Bänder 11 berieselt, sowie mit den Flüssigkeitsspritzern in Berührung, die sich in den Zwischenspalten zwischen den Bändern 11 im Schwebezustand befinden.
Während des Betriebes der Kolonne können die Rinnen 17, 18 und 19 in beliebige Lage durch die Drehung der entsprechenden Stangen 25, 26 und 27 gebracht werden. Das ermöglicht, ohne Stillsetzung der Kolonne eine derartige Anordnung der Rinnen 17, 18 und 19 zu wählen, bei der die Kontaktfläche und der Verwirbelungsgrad des Flüssigkeitsfilmes auf den Bändern 11 die grössten Werte erreichen. Als Massstab für die Feststellung des Optimums kann man die Qualität des Destillationsproduktes der Kolonne verwenden.
Die in Fig. 6 abgebildete Kolonne hat analoge Arbeitsweise.
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PATENT CLAIM
1. Rotor-film column for the contact process of gas and liquid, with a housing (1) with pipe sockets (2, 3, 4, 5, 6), which are used to introduce gas into the lower part of the housing (1), serve to discharge gas from the upper part of the housing (1), to introduce liquid into the housing (1) and to discharge liquid from the housing (1), with a vertical shaft (8) which is rotatably arranged in the housing , with contact steps (10) attached to the shaft (8) at a certain distance from one another and formed by bands (11, 11a and 11b) which are curved in the form of spirals diverging from the shaft (8) and at the edges (12) are flanged in the direction of the shaft (8), and with a device for transferring the liquid from one contact stage (10) to the other,
this device being in the form of annular pockets (16) attached to the inner side of the housing wall for receiving the liquid emerging from the contact steps (10) and in the space between the contact steps (10) of the overflow channels (17, 18) and 19) are arranged, the receiving ends of which are connected to the annular pockets (16) for receiving the liquid which flows off from the higher contact steps (10), while the discharge ends are attached above the lower contact steps (10), characterized in that the bands (11) are provided with transverse corrugations (21, 22 and 23).
2. rotor-film column according to claim 1, characterized in that the upper edge (38) of the belt (37) is arranged somewhat further from the shaft (33) than its lower edge (39).
3. rotor-film column according to claims 1 and 2, characterized in that the height (h, H) of the corrugation (42) increases in the direction of the upper edge (38) of the band (37) away.
4. rotor-film column according to claims 1 to 3, characterized in that outflow openings (24) are made in the bottoms of the overflow channels (18, 19).
5. rotor-film column according to claims 1 to 4, characterized in that the overflow channels (17, 18, 19) are attached to at least one vertical rod (25, 26, 27) which is attached to the side wall of the housing (1 ) is arranged rotatably, and that this rod ensures the regulation of the position of the overflow channels (17, 18, 19) in the cross section of the column with regard to the contact steps (10).
The invention relates to a rotor-film column for the contact process of gas and liquid, with a housing with pipe stubs, which are used for introducing gas into the lower part of the housing, for removing gas from the upper part of the housing, for introducing liquid serve in the housing and discharge of liquid from the housing, with a vertical shaft which is rotatably arranged in the housing, with contact steps which are attached to the shaft at a certain distance from each other and formed by bands in the form of from the shaft diverging spirals are curved and flanged at the edges in the direction of the shaft, and with a device for transferring the liquid from one contact stage to the other,
this device being in the form of annular pockets attached to the inner side of the housing wall for receiving the liquid exiting the contact steps, as well as being arranged in the space between the contact steps of the overflow channels, the receiving ends of which with the annular pockets for receiving the Liquid are connected, which flows off from the higher contact steps, while the discharge ends are attached above the contact steps below. Such columns are used to carry out mass transfer processors between gas and liquid, e.g. B. in the contact process of gas (vapor) and liquid. A particularly preferred area of application of the invention is the vacuum rectification of substances that are sensitive to elevated temperatures, e.g.
