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PATENTANSPRÜCHE
1. Rotierender Stoff- und Wärmeaustauscher, bestehend aus einem lotrechten Gehäuse (1; 24; 48; 84; 110) mit Mitteln zum Zuführen der am Prozess beteiligten Ausgangsprodukte in dasselbe und zum Abführen von Endprodukten aus demselben, einer lotrechten Welle (7; 31; 55; 85; 111), die im Gehäuse drehbar aufgestellt wird, aus einigen Kontaktstufen (9; 33; 56, 57, 58; 86; 112, 113), die an der Welle befestigt und von Bändern (10, 11, 12; 34; 60; 87, 88; 125) gebildet werden, die in Form von von der Welle auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an den Kanten (13) in Richtung zur Welle umgebördelt sind, sowie aus mindestens einer Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe (9; 33; 56, 57, 58; 86;
112, 113) auf die andere, die in Form eines an der inneren Seitenwandung des Gehäuses befestigten ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders (17; 39, 41; 74, 80, 81; 97, 98, 99; 118) zur Aufnahme von Flüssigkeit, die von der obenliegenden Kontaktstufe abgelassen wird, und einer Überlaufrohrleitung (18; 40; 75, 82, 83; 101, 102, 103; 121-124) ausgeführt ist, deren Aufnahmeende (19) mit dem genannten ringförmigen Flüssigkeitsabscheider kommuniziert und deren Ablassende (20; 103, 104, 105; 146) über der darunterliegenden Kontaktstufe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Bänder (10, 11, 12; 34; 60; 87, 88; 125) mit längslaufenden Zickzackstücken (21; 35; 69; 89; 126) versehen ist, deren Vorsprünge an der hohlen Seite der Bänder (10, 11, 12; 34; 60; 87, 88;
125) angebracht sind, und die eine Reihe von in der Höhe angrenzenden Kanälen (22, 23; 36, 37, 38; 62, 63; 90, 91, 92; 127 bis 130) bilden.
2. Austauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktstufe (9) Bänder (10, 11, 12) enthält, die sich in der Länge unterscheiden und in verschiedener Entfernung von der Welle (7) enden, wobei die Bänder (10, 11, 12) unterschiedlicher Länge rings um die Welle (7) in periodisch wiederholender Aufeinanderfolge angeordnet sind (Fig. 1,2, 3).
3. Austauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktstufen (33) mit ringförmigen Hülsen (42) versehen sind, die im zentralen Teil der Kontaktstufen (33) koaxial zur Welle (31) unter Ablassenden von Überlaufrohrleitungen (40) liegen und mit angrenzenden Kanälen (36, 37,38) der Bänder (34) kommunizieren, die die Kontaktstufen (33) bilden (Fig. 4, 5, 6).
4. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Böden der angrenzenden Kanäle (36, 37, 38), die von den Zickzackstücken (35) gebildet werden, gegenüber der Welle (31) geneigt und so angeordnet sind, dass die Linie (45) der Berührung jedes Zickzackstückes (35) mit dem Boden des darunterliegenden Kanals (37, 38) weiter von der Welle (31) als die Linie (46) der Berührung desselben Zickzackstückes (35) mit dem Boden des darüberliegenden Kanals (36, 37) entfernt ist (Fig. 4, 5, 6).
5. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass längslaufende Zickzackstücke (69) geriffelt ausgeführt sind (Fig. 7,9).
6. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass periphere Enden (66 und 67) angrenzender Kanäle (62, 63) verengt ausgeführt sind (Fig. 8).
7. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verengten peripheren Enden (66 und 67) von mindestens zwei angrenzenden Kanälen (62, 63) eines spiralförmigen Bandes (60) der Kontaktstufe (57) auf einen und denselben Abschnitt der Wandung des Gehäuses (48) gerichtet sind (Fig. 7, 8).
8. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktstufe (113) einige Bänder (125) enthält, wobei verengte periphere Enden (142, 143, 144, 145) der Kanäle (127, 128, 129, 130), die in der gleichen Ebene liegen, in der Höhe verteilt sind (Fig. 13, 14).
9. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an zentralen Enden von Bändern (87, 88) der Kontaktstufen (86) stufenartige Ausschnitte ausgeführt sind, die so angeordnet werden, dass angrenzende Kanäle (90, 91, 92) der Bänder (87, 88) in einer desto grösseren Entfernung von der Welle (85) beginnen, je höher die Ebene der Anbringung dieser Kanäle (90, 91, 92) liegt, wobei Ablassenden (103, 104, 105) von Überlaufrohrleitungen (100, 101, 102) an die Anfangsabschnitte der angrenzenden Kanäle (90, 91, 92) zugeführt sind (Fig. 10-12).
10. Austauscher nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass rings um jede Kontaktstufe (86) an der inneren Seitenwandung des Gehäuses (84) einige ringförmige Flüssigkeitsabscheider (97, 98, 99) befestigt sind, deren Anzahl der Anzahl der angrenzenden Kanäle (90,91,92) des Bandes (87, 88) gleich ist, und die für getrennte Aufnahme von Flüssigkeit aus den in verschiedener Höhe liegenden Kanälen (90, 91,92) dienen und mittels Überlaufrohrleitungen (100, 101, 102) mit den in entsprechender Höhe angebrachten angrenzenden Kanälen (90, 91, 92) der darunterliegenden Kontaktstufe (86) kommunizieren (Fig. 10-12).
Die Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden Stoffund Wärmeaustauscher zur Durchführung von Prozessen unter Beteiligung von Flüssigkeit und Gas, zum Beispiel von Destillations-, Rektifikations-, Absorptionsprozessen sowie von Nassentstaubung von Gas. Besonders vorzuziehendes Einsatzgebiet der Erfindung ist die Destillation und Va knumrektifikation von Stoffen, die gegenüber erhöhten Temperaturen empfindlich sind, zum Beispiel von Lak tarnen, Fettsäuren, mehrwertigen Alkoholen, Äthanolaminen, schwersiedenden Estern, diversen Ölen, Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Erzeugnissen.
Bekannt ist ein rotierender Stoff- und Wärmeaustauscher, bestehend aus einem lotrechten Gehäuse mit Mitteln zum Zuführen der am Prozess beteiligten Ausgangsprodukte in dasselbe und zum Abführen von Endprodukten aus demselben, aus einer lotrechten Welle, die im Gehäuse drehbar montiert ist, einigen Kontaktstufen, die an der Welle befestigt sind, sowie aus einer Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit zwischen den Stufen. Die Kontaktstufen sind in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet. Die Kontaktstufen werden von Bändern gebildet, die in Form von von der Welle auseinandergehenden Spiralen gekrümmt sind. Die Bänder sind ausserdem an ihren Kanten in Richtung zur Welle umgebördelt.
Die Vorrichtungen zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe auf die andere werden in Form von ringförmigen Flüssigkeitsabscheidem und Überlaufrohrleitungen ausgeführt. Die ringförmigen Flüssigkeitsabscheider sind all der inneren Seitenwandung des Gehäuses befestigt. Sie dienen für Aufnahme von Flüssigkeit, die von den Kontaktstufen abgelassen wird. Die Überlaufrohrleitungen sind im Raum zwischen den Kontaktstufen angebracht. Die Aufnahmeenden der Überlaufrohrleitungen kommunizieren mit den ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern für die Aufnahme von Flüssigkeit, die von den obenliegenden Kontaktstufen abfliesst. Die Ablassenden der Überlaufrohrleitungen sind über den darunterliegenden Kontaktstufen angeordnet.
Das Gehäuse des Austauschers kann von aussen mit einem Mantel versehen sein.
Beim Betrieb des bekannten Austauschers strömt das
Gas in denselben von unten durch einen Rohransatz im unteren Teil des Gehäuses ein, überquert sämtliche Kontaktstufen, indem es in den Spalten zwischen den Bändern strömt, und wird durch einen Rohransatz im oberen Teil des Gehäuses aus dem Austauscher entfernt. Die Flüssigkeit wird durch den Rohransatz im oberen Teil des Gehäuses der obersten Kontaktstufe zugeführt. Unter Einwirkung von Zentrifugalkräften erscheint die Flüssigkeit an der inneren Oberfläche spiralförmiger Bänder, die der Welle zugedreht ist, und fliesst weiter in einer spiralförmigen Bahnlinie vom Zentrum zur Peripherie der jeweiligen Kontaktstufe, indem sie mit Gas in Berührung kommt. Von der Peripherie einer sich drehenden Kontaktstufe wird die Flüssigkeit auf die innere Oberfläche des Austauschergehäuses in Form von Tropfen und Strahlen geschleudert.
Unter Einwirkung von Schwerkraft strömt die Flüssigkeit an Wandungen des Ge häuses in Form eines Filmes in einen ringförmigen Flüssig- keitsabscheider ab, der die Kontaktstufe umfasst. Aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider fliesst die Flüssigkeit in das Aufnahmeende der Überlaufrohrleitung. Durch das Ablassende der Überlaufrohrleitung wird die Flüssigkeit auf die nächste etwas niedriger angeordnete Kontaktstufe abgelassen. Die von der untersten Kontaktstufe abgelassene Flüssigkeit wird aus dem Austauscher durch einen Rohransatz im unteren Teil des Gehäuses ausgeführt. Der Stoff- und Wärmeaustausch kommt im Austauscher in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern, in einer Wolke von Spritzern, die die Spalten zwischen den Kontaktstufen und den Wandungen des Gehäuses ausfüllt, sowie im Film zustande, der die innere Oberfläche des Gehäuses berieselt.
Beim Betrieb des bekannten Stoff- und Wärmeaustauschers wird die innere Oberfläche seines Gehäuses von den Strahlen und Spritzern der Flüssigkeit berieselt, die von den sich drehenden Kontaktstufen abgelassen wird, und ist teilweise mit einem verwirbelten Flüssigkeitsfilm bezogen. In dem Fall, wenn ein Austauscher mit einem Mantel von aussen versehen ist, in dem ein Wärme- bzw. Kältemittel zirkuliert, können an der inneren Oberfläche des Austauschergehäuses die Prozesse der Kühlung, Erwärmung oder sogar des Eindampfens des Flüssigkeitsfilmes neben den Stoff- und Wärmeaustauschprozessen in den spiralförmigen Bändern erfolgen.
Der bekannte Stoff- und Wärmeaustauscher weist jedoch eine Reihe von Mängeln auf, die die Wirksamkeit des Stoffund Wärmeaustausches herabsetzen.
Einer der Nachteile besteht im niedrigen Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Austauschers. Der genannte Nutzungsgrad gilt für das Verhältnis des Volumens, das nur von den Kontaktstufen eingenommen wird, zum vollständigen Innenvolumen des Austauschers. Die Grösse dieses Koeffizienten liegt stets unter Eins, weil es zwischen den Kontaktstufen ständig eine Lücke gibt, die lediglich zur Anbringung von Überlaufrohrleitungen dient und für die Ausführung des Kontaktprozesses zwischen Flüssigkeit und Gas unmittelbar nicht genutzt wird. Man würde annehmen, dass der Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Austauschers durch die Vergrösserung der Höhe der Kontaktstufen, das heisst der Breite der spiralförmigen Bänder, erhöht werden kann.
Dann würde es gelingen, die Anzahl der Kontaktstufen in einem Austauscher mit vorgegebener Höhe und demzufolge auch die Anzahl von Lücken im Austauscher zu reduzieren.
Da die Höhe der genannten Lücken von der Höhe der Kontaktstufen wesentlich nicht abhängig ist, so würde der Anteil des Arbeitsraumes, den die Lücken einnehmen, durch die Verringerung ihrer gesamten Anzahl herabgesetzt werden.
Das würde die Steigerung des Nutzungsgrades des Arbeitsraumes des Austauschers zur Folge haben und demzufolge die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches im jeweiligen Austauscher erhöhen.
In Wirklichkeit sind jedoch der Vergrösserung der Höhe einer Kontaktstufe bestimmte Grenzen gesetzt. Es handelt sich darum, dass auf den Flüssigkeitsfilm, der die innere Oberfläche der spiralen Bänder bezieht, die an ihren Kanten in Richtung zur Welle umgebördelt sind, eine Zentrifugalkraft, die vom Zentrum zur Peripherie einer Kontaktstufe gerichtet ist, und eine Schwerkraft einwirkt, die nach unten gerichtet ist. Die Resultierende sämtlicher auf den Film einwirkenden Kräfte verschiebt den Film vorwiegend zum unteren umgebördelten Rand. Dadurch verringert sich die Stärke des Filmes allmählich in Richtung vom unteren Rand des jeweiligen Bandes zum oberen.
Daher würde die Vergrösserung der Höhe der jeweiligen Kontaktstufe beziehungsweise, was das gleiche bedeutet, der Breite des spiralförmigen Bandes, über eine bestimmte Grenze für den vorgegebenen Flüssigkeitsverbrauch hinaus eine unvollständige Berieselung des spiralförmigen Bandes verursachen.
Derjenige Teil des Bandes, der an seinen oberen abgebördelten Rand angrenzt, würde mit Flüssigkeit unbenetzt bleiben.
Dabei würde der obere Teil der Kontaktstufen aus dem Stoff- und Wärmeaustausch ausgeschlossen und der Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Austauschers beim früheren niedrigen Stand bleiben.
Hierdurch haften dem bekannten Stoff- und Wärmeaustauscher konstruktive Merkmale an, die einen höheren Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Austauschers begrenzen und dadurch die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches in dem Austauscher herabsetzen.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Stoff- und Wärmeaustauschers besteht in der ungenügenden Verwirbelung einer Gasphase, die sich in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern vom unteren Rand eines Bandes zum oberen Rand bewegt. Zusätzliche Verwirbelung der Gasphase in den Spalten einer Kontaktstufe würde ermöglichen, die Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches im Austauscher zu erhöhen.
Noch ein weiterer Nachteil des bekannten Stoff- und Wärmeaustauschers besteht in einer ungenügend gleichmässigen Verwirbelung des Films der Flüssigkeit, die an der inneren Oberfläche des Gehäuses unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten abfliesst. Der Flüssigkeitsfilm wird intensiv nur auf dem schmalen ringförmigen Streifen der Innenwandung des Gehäuses verwirbelt, der unmittelbar die Peripherie einer Kontaktstufe umfasst. Der wesentliche Teil der inneren Oberfläche des Gehäuses des bekannten Austauschers wird entweder von den ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern eingenommen oder mit einem ruhig abfliessenden Flüssigkeitsfilm bezogen.
Die Vergrösserung des Anteils der Oberfläche des Gehäuses, die mit Spritzern und Flüssigkeitsstrahlen bombardiert wird, würde zur Erhöhung der Wirksamkeit des Stoff- und Wärmeaustausches an der berieselten Gehäuseoberfläche und demzufolge auch in dem Austauscher insgesamt beitragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher zu entwickeln, dessen Kontaktstufe einen hohen Nutzungsgrad des Arbeitsraumes, eine zusätzliche Verwirbelung der Gasphase in den Spalten zwischen spiralförmigen Bändern sowie eine gleichmässige Verwirbelung des Flüssigkeitsfilmes an den Innenwandungen des Gehäuses ermöglicht.
Das wird dadurch erreicht, dass bei einem rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher, bestehend aus einem lotrechten Gehäuse mit Mitteln zum Zuführen der am Prozess beteiligten Ausgangsprodukte in dasselbe und zum Abführen von Endprodukten aus demselben, einer lotrechten Welle, die drehbar im Gehäuse montiert ist, einigen Kontaktstufen, die an der Welle befestigt und von Bändern gebildet sind, die in Form von von der Welle auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an ihren Kanten in Richtung zur Welle umgebördelt sind, sowie mindestens aus einer Vorrichtung zum ueberlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe auf die andere, die in Form eines ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders an der inneren Seitenwandung des Gehäuses für die Aufnahme von Flüssigkeit befestigt ist, die von der darüberliegenden Kontaktstufe abgelassen wird,
und einer Überlaufrohr- leitung, deren Aufnahmeende mit dem genannten ringförmigen Flüssigkeitsabscheider kommuniziert und deren Ablassende über der darunterliegenden Kontaktstufe angeordnet ist, erfindungsgemäss zumindest ein Teil der Bänder mit längslaufenden Zickzackstücken versehen ist, deren Vorsprünge an der hohlen Seite der Bänder angebracht sind und die eine Reihe von in der Höhe angrenzenden Kanälen bilden.
In einem derartigen rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher ist der Einsatz von Kontaktstufen mit einer grösseren Höhe als im bekannten Austauscher möglich, weil die Flüssigkeit längs eines spiralförmiqen Bandes durch einige angrenzende Kanäle fliesst. Die Ungleichmässigkeit der Verteilung von Flüssigkeit an der Weite jedes Kanals kann auf einen geringfügigen Wert darauf zurückgeführt werden, dass die Möglichkeit besteht, die Kanäle ausreichend schmal bei der vorgegebenen Breite eines spiralförmigen Bandes lediglich durch die Vergrösserung der Anzahl der angrenzenden Kanäle auszuführen. Bei beliebiger Berieselungsmenge (Flüssigkeitsverbrauch) kann man stets den Kanal ausreichend schmal machen, damit sein Boden vollständig mit einem Flüssigkeitsfilm bezogen wird, wenn auch der Film am unteren Rand des Kanals etwas stärker als an seinem oberen Rand ist.
Zugleich wird die Verteilung von Flüssigkeit an der gesamten Breite des spiralförmigen Bandes gleichmässiger als im bekannten Austauscher sein, in dem spiralförmige Bänder mit der gleichen Breite, jedoch ohne Zickzacklinien angewendet sind. Im rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher mit vorgegebener Höhe kann die Anzahl von Kontaktstufen verringert und der Nutzungsgrad des Arbeitsraumes des Austauschers vergrössert werden.
Ausserdem fördern die Zickzackstücke die zusätzliche Verwirbelung der Gasphase, die sich in den Spalten zwischen den spiralförmigen Bändern bewegt. Die Verwirbelung der Gasphase erfolgt durch die Krümmung der Bahnlinie des jeweiligen Gasstromes, der gezwungen ist, an einer Seite des Spaltes die Vorsprünge der Zickzackstücke und an der anderen Seite des Spaltes die Vertiefungen derselben umzubiegen.
Da die Flüssigkeit vonjeder Kontaktstufe auf die Innenwandungen des Gehäuses auf einigen unterschiedlichen Ebenen geschleudert wird, so wird auch der Flüssigkeitsfilm an den Wandungen des Gehäuses nicht auf einer und derselben Ebene, wie im bekannten Apparat, sondern auf einigen Ebenen verwirbelt, das heisst gleichmässiger. Infolge dessen, dass die Anzahl von Kontaktstufen in einem Austauscher durch die Vergrösserung ihrer Höhe verringert werden kann, so wird entsprechend auch die Gesamtanzahl der ringförmigen Flüssigkeitsabscheider reduziert und demzufolge auch der Anteil der Innenoberfläche des Gehäuses vergrössert, die mit Spritzern und Strahlen bombardiert wird, die von den Kontaktstufen abgelassen werden.
Im Ergebnis erhöht sich die Effektivität des Stoff- und Wärmeaustausches in einem rotierenden Stoff- und Wärmeaustauscher.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung mit beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des rotierenden Stoffund Wärmeaustauschers, im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach 11-Hin Fig. 1,
Fig. 3 ein Element eines spiralförmigen Bandes, isometrisch vergrössert,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers, im Längsschnitt,
Fig. 5 einen Schnitt nach V-V der Fig. 4,
Fig. 6 ein Element eines spiralförmigen Bandes in einer anderen Ausführungsvariante, isometrisch vergrössert,
Fig. 7 eine dritte Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers, im Längsschnitt,
Fig. 8 die Ansicht nach Pfeil VIII der Fig. 7,
Fig.