B. of lactams, fatty acids, polyhydric alcohols, ethanolamines, high-boiling esters, various oils, food and pharmaceutical products. The invention can find utility in chemical, petroleum, food, pharmaceutical and other industries.
A rotor-film column for the contact process of gas and liquid is known (see copyright of the USSR No. 203 621), which has a housing with a pipe socket. These pipe sockets are used to introduce gas into the lower part of the column, to discharge gas from the upper part of the column, to introduce liquid into the column and to discharge this liquid from the column. This column also contains a vertical shaft which is rotatably arranged in the housing. Some contact steps are attached to the shaft and are arranged on the shaft at a certain distance from one another. The contact steps are formed by strips which are curved in the form of flat spirals diverging from the shaft. The rotor film column is also provided with devices for transferring the liquid from one contact stage to another.
These devices contain overflow gutters as well as annular pockets attached to the inner side wall of the housing which serve to contain the liquid that is thrown off the contact stages. The overflow channels are arranged in the space between the contact steps. The receiving ends of the channels are connected to annular pockets for receiving liquid which flows off from the contact steps above. The discharge ends of the channels are arranged above the contact steps below.
When such a rotor-film column is in operation, its shaft rotates. The gas is fed to the lower part of the column and it is discharged from the upper part of the column through the pipe socket. The liquid moves from top to bottom in the column, flowing from one contact stage to the other under the action of gravity. All contact stages of the column rotate together with the shaft and therefore the liquid located on the respective contact stage flows under the action of centrifugal forces in the form of a film on the inner side of the belts, i.e. on the side facing the shaft. Since the bands are flanged at the edges towards the shaft, the liquid does not flow down from the bands, but rather moves on a spiral path from the center to the periphery of the contact step.
From the periphery of the contact stage, the liquid is thrown against the walls of the column housing and from the walls it flows under the action of gravity into the annular pocket. The liquid flows out of this pocket under the action of gravity into the receiving end of the channel below, the discharge end of which is arranged above the other contact step. From the channel, the liquid reaches the contact step, on which the liquid moves in the same way as on the contact step above. The liquid flowing off from the lowest contact stage is discharged to the outside through the pipe socket in the lower part of the column.
As it moves in the column, gas rises through the contact steps from bottom to top and comes into contact with the film of the liquid which sprinkles the inner side of the crimped, spiral-shaped curved ribbons.
The disadvantage of such a known rotor-film column for the contact process of gas and liquid is the limited surface area in which the contact between gas and liquid can take place. The contact surface in the column is given by the entire working surface of the contact stages. The only working surface of a contact step is the inner side of the flanged bands, which are curved in the form of a spiral, i.e. the side of the bands that faces the shaft and on which the liquid film moves.
In addition, the film of the liquid which sprinkles the inner side of the spirally curved bands is insufficiently mixed when it moves on the spiral path from the center to the periphery of the contact step. This is due to the fact that the film of the liquid rotates together with the contact stage, and the energy of the contact stage is not used for the additional mixing of the film. The rotation of the contact stage only ensures the formation of the liquid film on the sprinkled surface of the belts as well as the movement of the film towards the periphery of the apparatus under the action of centrifugal forces.
The limited contact area between gas and liquid and the insufficient mixing of the liquid film in the contact process prevent a further increase in the efficiency of the mass transfer process in the known rotor-film column.
The invention is based on the object of designing a rotor film column for the contact process between gas and liquid which has a developed contact surface in which an additional swirling of the liquid film is ensured. This should enable the mass transfer process in the column to be intensified.
In the case of the column of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the ribbons are provided with transverse corrugations.
In such a rotor-film column, the contact area between gas and liquid is additionally increased by breaking and atomizing the liquid at the point where it falls onto the spiral bands, which are provided with transverse corrugations.