9 ein Element eines spiralförmigen Bandes in noch einer weiteren Ausführungsvariante, isometrisch vergrössert,
Fig. 10 eine vierte Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers, im Längsschnitt,
Fiq. 11 einen Schnitt nach Ix-Ix der Fig. 10,
Fig. 12 das Zentralende eines spiralförmigen Bandes, isometrisch und vergrössert,
Fig. 13 eine fünfte Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers, im Längsschnitt,
Fig. 14 einen Schnitt nach XIV-XIV der Fig. 13,
Fig. 15 das Zentralende eines spiralförmigen Bandes in einer anderen Ausführungsvariante, isometrisch, teilweise ausgeschnitten und vergrössert.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustauscher hat ein lotrechtes zylinderförmiges Gehäuse 1 (Fig. 1) mit Mitteln zum Zuführen von am Prozess beteiligten Ausgangsprodukten in dasselbe und zum Abführen von Endprodukten aus demselben. Die genannten Mittel beinhalten einen unteren Rohransatz 2 zur Einführung von Gas, einen oberen Rohransatz 3 zur Einführung von Flüssigkeit, einen oberen Rohransatz 4 zur Abführung von Gas und einen unteren Rohransatz 5 zur Abführung von Flüssigkeit. Im Gehäuse 1 wird mit Hilfe von Lagern 6 koaxial drehbar eine lotrechte Welle 7 montiert. Das obere Ende der Welle 7 ist mit einer Scheibe 8 versehen, die von einem nicht gezeigten Antrieb die Drehung an die Welle 7 überträgt. An der Welle 7 sind in gewisser Entfernung von einander Kontaktstufen 9 befestigt. Die Kontaktstufen 9 sind durch Bänder 10, 11 und 12 (Fig. 1 und 2) gebildet.
Die Bänder 10, 11 und 12 sind in Form von von der Welle 7 auseinandergehenden Spiralen gekrümmt und an ihren Kanten in Richtung zur Welle 7 umgebördelt, das heisst Kanten 13 (Fig. 1 und 2) der Bänder 10, 11 und 12 sind in Richtung zur Welle 7 umgebördelt In der Mitte der Kontaktstufe 9 bilden die Bänder 10, 11 und 12 eine sechszehngängige Spirale. Die umgebördelten Kanten 13 sind zum Halten von Flüssigkeit an der hohlen, das heisst an der der Welle 7 zugekehrten Seite der Bänder 10, 11 und 12 gedacht.
Die Bänder 10, 11 und 12 sind mit Hilfe von Radialstangen 14 an einer zentralen Lagerbüchse 15 befestigt. Die Büchse 15 dient zur Befestigung der Kontaktstufe 9 an die Welle 7.
Das sichert die Möglichkeit der Drehung der Kontaktstufe 9, wodurch die Flüssigkeit unter Einwirkung von Zentrifugalkräften in Form eines Filmes an der Hohlseite der Bänder 10, 11 und 12 vom Zentrum zur Peripherie der jeweiligen Kontaktstufen 9 längs der umgebördelten Kanten 13 strömt.
Zwischen den Bändern 10, 11 und 12 gibt es Spalten 16 zum Durchlassen von Gas, das mit dem Flüssigkeitsfilm in Berührung kommt.
Die umgebördelten Kanten 13 der Bänder 10, 11 und 12 sind in der Breite mit der Grösse des Spaltes 16 vergleichbar.
Wenn man auf die Kontaktstufe 9 von oben sieht, so überdecken die Kanten 13 der Bänder 10, 11 und 12 fast vollstän- dig oder sogar vollständig die Spalten 16. Hierdurch ist die Zuführung von Flüssigkeit unmittelbar auf die oberen Kan ten 13 der Bänder 10, 11 und 12 ohne Gefahr möglich, dass die Flüssigkeit nicht mal teilweise von der Kontaktstufe 9 nach unten abreisst. Der obere Rohransatz 3, der zur Einführung von Flüssigkeit in das Gehäuse 1 dient, kann zum Beispiel zugleich auch für deren Zuführung unmittelbar den oberen Kanten 13 der Bänder 10, 11 und 12 im Zentrum der oberen Kontaktstufe 9 geeignet sein. Dabei ist der Abfluss der Flüssigkeit von der Kontaktstufe 9 ausgeschlossen.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustauscher enthält auch eine Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 9 auf die andere. Diese Vorrichtung ist als ringförmiger Flüssigkeitsabscheider 17, der an der inneren Seitenwandung des Gehäuses 1 befestigt ist, und Überlaufrohrleitung 18 ausgeführt. Der ringförmige Flüssigkeitsabscheider 17 dient zur Aufnahme von Flüssigkeit, die von der darüberliegenden Kontaktstufe 9 abgelassen wird. Daher liegt der ringförmige Flüssigkeitsabscheider 17 etwas niedriger als die entsprechende Kontaktstufe 9. Das Aufnahmeende 19 der Überiaufrohrieitung 18 kommuniziert mit dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17, und ihr Ablassende 20 ist über der darunterliegenden Kontaktstufe 9 angebracht.
Die Überlaufrohrleitung 18 ist für Zuführung von Flüssigkeit aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17 dem zentralen Teil der darunterliegenden Kontaktstufe 9 vorbestimmt.
Die Bänder 10, 11 und 12 sind mit längslaufenden Zickzackstücken 21 (Fig. 1 und 3) versehen. Die Vorsprünge der Zickzackstücke 21 sind an der hohlen Seite der Bänder 10, 11 und 12 (Fig. 1) angebracht. Die Zickzackstücke 21 bilden eine Reihe von in der Höhe angrenzenden Kanälen 22 und 23. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsvariante weisen die Zickzackstücke 21 die Form eines Halbkreises auf und die Höhe der Zickzackstücke 21 ist wesentlich kleiner als die Grösse des Spaltes 16 zwischen den benachbarten Bändern 10,11 und 12.
Das sichert die Selbstverteilung der Flüssigkeit, die auf die Kontaktstufe 9 mit dem Gesamtstrom durch alle in der Höhe angrenzenden Kanäle 22 und 23 der Bänder 10, 11 und 12 abgelassen wird. Dabei füllen die Flüssigkeitsspritzer und -strahlen zuerst den obersten Kanal 22 des Bandes aus, wobei die Flüssigkeit trägheitsmässig nach unten strebt.
Hierdurch strömt der Überschuss an Flüssigkeit aus dem oberen Kanal 22 durch den Vorsprung des Zickzackstückes 21 in den unteren Kanal 23 der Bänder 10,11 und 12 über und füllt auch diesen aus. Bei beträchtlicher Höhe des Zickzackstückes 21 würde lediglich der obere Kanal 22 berieselt, und der Zutritt von Flüssigkeit zu dem unteren Kanal 23 würde mit dem Zickzackstück 21 selbst überdeckt. Ausserdem sichern die Zickzackstücke 21 die Krümmung der Bahnlinie des Gasstromes in den Spalten 16 zwischen den Bändern 10, 11 und 12, was seine Verwirbelung verursacht.
Die Bänder 10, 11 und 12 unterscheiden sich in ihrer Länge und enden in verschiedenen Entfernungen von der Welle 7.
Dabei sind die Bänder 10, 11 und 12 rings um die Welle 7 in der sich periodisch wiederholenden Aufeinanderfolge angebracht. Folglich ist die Gangzahl der Spirale aus den Bändern 10, 11 und 12 im zentralen Teil der Kontaktstufe 9 gleich sechzehn und an der Peripherie beträgt die Gangzahl vier.
Hierdurch wird der Flüssigkeitsstrom im Zentrum der Kontaktstufe 9 in sechzehn Abzweigungen und an der Peripherie der Kontaktstufe 9 in vier Abzweigungen geteilt. Die Peripherieenden der Bänder 10 sind fast dicht der hohlen Seite der Bänder 11 und 12, wie aus Fig. 2 zu ersehen, zugeführt, und die peripheren Enden der Bänder 11 grenzen an die Bänder 12 an. Dadurch fliesst die Flüssigkeit aus den oberen Kanälen 22 (Fig. 1) der Bänder 10, 11 in die gleichen oberen Kanäle 22 der Bänder 11 und 12 ab, und die Verteilung von Flüssigkeit in den angrenzenden Kanälen 22 und 23 wird nicht auf der ganzen Kontaktstufe 9 gestört.
Die Vergrösserung der Anzahl der Bänder aber und demzufolge auch der angrenzenden Kanäle im Zentrum der Kontaktstufe 9, das heisst an der Ablassstelle der Flüssigkeit, trägt zu einer besseren Verteilung der Flüssigkeit in den angrenzenden Kanälen 22 und 23 der Bänder 10, 11 und 12 der gesamten Kontaktstufe 9 bei.
Die Kontaktstufen des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers können mit ringförmigen Hülsen versehen werden, die mit den in der Höhe angrenzenden Kanälen der Bänder kommunizieren. Ausserdem können die spiralförmigen Bänder eine kompliziertere Konfiguration aufweisen.
In diesem Fall hat der Austauscher ein lotrechtes Gehäuse 24 (Fig. 4) mit Mitteln für die Zuführung von an dem Prozess beteiligten Ausgangsprodukten und zum Abführen von Endprodukten aus demselben. Diese Mittel beinhalten einen unteren Rohransatz 25 für Einführung von Gas oder Dampf, einen oberen Rohransatz 26 für Einführung von Flüssigkeit oder eines Rücklaufkondensats, einen mittleren Rohransatz 27 für Einführung von Flüssigkeit oder eines Speisemittels, einen oberen Rohransatz 28 für Ausführung von Gas oder Dampf und einen unteren Rohransatz 29 zum Wegführen von Flüssigkeit. Im Gehäuse 24 ist koaxial mit Hilfe von Lagern 30 drehbar eine lotrechte Welle 31 montiert. Das obere Ende der Welle 31 ist mit einer Antriebsscheibe 32 versehen. An der Welle 31 sind Kontaktstufen 33 befestigt, die von Bändern 34 (Fig. 4 und 5) gebildet sind.
Die Bänder 34 sind in Form von von der Welle 31 auseinan derlaufenden Spiralen gekrümmt und an ihren Kanten umgebördelt.
Mit längslaufenden Zickzackstücken 35 (Fig. 6) sind die Bänder 34 in in der Höhe angrenzende Kanäle 36, 37 und 38 geteilt.
Die Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 33 (Fig. 4) auf die andere besteht aus einem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 39 und einer Überlaufrohrleitung 40.
Im unteren Teil des Gehäuses 24 gibt es noch einen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 41, der zum Auffangen von Flüssigkeit geeignet ist, die von der untersten Kontaktstufe 33 abgelassen wird. Der Flüssigkeitsabscheider 41 kommuniziert mit dem Rohransatz 29 für Abführung von Flüssigkeit.
Kontaktstufen 33 sind im Zentrum mit ringförmigen Hülsen 42 versehen. Die ringförmige Hülse 42 kommuniziert mittels Bohrungen 43 mit verschiedenen angrenzenden Kanälen 36, 37 und 38 der Bänder 34. Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, wird jede Kontaktstufe 33 durch zwei spiralförmige Bänder 34 gebildet. Da es aufjedem Band 34 drei angrenzende Kanäle 36, 37 und 38 gibt, so weist die Kontaktstufe 33 insgesamt sechs verschiedene Kanäle auf. Deswegen sind in der ringförmigen Hülse 42 auch sechs Bohrungen 43, je eine Bohrung für jeden Kanal, ausgeführt.
Die ringförmigen Hülsen 42 sind auf die Welle 31 aufgesetzt. Das Ablassende der Überlaufrohrleitung 40 sowie des Rohransatzes 26 zum Einlass von Flüssigkeit ist über der ringförmigen Hülse 42 angebracht, die mit Bohrungen 43 versehen ist. Das sichert eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit in verschiedenen Kanälen 36, 37 und 38 der Kontaktstufen 33.
Die spiralförmigen Bänder 34 sind mittels Radialrippen 44 mit den ringförmigen Hülsen verbunden.
Die Böden der angrenzenden Kanäle 36, 37 und 38 sind gegenüber der Welle 31 geneigt. Dabei ist die Linie 45 (Fig. 6) der Berührung jedes längslaufenden Zickzackstückes 35 mit dem Boden des darunterliegenden Kanals, zum Beispiel des Kanals 37, weiter von der Welle 31 (Fig. 4) als die Linie 46 (Fig. 6) der Berührung desselben Zickzackstückes 35 mit dem Boden des darüberliegenden Kanals, zum Beispiel des Kanals 36, entfernt. Eine derartige Form der Bänder 34 sichert eine gleichmässige Verteilung des Flüssigkeitsfilmes in ihrer Breite, weil bei Drehung der Kontaktstufe 33 (Fig. 4) eine Kraft entsteht, die den Flüssigkeitsfilm an den oberen Rand der Kanäle 36, 37 und 38 trotz Wirkung der Schwerkraft abdrückt. Ausserdem ist die Bahnlinie der Bewegung des Gasstromes, der Spalten 47 zwischen den Bändern 34 ausfüllt, stark gekrümmt.
Bei Arbeitsgeschwindigkeiten der Bewegung der Gasphase entstehen dabei Verwirbelungen in derselben, die den Stoff- und Wärmeaustausch intensivieren.
In einer dritten Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers sind weitere Merkmale der Erfindung realisiert. Der Apparat weist ein lotrechtes Gehäuse 48 (Fig. 7) mit Mitteln zur Einführung von an dem Prozess beteiligten Ausgangsprodukten in dasselbe und zur Abführung von Endprodukten aus demselben auf.
Der beschriebene Austauscher dient für Vakuumrektifikation von Salpetersäure in Gegenwart von Magnesiumnitrat, das die Entstehung eines azeotropen Gemisches zwischen der Salpetersäure und Wasser verhindert. In diesem Fall ist das Gehäuse 48 mit einem oberen Rohransatz 49 zur Einführung von Rücklaufkondensat, konzentrierter Salpetersäure, einem mittleren Rohransatz 50 zur Einführung von Flüssigkeit, einem Gemisch 60%iger Salpetersäure mit 70%iger Magnesiumnitratschmelze und 30% Wasser, einem unteren Rohransatz 51 zur Ausführung von Magnesiumnitratschmelze, die lediglich eine geringe Menge von Salpetersäure enthält, versehen. Ausserdem dient ein Rohransatz 52 zur Einführung von Wasserdampf, der eine gewisse Menge von Salpetersäure enthält, und noch ein Rohransatz 53 dient zur Ausführung von Dämpfen der konzentrierten Salpetersäure.
Im Gehäuse 48 ist koaxial mit Hilfe von Lagern 54 eine lotrechte Welle 55 drehbar aufgestellt. An der Welle 55 sind Kontaktstufen 56, 57 und 58 unterschiedlicher Konstruktion befestigt. Die obere Kontaktstufe 56 ist konstruktiv genau so wie in einem bekannten rotierenden Stoff- und Wärme austauscher ausgeführt. Sie wird durch spiralförmige Bänder
59 mit umgebördelten Kanten gebildet, die keine Zickzackstücke aufweisen. Die Kontaktstufe 57 ist nicht nur für den
Kontaktsprozess zwischen Gas und Flüssigkeit, sondern auch für Vermischen von Flüssigkeiten mit inhomogener chemischer Natur vorgesehen, daher wird sie im weiteren als Mischstufe bezeichnet. Sie ist durch spiralförmige umgebördelte Bänder 60 gebildet, die nur mit einem einzigen längs laufenden Zickzackstück 61 versehen sind, das ihren Strang in einen oberen 62 und einen unteren 63 angrenzenden Kanal teilt.
Die Kontaktstufe 57 ist im Zentrum mit zwei konzentrischen Hülsen 64 und 65 versehen, die zur Aufnahme von zwei verschiedenen Flüssigkeiten vorgesehen sind.
Periphere Enden 66 und 67 (Fig. 7 und 8) der Kanäle 62 und 63 sind verengt und auf einen und denselben Abschnitt an der Seitenwandung des Gehäuses 48 gerichtet.
Die Kontaktstufen 58 (Fig. 7) sind durch spiralförmige umgebördelte Bänder 68 gebildet, die mit ausreichend hohen längslaufenden Zickzackstücken 69 (Fig.7 und 9) versehen sind. Die Zickzackstücke 69 sind geriffelt mit dem Ziel ausgeführt, eine zusätzliche Verwirbelung der Gasphase hervorzurufen. Die Zickzackstücke 69 bilden an den Bändern 68 einen oberen 70 und einen unteren 71 Kanal. Periphere Enden der Kanäle 70 und 71 sind auch verengt. Im Zentraum jeder Kontaktstufe 58 (Fig. 7) ist nur eine ringförmige Hülse 72 mit Bohrungen 73 zum Ablass der Flüssigkeit auf Zentralenden der unteren Kanäle 71 vorgesehen.
Der Apparat enthält auch Vorrichtungen zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 56, 57 und 58 auf eine andere. Die Vorrichtung zum Überlauf der Flüssigkeit, konzentrierter Salpetersäure, von der obersten Kontaktstufe 56 auf die Misch-Kontaktstufe 57 besteht aus einem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 74 und einer Überlaufrohrleitung 75, deren Ablassende der ringförmigen Hülse 64 zugeführt ist, die mit den oberen Kanälen 62 der Bänder 60 kommuniziert. Hierdurch dienen die oberen Kanäle 62 für Aufnahme der konzentrierten Salpetersäure, die von der oberen Sektion, der Anreicherungssektion, des Austauschers abfliesst. An der ringförmigen Hülse 65 ist der Rohransatz 50 zur Einführung von Speisemittel, eines Gemisches 60%iger Ausgangssäure und 70%iger Magnesiumnitratschmelze, angebracht.
Die ringförmige Hülse 65 ist mit den unteren Kanälen 63 verbunden. Dadurch werden die Kanäle 62 und 63 mit chemisch inhomogenen Flüssigkeiten ausgefüllt. Die Enden 66 und 67 der Kanäle 62 und 63 sind so orientiert, dass unterschiedliche flüssige Komponente, die aus den Kanälen 62 und 63 ausgeschleudert werden, im Film an der inneren Oberfläche des Gehäuses 48 vermischt würden. Da sich beim Vermischen der genannten Komponenten Wärme entwickelt, die eine zusätzliche und unerwünschte Verdampfung von Gemisch verursachen kann, soll das ringförmige Gebiet des Gehäuses 48, das die Misch-Kontaktstufe 57 umfasst, mit einem Kühlmantel 76 versehen werden.
Unter der Kontaktstufe 57 wird ein ringförmiger Flüssigkeitsabscheider 77 angeordnet, der mit dem Gehäuse 48 verbunden ist und mit Überlaufrohrleitungen 78 und 79 kommuniziert.
Die Kontaktstufen 58 sind für den üblichen Stoff- und Wärmeaustausch zwischen den in dem Austauscher aufsteigenden Dämpfen der Salpetersäure und dem Dreifachgemisch (Magnesiumnitrat, Salpetersäure, Wasser) geeignet, das die hohle Oberfläche der spiralförmigen Bänder 68 berieselt.
Die Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 58 auf die andere ist in Form von zwei ringför- migen Flüssigkeitsabscheidern 80 und 81 und zwei Überlaufrohrleitungen 82 und 83 ausgeführt. Die Überlaufrohrleitung 82 kommuniziert mit dem oberen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 80, der die obenliegende Kontaktstufe 58 umfasst. Ihr Ablassende endet unmittelbar über den oberen Kanten der spiralförmigen Bänder 68, so dass die Flüssigkeit aus der Überlaufrohrleitung 82 nur in die oberen Kanäle 70 der Bänder gelangt. Das hohe längslaufende geriffelte Zickzackstück 69 verhindert den weiteren Überlauf der Flüssigkeit in die unteren Kanäle 71.
Die Überlaufrohrleitung 83 verbindet den unteren ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 einer Kontaktstufe 58 mit der gelochten ringförmigen Hülse 72, die ihrerseits durch die Bohrungen 73 mit den unteren Kanälen 71 der anderen Kontaktstufe 58 kommuniziert. Hierdurch sind die in unterschiedlicher Höhe liegenden angrenzenden Kanäle 70 und 71 einer Kontaktstufe 58 mit den in der entsprechenden Höhe liegenden angrenzenden Kanälen 70 und 71 der darunterliegenden Kontaktstufe 58 verbunden.
In einer vierten Ausführungsvariante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers sind weitere Merkmale der Erfindung realisiert, die mit Erhöhung der gleichmässigen Verteilung der Flüssigkeit in allen Kanälen der jeweiligen Kontaktstufe zusammenhängen.