The effect of breaking and atomizing liquid can be achieved in that it is thrown from the immovable overflow channel onto the corrugated band, which rotates together with the respective contact step. At the moment of contact of the liquid jet with corrugated parts of the belt, the speed of movement of the corresponding section of the belt in relation to the liquid jet is approximately equal to the module of the absolute linear speed of this section of the belt, which is involved in the rotary movement together with the respective contact stage. Thanks to the spiral shape of the bands, the jet of liquid hits the corrugated bands.
The liquid reaches both the outside and the inside of the belts. The resulting splashes of liquid then settle on the inside of the belts under the action of centrifugal forces and cause additional turbulence, that is, a mixing of the liquid film that is already covering the inside of the belts.
The enlargement of the contact area between gas and liquid as a result of the formation of splashes and the additional turbulence of the liquid film by the falling splashes contribute to increasing the efficiency of the mass transfer and increasing the efficiency of the respective contact stage, for example in the rectification process.
It is desirable to also place the upper edge of the tape slightly further from the shaft than its lower edge.
This makes the inner side of the belts more accessible to the jets of the liquid thrown from the higher-lying channel, and the corrugated parts take part in the atomization of the liquid along their entire lengths.
It is also desirable to increase the height of the corrugation in the band width in the direction away from the upper edge of the respective band. As a result, the lower sections of the corrugated pieces are accessible to the jets of the liquid in the same way as the upper sections of the corrugated parts.
It is desirable to have drainage openings in the bottom of the overflow channels. Such a design of the overflow channels makes it possible to distribute one and the same amount of the liquid on one and the same contact stage at several points. This favors the development of the contact area and increases the degree of turbulence in the liquid film.
It is desirable that the overflow channels are attached to at least one vertical rod which is mounted on the side wall of the housing with the possibility of rotation, which ensures the regulation of the position of the overflow channels with respect to the contact steps. Such a design of the overflow channels makes it possible to change the location of the supply of liquid to the contact stages without having to bring the column to a standstill. It becomes possible to achieve an optimal method for distributing the liquid at the contact stages, in which the maximum enlargement of the contact surface and the greatest degree of turbulence of the liquid film is guaranteed.
Experience has shown that using, for example, the quality of the distillate of the respective column as a criterion for the optimum, the most advantageous arrangement of the overflow channels above the contact stages can be found without shutting down the column.
The invention is described in more detail below using examples of its implementation and using the accompanying drawings. It shows:
1 shows the present rotor-film column in longitudinal section,
Fig. 2 is a section according to II-II in Fig. 1,
3 shows, isometric, an element of the strip from which a contact step is formed,
4 isometric view of an element of the belt on an enlarged scale according to a further embodiment of the present invention,
FIG. 5 isometric view of an element of the belt on an enlarged scale according to a third embodiment of the present invention, FIG.
6 shows a longitudinal section of a further embodiment of the rotor-film column according to the invention,
7 shows a section along the line VII-VII in FIG. 6,
8 shows a section along the line Vill-Vill in FIG. 6, and
Fig.
9, isometric and on an enlarged scale, an element of the strip from which a contact step of the column according to the invention according to FIG. 6 is formed.
The rotor-film column for the contact process of gas and liquid has a cylindrical housing 1 (Fig. 1) in which a pipe socket 2 for the introduction of gas into the lower part of the column, a pipe socket 3 for the discharge of gas from the upper part of the column, a pipe socket 4 for the introduction of liquid into the middle part of the column, a pipe socket 5 for the introduction of liquid into the upper part of the column and a pipe socket 6 for the discharge of liquid from the column are provided . A vertical shaft 8 is rotatably arranged coaxially in the housing 1 by means of bearings 7. The upper end of the shaft 8 is provided with a pulley 9, which transmits the rotary motion to the shaft from a drive, which is not shown in the drawing. Contact steps 10 are attached to the shaft at a distance from one another.
The working surface of each contact step 10 is formed by two strips 11 (FIGS. 1 and 2). The bands 11 are curved in the form of spirals diverging from the shaft 8 and crimped in the direction of the shaft 8, that is, the edges 12 of the bands 11 are bent towards the shaft 8. Two bands 11 form a double spiral.