Der Austauscher beinhaltet ein lotrechtes, zylindrisches Gehäuse 84 (Fig. 10), in dem koaxial und drehbar eine Welle 85 mit den darauf befestigten Kontaktstufen 86 montiert ist.
Das Gehäuse 84 ist mit Mitteln zur Einführung von den am Prozess beteiligten Ausgangsprodukten in dasselbe und zur Wegführung von Endprodukten aus demselben versehen.
Da in der Zeichnung nur der mittlere Teil des Austauschers abgebildet ist, sind die genannten Mittel nicht gezeigt.
Die Kontaktstufe 86 ist durch zwei spiralförmige Bänder 87 und 88 (Fig. 10 und 11) gebildet, wobei jede von ihnen mit zwei längslaufenden Zickzackstücken 89 (Fig. 10) versehen ist, die den Strang jedes Bandes 87 oder 88 in drei in der Höhe angrenzende Kanäle teilen: ein oberer Kanal 90, ein mittlerer Kanal 91 und unterer Kanal 92. An zentralen Enden jedes Bandes 87 und 88 sind stufenartige Ausschnitte ausgeführt. Diese Ausschnitte sind so angebracht, dass sich das Zentralende 93 (Fig. 12) des oberen Kanals 90 in einer grösseren Entfernung von der Welle 85 als das Zentralende 94 des mittleren Kanals 91 befindet, das seinerseits weiter von der Welle 85 als das Zentralende 95 des unteren Kanals 92 entfernt ist.
Periphere Enden 96 (Fig. 10) der angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92 sind verengt, um einen streng ausgerichteten Ablass von Flüssigkeit auf Wandungen des Gehäuses 84 abzusichern. Die Vorrichtung zum Überlauf von Flüssigkeit von einer Kontaktstufe 86 auf die andere ist in Form von drei ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern 97, 98 und 99 und drei Überlaufrohrleitungen 100, 101 und 102 ausgeführt. Die Überlaufrohrleitung 100 kommuniziert mit dem oberen ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97, und ihr Ablassende 103 ist unmittelbar über den oberen Kanälen 90 angebracht, wodurch die aus den oberen Kanälen 90 der darüberliegenden Kontaktstufe 86 abgelassene Flüssigkeit in die gleichen oberen Kanäle 90 der darunterliegenden Kontaktstufe 86 gelangt. Das hohe längslaufende Zickzackstück 89 verhindert den Überlauf der Flüssigkeit aus dem oberen Kanal 90 in den mittleren Kanal 91.
Die Überlaufrohrleitung 101 kommuniziert mit dem mittleren ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 98, und ihr Ablassende 104 liegt über den zentralen Enden 94 (Fig. 12) der mittleren Kanäle 91 der darunterliegenden Kontaktstufe 86 (Fig. 10). Die Überlaufrohrleitung 102 kommuniziert mit dem unteren ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 99, und ihr Ablassende 105 wird über den zentralen Enden 95 (Fig. 12) der untersten Kanäle 92 angeordnet.
Die genannten Ausschnitte in den spiralförmigen Bändern 87, 88 (Fig. 12) sichern einen freien Zutritt für die aus den Ablassenden 103, 104 und 105 der Überlaufrohrleitungen 100, 101 und 102 ausfliessenden Flüssigkeitsstrahlen von oben auf die in bezug auf die Kontaktstufe 86 zentralen Abschnitte der angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92. Die Kontaktstufe 86 kann auch mit konzentrischen zylindrischen Rohrwänden 106 und 107 versehen werden, die zur Verhinderung des Vermischens der Flüssigkeitsstrahlen untereinander dienen, die aus verschiedenen Überlaufrohrleitungen 100, 101 und 102 ausgelassen werden.
Spiralförmige Bänder 87 und 88 sind mittels Radialrippen 108 mit einer Zentralbüchse 109 verbunden. Die Büchse 109 ist zur Befestigung der Kontaktstufen 86 an der Welle 85 gedacht, wodurch ihre Drehung und die Bewegung der Flüssigkeit in Form eines Filmes unter Einwirkung von Zentrifu- galkräften längs der angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92 gesichert wird. Die verengten peripheren Enden 96 der angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92 sind auf die Gebiete der inneren Oberfläche des Gehäuses 84 gerichtet, die über den ringförmigen Flüssigkeitsabscheidern 97, 98 und 99 liegen.
Das sichert das Auffangen von Flüssigkeit durch die entsprechenden ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97, 98 und 99.
Hierdurch sind die in unterschiedlicher Höhe liegenden angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92 der darüberliegenden Kontaktstufe 86 mit den in der entsprechenden Höhe angebrachten angrenzenden Kanälen 90, 91 und 92 der darunterliegenden Kontaktstufe 86 verbunden. Dadurch wird die bewegende Kraft des Stoff- und Wärmeaustauschprozesses und demzufolge auch seine Wirksamkeit erhöht.
In einer fünften Variante des rotierenden Stoff- und Wärmeaustauschers ist eine verbesserte Vermischung des Filmes an der inneren Oberfläche des Austauschergehäuses vorgesehen. Dieser Apparat kann nicht nur für den Stoffund Wärmeaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit, sondern auch für das Eindampfen von Flüssigkeit im Film unter Bedingungen ihrer intensiven Vermischung eingesetzt werden.
Der Austauscher weist ein lotrechtes zylindrisches Gehäuse 110 (Fig. 13) auf, in dem koaxial und drehbar eine Welle 111 mit den darauf befestigten Kontaktstufen 112 und 113 montiert ist. Das Gehäuse 110 ist mit Mitteln zur Einführung von an dem Prozess beteiligten Ausgangsstoffen in dasselbe und zur Ausführung von Endprodukten aus demselben versehen. Diese Mittel schliessen einen oberen Rohransatz 114 zur Einführung von Flüssigkeit, einen unteren Rohransatz 115 zur Ausführung der Flüssigkeit und einen oberen Rohransatz 116 zur Ausführung des innerhalb des Gehäuses 110 entstandenen Dampfes ein.
Die obere Kontaktstufe 112 wird durch die an den Kan- ten umgebördelten spiralförmigen Bänder 117 gebildet, die keine Zickzackstücke aufweisen, und ist auch zur Teilung des gesamten Stromes der Flüssigkeit, die aus dem Rohransatz 114 abgelassen wird, in vier gleiche Ströme gedacht. In Übereinstimmung damit ist rings um die Kontaktstufe 112 an der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 ein ringförmiger Flüssigkeitsabscheider 118 befestigt, der mit Quertrennwänden 119 (Fig. 14) in vier gleiche Segmente 120 geteilt wird, die mit Uberlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124, die unterschiedliche Länge aufweisen, kommunizieren.
Auf diese Weise wird durch die Kontaktstufe 112 (Fig. 13) und durch die Segmente 120 (Fig. 14) des ringförmigen Flüs sigkeitsabscheiders 118 (Fig. 13) eine gleichmässige Zuführung von Flüssigkeit zu allen vier Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124 (Fig. 14) gewährleistet. Jede Kontaktstufe 113 ist durch vier spiralförmige Bänder 125 gebildet, wobei jedes von denen mit zwei längslaufenden Zickzackstücken 126 versehen ist, die den Strang jedes Bandes 125 in vier in der Höhe angrenzende Kanäle 127, 128, 129 und 130 teilen. Ausserdem sind an jedem Band 125 stufenartige Ausschnitte ausgeführt. Diese Ausschnitte sind derartig angeordnet, dass zentrale Enden 131, 132, 133 und 134 (Fig. 15) der angrenzenden Kanäle 127, 128, 129 und 130 in verschiedener Entfernung von der Welle 111 liegen.
Die genannten Ausschnitte sichern einen freien Zutritt für die aus den Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124 ausströmenden Flüssigkeitsstrahlen von oben auf die zentralen, in bezug auf die Kontaktstufe 113 (Fig. 13), Abschnitte der angrenzenden Kanäle 127, 128, 129 und 130.
Die Kontaktstufe 113 kann auch mit konzentrischen zylindrischen Rohrwänden 135, 136 und 137 versehen werden, die zur Verhinderung des Vermischens der Flüssigkeitsstrahlen untereinander gedacht sind, die aus verschiedenen Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124 ausgelassen werden.
Spiralförmige Bänder 117 sind mit Hilfe von Radialrippen 138 mit einer Büchse 139 verbunden. Spiralförmige Bänder 125 sind mittels Radialrippen 140 mit einer Büchse 141 verbunden. Die Büchsen 139 und 141 sind zur Befestigung der Kontaktstufen 112 und 113 an der Welle 111 vorgesehen, wodurch ihre Drehung und die Bewegung der Flüssigkeit in Form eines Filmes unter Einwirkung von Zentrifugalkräften längs der angrenzenden Kanäle 127, 128, 129 und 130 ge währleistet wird.
Periphere Enden 142, 143, 144 und 145 (Fig. 14) der Kanäle 127, 128, 129 und 130 sind verengt und in der Höhe verteilt, das heisst so ausgeführt, dass ihre Ablasskante 146 (Fig. 13) in verschiedenen Querschnitten des Gehäuses 110 liegen. Das gilt auch für die Kanäle, die in einer und derselben Höhe angeordnet sind. Die unteren Kanäle 130 der spiralförmigen Bänder 125 weisen zum Beispiel verengte periphere Enden 142 und 143 auf, genau so wie die auf Fig. 13 nicht angegebenen peripheren Enden 144 und 145, deren Ablassenden 146 in verschiedenen Ebenen liegen, das heisst in der Höhe verteilt sind. Eine derartige Konstruktion der Kontaktstufe 113 sichert eine gleichmässige Verwirbelung des Filmes der Flüssigkeit, die an der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 abfliesst.
In dem Fall, wenn das Gehäuse 110 mit einem externen Kühlmantel 147 versehen wird, verursacht das einen intensiven Wärmeaustausch im Film an der inneren Oberfläche des Gehäuses 110 und die Flüssigkeit verdampft.
Zum Sammeln der Flüssigkeit, die von der Kontaktstufe 113 abgelassen wird, ist ein etwas tiefer aufgestellter Flüssigkeitsabscheider 118 mit vier Quertrennwänden 119 (Fig. 14) vorgesehen, die diesen in vier gleiche Segmente 120 teilen.
Die Segmente 120 kommunizieren mit den Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124, die an die darunterliegende Kontaktstufe 113 zugeführt werden.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustuscher in der in Fig. 1 abgebildeten Variante hat folgende Funktionsweise.
Die Welle 7, auf der die Kontaktstufen 9 befestigt sind, wird von einem in der Zeichnung nicht abgebildeten Antrieb zur Drehung gebracht. Die Flüssigkeit wird durch den oberen Rohransatz 3 auf die obere Kontaktstufe 9 abgelassen.
Dabei wird der Strahl der Flüssigkeit durch die Kanten 13 der spiralförmigen Bänder 10, 11 und 12 in kleine Spritzer gebrochen, die unter Einwirkung von Zentrifugalkräften die hohle Oberfläche der Bänder 10, 11 und 12 berieseln. Die Flüssigkeit füllt die oberen Kanäle 22 der Bänder 10, 11 und 12 aus. Die überschüssige Flüssigkeit strömt durch einen Vorsprung der längslaufenden Zickzackstücke 21 in untere Kanäle 23 der Bänder 10, 11 und 12 über. Die Flüssigkeit in Form eines Filmes bewegt sich längs der Bänder 10, 11 und 12 unter Einwirkung von Zentrifugalkräften vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufen 9. Von den peripheren Enden der Bänder 10 strömt die Flüssigkeit auf die Bänder 11 und von den Enden der Bänder 11 auf die Bänder 12 ab.
Hinterher wird die Flüssigkeit auf die innere Oberfläche des Gehäuses 1 geschleudert. Von dort fliesst die Flüssigkeit in Form eines Filmes in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 17 ab, und durch die Überlaufrohrleitung 18 gelangt sie auf die darunterliegende Kontaktstufe 9. Die von der untersten Kontaktstufe 9 abgelassene Flüssigkeit wird durch den Rohransatz 5 aus dem Gehäuse 1 herausgeführt.
Gas tritt in das Gehäuse 1 durch den Rohransatz 2 ein und strömt in den Spalten 16 zwischen den spiralförmigen Bändern 10, 11 und 12 durch, kommt mit dem Film der Flüssigkeit in Berührung, die diese Bänder 10, 11 und 12 berieselt.
Dabei wird das Gas infolge der durch die Zickzackstücke 21 verursachte Verwirbelung vermischt, wodurch auch die Intensität des Stoff- und Wärmeaustausches erhöht wird.
Durch den Rohransatz 4 wird das Gas aus dem Apparat entfernt.
Analoge Funktionsweise hat auch der in Fig. 4 abgebildete Stoff- und Wärmeaustauscher. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Flüssigkeit aus der Überlaufrohrleitung 40 und dem Rohransatz 26 in gelochte ringförmige Hülsen 42 eintritt, von wo aus sie durch Bohrungen 43 in verschiedene Kanäle 36, 37 und 38 verteilt wird. Ausserdem ist das Gehäuse 24 in seiner Mitte noch mit einem Rohransatz 27 für Einführung von Flüssigkeit versehen. Der Apparat ist zur Durchführung der Rektifikation vorgesehen, der Rohransatz 27 dient zum Eintritt des getrennten flüssigen Gemisches, und der Rohransatz 26 dient für Zuführung von Rücklaufkondensat.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustauscher kann in der in Fig. 7 abgebildeten Variante zur Durchführung des Rektifikationsprozesses, zum Beispiel der Salpetersäure in Gegenwart von Magnesiumnitrat unter Vakuum eingesetzt werden. Das Rücklaufkondensat, konzentrierte Salpetersäure, tritt durch den Rohransatz 49 in den Austauscher ein und gelangt auf die obere Kontaktstufe 56, von der es hinterher in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 74 abgelassen wird. Aus dem letzteren wird die Flüssigkeit durch die Überlaufrohrleitung 75 der ringförmigen Hülse 64 und weiter den oberen Kanälen 62 der Bänder 60 zugeführt. Durch die verengten Enden 66 der oberen Kanäle 62 wird die Flüssigkeit auf die Wandungen des Gehäuses 48 gerichtet.
Durch den Rohransatz 50 tritt die konzentrierte 60%ige Ausgangssalpetersäure im Gemisch mit geringer Menge von Magnesiumnitratschmelze in die ringförmige Hülse 65 und durch Bohrungen 73 auf die zentralen Enden der unteren Kanäle 63 der Kontaktstufe 57 ein, und unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte fliesst sie in Form eines Filmes längs der Kanäle 63.
Durch die verengten Enden 67 der unteren Kanäle 63 wird das genannte Gemisch auf die Wandungen des Ge häuses 48 auf denselben ringförmigen Abschnitt wie auch die Salpetersäure aus den verengten Enden 66 der oberen Kanäle 62 geleitet. Auf diesem Abschnitt erfolgt eine intensive Vermischung von zwei Strömen im Film. Da dadurch die Konzentration des Magnesiumnitrats etwas verringert wird, erwärmt sich das entstehende Gemisch der Flüssigkeiten.
Dabei wird der Überschuss an Wärme mittels des Kühlmantels 76 reduziert, und die Temperatur des Gemisches bleibt unter Kontrolle. Dieses Gemisch wird in dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 77 gesammelt. Durch die Uberlaufrohrleitung 78 wird die Hälfte dieses Gemisches unmittelbar in die oberen Kanäle 70 der Kontaktstufe 58 ausgeladen.
Die andere Hälfte des Gemisches fliesst durch die Überlaufrohrleitung 79 in die gelochte ringförmige Hülse 72 ab, die mit den unteren Kanälen 71 der gleichen Kontaktstufe 58 kommuniziert. Aus den oberen Kanälen 70 wird die Flüssigkeit danach in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 80 und aus den unteren Kanälen 71 in den ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 abgelassen. Aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 80 tritt die Flüssigkeit durch die Überlaufrohrleitung 82 in die oberen Kanäle 70 der darunterliegenden Kontaktstufe 58 ein. Aus dem ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 81 gelangt die Flüssigkeit durch die Überlaufrohrleitung 83 und durch die ringförmige Hülse 72 in die unteren Kanäle 71 der gleichen Kontaktstufe 58. Aus dem unteren Teil des Austauschers wird die Flüssigkeit, die lediglich eine geringe Menge der Salpetersäure enthält, durch den Rohransatz 51 weggeführt.
Der hauptsächlich aus Wasser bestehende Dampf tritt in das Gehäuse 48 durch den Rohransatz 52 ein. Durch den Rohransatz 53 werden die Dämpfe der konzentrierten Salpetersäure aus dem Gehäuse 48 abgeführt.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustauscher, der in Fig. 10 abgebildet ist, hat folgende Funktionsweise.
Das Gas strömt im Austauscher von unten nach oben und kommt mit dem Film der Flüssigkeit in Berührung, die die angrenzenden Kanäle 90, 91 und 92 der Kontaktstufen 86 berieselt. Die Flüssigkeit wird von der Kontaktstufe 86 in verschiedenen Ebenen abgelassen, so dass die Flüssigkeit aus den Kanälen 90, 91 und 92 in die ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 97, 98 bzw. 99 gelangt. Durch die Überlaufrohrleitungen 100, 101 und 102 fliesst die Flüssigkeit auf die untenliegende Stufe 86 ab.
Der rotierende Stoff- und Wärmeaustauscher kann in der in Fig. 13 abgebildeten Variante nicht nur für den Stoffaustausch, sondern auch für Eindampfen der Flüssigkeit im Film eingesetzt werden.
Die Flüssigkeit tritt durch den Rohransatz 114 auf die obere Kontaktstufe 112 ein, von der sie hinterher auf die Wandungen des Gehäuses 110 geschleudert wird, und fliesst dann in die Segmente 120 des ringförmigen Flüssigkeitsabscheiders 118 ab. Durch die Überlaufrohrleitungen 121, 122, 123 und 124 (Fig. 14) tritt die Flüssigkeit unmittelbar in die verschiedenen angrenzenden Kanäle 127, 128, 129 und 130 (Fig. 13) der darunterliegenden Kontaktstufe 113 ein. Unter Einwirkung der Zentrifugalkraft fliesst die Flüssigkeit durch die Kanäle 127, 128, 129 und 130 vom Zentrum zur Peripherie der Kontaktstufe 113. Durch die peripheren Enden 142, 143, 144 und 145 (Fig. 14) der Kanäle 127, 128, 129 und 130 (Fig. 13) wird die Flüssigkeit in verschiedenen Ebenen auf die innere beheizte Oberfläche des Gehäuses 110 geworfen.
Dabei entsteht ein gleichmässig verwirbelter Film der siedenden Flüssigkeit. Der nicht eingedampfte Teil der Flüssigkeit wird im ringförmigen Flüssigkeitsabscheider 118 gesammelt und wieder derselben Kontaktstufe 113 zugeleitet, die jedoch etwas tiefer angeordnet ist. Der Flüssigkeitsrückstand wird aus dem Apparat durch den Rohransatz 113 ausgeführt. Der entstandene Dampf wird durch den Rohransatz 116 entfernt. Innerhalb des Gehäuses 110 auf den berieselten ringförmigen Bändern 125 erfolgt der Kontaktprozess zwischen Dämpfen und dem Flüssigkeitsfilm. Da bei Destillation von Flüssigkeitsgemischen der Siedepunkt der Flüssigkeit beim Eindampfen schrittweise ansteigt, so ist die Temperatur der aus dem unteren Teil des Austauschers hoch steigenden Dämpfe höher als die Temperatur der Flüssigkeit auf den obenliegenden Kontaktstufen 86.
Deswegen wird die Überhitzung des Dampfes infolge seines Kontaktes mit dem Film der Flüssigkeit vermieden, die dabei teilweise eingedampft wird. Die aus dem Apparat zu entfernenden Dämpfe sind bereits nicht mehr überhitzt.