The flanged edges 12 are provided to hold up the liquid on the inner side of the belt 11, that is to say the side facing the shaft.
The outer ends 13 of the strips 11 are narrowed so that the film of the liquid is brought together to form a jet before it is thrown onto the walls of the housing 1.
The bands 11 are fastened by means of radial bars 14 to a central fitting sleeve 15, which is designed as an annular hollow cylinder.
The sleeve 15 is used to attach the contact stage 10 to the shaft 8. The column also contains devices for overflowing the liquid from one contact stage 10 to the other. These devices include annular pockets 16 attached to the inner wall of housing 1 and overflow channels 17, 18 and 19 (FIG. 2) which communicate with annular pockets 16 and are located in the space between contact steps 10. The annular pockets 16 serve to receive the liquid that is thrown off by the rotating contact steps 10, therefore the outer ends 13 of the bands 11 are attached somewhat higher than the pockets 16, as can be seen from FIG. In the bottom of the pockets 16 there are openings 20 which communicate through the pockets 16 with the overflow gutters 17, 18 and 19 (FIG. 2).
The latter are intended for feeding the liquid from the pockets 16 to the contact steps 10 below. In one and the same cross-section between the contact steps 10, three grooves 17, 18 and 19 are attached, which have a curvilinear shape in plan view.
The bands 11 are provided with transverse corrugations 21 and 22 (Fig. 3). The first corrugation is carried out on the beaded edges of the belt 11, while the second corrugation 22 is provided on its sprinkled part on which the liquid film is usually formed.
On the tape, however, only the corrugated portions 21 can be provided on the beaded edges 12, as on the tape 1 1a (Fig. 4), or the corrugations 23 can be inclined on the sprinkled surface of the tape with respect to the edge of the tape 1 1b (Fig. 5) be executed.
In the rotor-film column in FIG. 1, the contact steps 10 are shown as an example, the bands 11 of which are designed according to FIG. 3, although the use of the bands 1 1a (FIG. 4) or the bands 1 1b (FIG. 5 ) is quite possible.
The belt 11a (Fig. 4) is used in the case when it is desirable to keep the minimum residence time of the liquid at each contact stage and consequently throughout the column. The corrugated pieces 21, which are made on the edge of the belts 1 1a, do not cause an increase in the amount of the liquid that is located on the rotating contact stage, that is, they do not increase the liquid dynamic deceleration of a contact stage. The corrugation 21, however, fulfills its functions: it promotes the atomization and spraying of the liquid which is thrown off from the higher-lying channels 17, 18 and 19 (FIG. 2).
The design variants of the belts 11 (FIG. 3) and 11b (FIG. 5) are used when it is desirable to lengthen the residence time of the liquid on the respective contact stage 10. The depressions in the spaces between the corrugated pieces 22 (Fig. 3) and 23 (Fig. 5) from the sprinkled side of the belts contribute to increasing the amount of liquid on the belt.
This increases the residence time of the liquid in the column, which in some cases, for example in processes that are accompanied by chemical reactions, appears to be extremely useful. The corrugation 22 (Fig. 3) together with the corrugation 21 promote the spraying and atomization of the liquid and consequently also the enlargement of the contact surface. In the bottom of the grooves 18 and 19 (Fig. 2), openings 24 are provided so that the liquid on the contact step 10 is distributed in several points, which contributes to the development of the contact surface and to the increase in the degree of turbulence of the liquid film.
The channels 17 have no openings in the bottom, because they are only provided for the supply of liquid to the annular hollow cylinders 15, and the liquid should only flow off from them at the open end. According to the invention, a row of grooves 17, 18 and 19 is attached to common vertical rods corresponding to 25, 26 and 27 at the blind receiving end, which are rotatably mounted on the wall of housing 1 of the column in bearings 28 and 29 (FIG. 1) . The rods 25, 26 as well as the rod 27, which cannot be seen in FIG. 1, go through the pockets 16 through openings 20. The points of passage of the rods 25, 26 and 27 through the bottoms of the channels 17, 18 and 19 (FIG. 2) are sealed airtight. One ends of the rods 25, 26 and 27 are led out to the outside and provided with rotary levers 30 (FIG. 1).