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PATENT CLAIMS
1. Rotating material and heat exchanger, consisting of a vertical housing (1; 24; 48; 84; 110) with means for feeding the starting products involved in the process into it and for removing end products from the same, a vertical shaft (7; 31; 55 ; 85; 111), which is rotatably installed in the housing, consists of some contact stages (9; 33; 56, 57, 58; 86; 112, 113), which are attached to the shaft and by bands (10, 11, 12; 34 ; 60; 87, 88; 125) are formed, which are curved in the form of spirals diverging from the shaft and flanged at the edges (13) in the direction of the shaft, and from at least one device for overflowing liquid from a contact stage (9 ; 33; 56, 57, 58; 86;
112, 113) to the other, which is in the form of an annular liquid separator (17; 39, 41; 74, 80, 81; 97, 98, 99; 118) attached to the inner side wall of the housing for receiving liquid from the Above contact stage is drained, and an overflow pipe (18; 40; 75, 82, 83; 101, 102, 103; 121-124) is executed, the receiving end (19) communicates with the said annular liquid separator and the drain end (20; 103 , 104, 105; 146) is arranged above the contact level underneath, characterized in that at least some of the strips (10, 11, 12; 34; 60; 87, 88; 125) with longitudinal zigzag pieces (21; 35; 69; 89; 126) is provided, whose projections on the hollow side of the bands (10, 11, 12; 34; 60; 87, 88;
125) are attached, and which form a series of channels (22, 23; 36, 37, 38; 62, 63; 90, 91, 92; 127 to 130) adjacent in height.
2nd Exchanger according to claim 1, characterized in that a contact stage (9) contains bands (10, 11, 12) which differ in length and end at different distances from the shaft (7), the bands (10, 11, 12) of different lengths are arranged around the shaft (7) in a periodically repeating sequence (Fig. 1,2, 3).
3rd Exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that contact stages (33) are provided with annular sleeves (42) which are located in the central part of the contact stages (33) coaxially to the shaft (31) under drain ends of overflow pipelines (40) and with communicate adjacent channels (36, 37, 38) of the belts (34) which form the contact stages (33) (Fig. 4, 5, 6).
4th Exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that bottoms of the adjacent channels (36, 37, 38), which are formed by the zigzag pieces (35), are inclined with respect to the shaft (31) and are arranged such that the line ( 45) the contact of each zigzag piece (35) with the bottom of the underlying channel (37, 38) further from the shaft (31) than the line (46) of the contact of the same zigzag piece (35) with the bottom of the overlying channel (36, 37 ) is removed (Fig. 4, 5, 6).
5. Exchanger according to claims 1 to 4, characterized in that longitudinal zigzag pieces (69) are designed corrugated (Fig. 7.9).
6. Exchanger according to claims 1 to 5, characterized in that peripheral ends (66 and 67) of adjacent channels (62, 63) are narrowed (Fig. 8th).
7. Exchanger according to claims 1 to 6, characterized in that the narrowed peripheral ends (66 and 67) of at least two adjacent channels (62, 63) of a spiral band (60) of the contact step (57) on one and the same section of the wall of the Housing (48) are directed (Fig. 7, 8).
8th. Exchanger according to claims 1 to 6, characterized in that a contact stage (113) contains some bands (125), with narrowed peripheral ends (142, 143, 144, 145) of the channels (127, 128, 129, 130) which lie in the same plane, are distributed in height (Fig. 13, 14).
9. Exchanger according to Claims 1 to 8, characterized in that step-like cutouts are made at central ends of strips (87, 88) of the contact steps (86), which are arranged in such a way that adjacent channels (90, 91, 92) of the strips ( 87, 88) begin at a greater distance from the shaft (85), the higher the level of attachment of these channels (90, 91, 92), with drain ends (103, 104, 105) of overflow pipelines (100, 101, 102) are fed to the initial sections of the adjacent channels (90, 91, 92) (Fig. 10-12).
10th Exchanger according to claims 1 to 9, characterized in that around each contact step (86) on the inner side wall of the housing (84) are attached some annular liquid separators (97, 98, 99), the number of which adjoins the number of adjacent channels (90 , 91, 92) of the band (87, 88) is the same, and are used for separate absorption of liquid from the channels (90, 91, 92) lying at different heights and by means of overflow pipes (100, 101, 102) with the in the corresponding height of the adjacent channels (90, 91, 92) of the contact level (86) underneath communicate 10-12).
The invention relates to a rotating material and heat exchanger for carrying out processes involving liquid and gas, for example distillation, rectification, absorption processes and wet dedusting of gas. A particularly preferred field of application of the invention is the distillation and vacuum rectification of substances which are sensitive to elevated temperatures, for example camouflage lac, fatty acids, polyhydric alcohols, ethanolamines, high-boiling esters, various oils, foods and pharmaceutical products.
A rotating material and heat exchanger is known, consisting of a vertical housing with means for feeding the starting products involved in the process into the same and for removing end products from the same, from a vertical shaft which is rotatably mounted in the housing, some contact stages the shaft are attached, and from a device for overflow of liquid between the stages. The contact stages are arranged at a certain distance from one another. The contact steps are formed by bands which are curved in the form of spirals diverging from the shaft. The strips are also flanged at their edges towards the shaft.
The devices for overflowing liquid from one contact stage to the other are designed in the form of annular liquid separators and overflow pipes. The annular liquid separators are attached to all of the inner side wall of the housing. They are used to absorb liquid that is drained from the contact stages. The overflow pipes are installed in the space between the contact stages. The receiving ends of the overflow pipelines communicate with the ring-shaped liquid separators for receiving liquid that flows from the above contact stages. The drain ends of the overflow pipelines are located above the contact levels below.
The housing of the exchanger can be provided with a jacket from the outside.
This flows during the operation of the known exchanger
Gas enters the same from below through a pipe neck in the lower part of the housing, crosses all contact stages by flowing in the gaps between the bands, and is removed from the exchanger through a pipe neck in the upper part of the housing. The liquid is fed through the tube attachment in the upper part of the housing to the top contact stage. Under the action of centrifugal forces, the liquid appears on the inner surface of spiral bands, which is turned towards the shaft, and continues to flow in a spiral path line from the center to the periphery of the respective contact stage by coming into contact with gas. From the periphery of a rotating contact stage, the liquid is thrown onto the inner surface of the exchanger housing in the form of drops and jets.
Under the influence of gravity, the liquid flows out of the walls of the housing in the form of a film into an annular liquid separator, which comprises the contact stage. The liquid flows out of the annular liquid separator into the receiving end of the overflow pipeline. Through the drain end of the overflow pipeline, the liquid is drained to the next somewhat lower contact stage. The liquid drained from the lowest contact level is discharged from the exchanger through a pipe socket in the lower part of the housing. The mass and heat exchange takes place in the exchanger in the gaps between the spiral bands, in a cloud of splashes that fills the gaps between the contact steps and the walls of the housing, and in the film that sprinkles the inner surface of the housing.
In the operation of the known mass and heat exchanger, the inner surface of its housing is sprinkled by the jets and splashes of the liquid which is discharged from the rotating contact stages, and is partly covered with a swirling liquid film. In the case when an exchanger is provided with a jacket from the outside in which a heat or When refrigerant circulates, the processes of cooling, heating or even evaporation of the liquid film can take place on the inner surface of the exchanger housing in addition to the material and heat exchange processes in the spiral belts.
The known mass and heat exchanger, however, has a number of shortcomings which reduce the effectiveness of the mass and heat exchange.
One of the disadvantages is the low utilization of the exchanger's work space. The degree of utilization mentioned applies to the ratio of the volume that is only occupied by the contact levels to the complete internal volume of the exchanger. The size of this coefficient is always less than one, because there is always a gap between the contact stages, which is only used to attach overflow pipes and is not used directly to carry out the contact process between liquid and gas. It would be assumed that the degree of utilization of the exchanger's working space can be increased by increasing the height of the contact steps, that is to say the width of the spiral strips.
Then it would be possible to reduce the number of contact stages in an exchanger with a given height and consequently also the number of gaps in the exchanger.
Since the height of the gaps mentioned is not significantly dependent on the height of the contact steps, the proportion of the work space which the gaps occupy would be reduced by reducing their total number.
This would result in an increase in the degree of utilization of the exchanger's work space and consequently increase the effectiveness of the material and heat exchange in the respective exchanger.
In reality, however, there are certain limits to increasing the height of a contact level. It is a matter of fact that the liquid film, which relates to the inner surface of the spiral ribbons flanged at the edges towards the shaft, is subjected to a centrifugal force which is directed from the center to the periphery of a contact stage and a gravitational force which acts after is directed below. The resultant of all the forces acting on the film mainly shifts the film to the lower flanged edge. This gradually reduces the thickness of the film in the direction from the bottom edge of the respective tape to the top.
Therefore, increasing the height of the respective contact step or, which means the same, the width of the spiral band, would cause an incomplete sprinkling of the spiral band beyond a certain limit for the predetermined liquid consumption.
The part of the tape that borders its upper flanged edge would remain unwetted with liquid.
The upper part of the contact levels would be excluded from the mass and heat exchange and the degree of utilization of the working space of the exchanger would remain at the earlier low level.
As a result, the known material and heat exchanger have structural features which limit a higher degree of utilization of the working space of the exchanger and thereby reduce the effectiveness of the material and heat exchange in the exchanger.
Another disadvantage of the known mass and heat exchanger is the insufficient swirling of a gas phase which moves in the gaps between the spiral bands from the bottom edge of a band to the top edge. Additional swirling of the gas phase in the columns of a contact stage would make it possible to increase the effectiveness of the mass and heat exchange in the exchanger.
Yet another disadvantage of the known mass and heat exchanger is insufficiently uniform swirling of the film of the liquid which flows downward on the inner surface of the housing under the influence of gravity. The liquid film is only swirled intensively on the narrow, annular strip of the inner wall of the housing, which directly surrounds the periphery of a contact step. The major part of the inner surface of the housing of the known exchanger is either taken up by the ring-shaped liquid separators or covered with a smoothly flowing liquid film.
Increasing the proportion of the surface of the housing which is bombarded with splashes and liquid jets would contribute to increasing the effectiveness of the mass and heat exchange on the sprinkled surface of the housing and consequently also in the exchanger as a whole.
The invention has for its object to develop a rotating material and heat exchanger, the contact level allows a high degree of utilization of the work space, an additional swirling of the gas phase in the gaps between spiral bands and a uniform swirling of the liquid film on the inner walls of the housing.