By rotating the lever 30, this or another position of the channels 17, 18 and 19 (FIG. 2) is ensured in the plane of the cross section of the column. In Fig. 2 only one of the possible variants of the design and attachment of the channels is shown.
Among other things, only one channel or four channels can be arranged in one and the same cross section of the column. For the purpose of a more even distribution of the liquid at the same time on several different channels 17, 18 and 19, the annular pockets 16 can be divided by transverse partition walls 31 into three independent sectors.
In another embodiment of the rotor-film column (FIG. 6), the shape of the strips that form the respective contact stage is changed to some extent. This column has the housing 32 with the vertical shaft 33 and the contact steps 34 which are attached to the shaft 33.
The overflow devices are designed in the form of annular pockets 35 and the overflow channels 36 arranged below them. The contact steps 34 are formed by the spirally curved strips 37 (FIGS. 6, 7 and 8), the upper edges 38 (FIG. 6) and lower edges 39 of which are flanged towards the shaft 8. The bands 37 are attached to radial ribs 40 which are connected to a central bush 41. The upper edge 38 of the belt 37 is arranged somewhat further from the shaft 33 than its lower edge 39. In addition, the height of the corrugation 42 (FIG. 9) of the bands 37 increases from h to H in the width of the bands 37 depending on their distance from their upper edge 38.
Such a structural design of the contact step 34 (FIG. 6) promotes the penetration of the jets of the liquid, which flows off from the higher-lying channel 36, to all sections of the corrugation 42 which are implemented on the part of the belts 37 that is being sprinkled.
When used in the rectification process, the rotor-film column functions as follows. The vapors of the mixture to be separated with the reduced content of low-viscosity components are introduced into the column from below through the pipe socket 2 (FIG. 1) and led out through the pipe socket 3. The liquid starting mixture of the components to be separated enters the column through the pipe socket 4, in the process it enters the annular pocket 16.
The phlegm is introduced into the column through the pipe socket 5, the phlegm getting into the uppermost annular pocket 16, from which it is fed through the channel 17 to the second (from above) contact stage 10. The uppermost contact stage 10 is used as a separation stage. It is designed to catch splashes of liquid that are present in the vapor. The splashes of liquid that have fallen on the uppermost contact step 10 are thrown from this contact step into the uppermost annular pocket 16. The liquid flows from the pockets 16 into the grooves 17, 18 and 19 underneath (FIG. 2). From the latter, the liquid is distributed to the contact steps 10 below. The liquid is fed to the annular hollow cylinders 15 from the channels 17.
From the channels 18 and 19, the liquid passes through the open ends and the drainage openings 24 directly onto the belts 11 of the rotating contact steps 10. The liquid is sprayed and atomized. The splashes of liquid swirl the liquid film when they sit down on the working (sprinkled) side of the belts 11. This increases the intensity of the exchange of substances. From the annular hollow cylinder 15, the liquid also reaches the belts 11 under the action of centrifugal forces. From the rotating contact stage 10, the liquid is thrown back in the form of splashes onto the walls of the housing 1 of the column, from where it flows into the pocket 16 below.
The vapors of the mixture to be separated come into contact with the film of the liquid which sprinkles on the belts 11, as well as with the splashes of liquid which are in the intermediate gaps between the belts 11 in a suspended state.
During the operation of the column, the channels 17, 18 and 19 can be brought into any position by rotating the corresponding rods 25, 26 and 27. This makes it possible, without stopping the column, to select an arrangement of the channels 17, 18 and 19 in which the contact area and the degree of turbulence of the liquid film on the belts 11 reach the greatest values. The quality of the distillation product of the column can be used as a yardstick for determining the optimum.
The column shown in FIG. 6 operates in an analogous manner.