This is achieved in that in a rotating material and heat exchanger consisting of a vertical housing with means for feeding the starting products involved in the process into it and for removing end products therefrom, a vertical shaft, which is rotatably mounted in the housing, agrees Contact stages which are fastened to the shaft and are formed by bands which are curved in the form of spirals diverging from the shaft and flanged at their edges in the direction of the shaft, and at least one device for overflowing liquid from one contact stage to the other, which is attached in the form of an annular liquid separator to the inner side wall of the housing for receiving liquid which is drained off from the contact step above,
and an overflow pipeline, the receiving end of which communicates with the said annular liquid separator and the drain end of which is arranged above the contact stage underneath, according to the invention at least some of the belts are provided with longitudinal zigzag pieces, the projections of which are attached to the hollow side of the belts and which are a row of channels adjacent in height.
In such a rotating material and heat exchanger, the use of contact stages with a greater height than in the known exchanger is possible because the liquid flows along a spiral band through some adjacent channels. The non-uniformity of the distribution of liquid across the width of each channel can be attributed to a minor value because the possibility exists of making the channels sufficiently narrow at the given width of a spiral band simply by increasing the number of adjacent channels. With any amount of irrigation (liquid consumption), the channel can always be made sufficiently narrow so that its bottom is completely covered with a liquid film, even if the film at the lower edge of the channel is somewhat thicker than at its upper edge.
At the same time, the distribution of liquid over the entire width of the spiral band will be more uniform than in the known exchanger, in which spiral bands with the same width but without zigzag lines are used. In the rotating material and heat exchanger with a predetermined height, the number of contact stages can be reduced and the degree of utilization of the working space of the exchanger can be increased.
In addition, the zigzag pieces promote the additional swirling of the gas phase that moves in the gaps between the spiral bands. The gas phase is swirled by the curvature of the path of the respective gas stream, which is forced to bend the projections of the zigzag pieces on one side of the gap and the depressions thereof on the other side of the gap.
Since the liquid is thrown from each contact stage onto the inner walls of the housing at several different levels, the liquid film on the walls of the housing is also not swirled on one and the same level as in the known apparatus, but on several levels, that is to say more uniformly. As a result of the fact that the number of contact stages in an exchanger can be reduced by increasing their height, the total number of annular liquid separators is correspondingly reduced and consequently the proportion of the inner surface of the housing which is bombarded with splashes and jets is increased be drained from the contact levels.
As a result, the effectiveness of the mass and heat exchange in a rotating mass and heat exchanger increases.
The invention is explained below on the basis of the description of various exemplary embodiments of the invention with attached drawings, in which:
Fig. 1 shows a first embodiment of the rotating material and heat exchanger, in longitudinal section,
Fig. 2 shows a section according to 11-Hin. 1,
Fig. 3 an element of a spiral band, enlarged isometrically,
Fig. 4 a second embodiment variant of the rotating material and heat exchanger, in longitudinal section,
Fig. 5 shows a section according to V-V of FIG. 4,
Fig. 6 an element of a spiral band in another embodiment variant, enlarged isometrically,
Fig. 7 a third embodiment variant of the rotating material and heat exchanger, in longitudinal section,
Fig. 8 the view according to arrow VIII of FIG. 7,
Fig.
9 an element of a spiral band in yet another embodiment variant, enlarged isometrically,
Fig. 10 shows a fourth embodiment variant of the rotating material and heat exchanger, in longitudinal section,
Fiq. 11 shows a section according to Ix-Ix of FIG. 10,
Fig. 12 the central end of a spiral band, isometric and enlarged,
Fig. 13 a fifth embodiment variant of the rotating material and heat exchanger, in longitudinal section,
Fig. 14 shows a section according to XIV-XIV of FIG. 13,
Fig. 15 the central end of a spiral band in another embodiment variant, isometric, partially cut out and enlarged.
The rotating material and heat exchanger has a vertical cylindrical housing 1 (Fig. 1) with means for feeding starting products involved in the process into the same and for removing end products from the same. The means mentioned include a lower pipe socket 2 for the introduction of gas, an upper pipe socket 3 for the introduction of liquid, an upper pipe socket 4 for the discharge of gas and a lower pipe socket 5 for the discharge of liquid. In the housing 1, a vertical shaft 7 is rotatably mounted coaxially with the aid of bearings 6. The upper end of the shaft 7 is provided with a disk 8 which transmits the rotation to the shaft 7 from a drive, not shown. Contact stages 9 are attached to the shaft 7 at a certain distance from one another. The contact steps 9 are by bands 10, 11 and 12 (Fig. 1 and 2).
The bands 10, 11 and 12 are curved in the form of spirals diverging from the shaft 7 and flanged at their edges in the direction of the shaft 7, that is to say edges 13 (FIG. 1 and 2) of the bands 10, 11 and 12 are flanged in the direction of the shaft 7. In the middle of the contact step 9, the bands 10, 11 and 12 form a sixteen-course spiral. The flanged edges 13 are intended for holding liquid on the hollow, that is to say on the side of the belts 10, 11 and 12 facing the shaft 7.
The bands 10, 11 and 12 are fastened to a central bearing bush 15 by means of radial rods 14. The bush 15 is used to fasten the contact step 9 to the shaft 7.
This ensures the possibility of rotation of the contact stage 9, whereby the liquid flows under the action of centrifugal forces in the form of a film on the hollow side of the bands 10, 11 and 12 from the center to the periphery of the respective contact stages 9 along the flanged edges 13.
Between the belts 10, 11 and 12 there are gaps 16 for the passage of gas which comes into contact with the liquid film.
The flanged edges 13 of the strips 10, 11 and 12 are comparable in width to the size of the gap 16.
If one looks at the contact step 9 from above, the edges 13 of the strips 10, 11 and 12 cover the gaps 16 almost completely or even completely. As a result, the supply of liquid directly to the upper Kan th 13 of the belts 10, 11 and 12 is possible without risk that the liquid does not even partially tear down from the contact stage 9. The upper tube extension 3, which is used to introduce liquid into the housing 1, can also be suitable, for example, for the supply thereof directly to the upper edges 13 of the strips 10, 11 and 12 in the center of the upper contact step 9. The outflow of the liquid from the contact stage 9 is excluded.
The rotating mass and heat exchanger also contains a device for the overflow of liquid from one contact stage 9 to the other. This device is designed as an annular liquid separator 17, which is fastened to the inner side wall of the housing 1, and an overflow pipeline 18. The ring-shaped liquid separator 17 serves to receive liquid which is drained from the contact stage 9 located above it. The annular liquid separator 17 is therefore somewhat lower than the corresponding contact stage 9. The receiving end 19 of the overflow pipe 18 communicates with the ring-shaped liquid separator 17, and its drain end 20 is attached above the contact stage 9 underneath.
The overflow pipeline 18 is intended for supplying liquid from the annular liquid separator 17 to the central part of the contact stage 9 underneath.
The bands 10, 11 and 12 are with longitudinal zigzag pieces 21 (Fig. 1 and 3). The projections of the zigzag pieces 21 are on the hollow side of the bands 10, 11 and 12 (Fig. 1) attached. The zigzag pieces 21 form a series of channels 22 and 23 adjacent in height. In the in Fig. In the embodiment shown in FIG. 1, the zigzag pieces 21 have the shape of a semicircle and the height of the zigzag pieces 21 is considerably smaller than the size of the gap 16 between the adjacent bands 10, 11 and 12.
This ensures the self-distribution of the liquid which is discharged onto the contact stage 9 with the total flow through all channels 22 and 23 of the bands 10, 11 and 12 which are adjacent in height. The liquid splashes and jets first fill the uppermost channel 22 of the band, the liquid striving downward in terms of inertia.
As a result, the excess of liquid flows from the upper channel 22 through the protrusion of the zigzag piece 21 into the lower channel 23 of the bands 10, 11 and 12 and also fills it. If the height of the zigzag piece 21 were considerable, only the upper channel 22 would be sprinkled, and the access of liquid to the lower channel 23 would be covered by the zigzag piece 21 itself. In addition, the zigzag pieces 21 ensure the curvature of the path of the gas flow in the gaps 16 between the bands 10, 11 and 12, which causes its swirling.
The bands 10, 11 and 12 differ in length and end at different distances from the shaft 7.
The tapes 10, 11 and 12 are attached around the shaft 7 in the periodically repeating sequence. Consequently, the number of flights of the spiral from the bands 10, 11 and 12 in the central part of the contact stage 9 is sixteen and on the periphery the number of flights is four.
As a result, the liquid flow is divided into sixteen branches in the center of contact stage 9 and into four branches at the periphery of contact stage 9. The peripheral ends of the tapes 10 are almost close to the hollow side of the tapes 11 and 12, as shown in FIG. 2 can be seen, supplied, and the peripheral ends of the bands 11 adjoin the bands 12. As a result, the liquid flows out of the upper channels 22 (FIG. 1) of the tapes 10, 11 into the same upper channels 22 of the tapes 11 and 12, and the distribution of liquid in the adjacent channels 22 and 23 is not disturbed over the entire contact stage 9.
However, the increase in the number of tapes and consequently also the adjacent channels in the center of the contact stage 9, that is to say at the point at which the liquid is discharged, contributes to a better distribution of the liquid in the adjacent channels 22 and 23 of the tapes 10, 11 and 12 of the total Contact level 9 at.
The contact stages of the rotating mass and heat exchanger can be provided with ring-shaped sleeves which communicate with the channels of the belts which are adjacent in height. In addition, the spiral bands can have a more complicated configuration.
In this case, the exchanger has a vertical housing 24 (Fig. 4) with means for the supply of starting products involved in the process and for the removal of end products from the same. These means include a lower tube 25 for introducing gas or steam, an upper tube 26 for introducing liquid or a return condensate, a middle tube 27 for introducing liquid or a feed, an upper tube 28 for gas or steam and one lower tube extension 29 for carrying away liquid. A vertical shaft 31 is rotatably mounted coaxially in the housing 24 with the aid of bearings 30. The upper end of the shaft 31 is provided with a drive pulley 32. Contact steps 33 are fastened to the shaft 31, which are supported by bands 34 (FIG. 4 and 5) are formed.
The bands 34 are curved in the form of spirals running from the shaft 31 and flanged at their edges.
With longitudinal zigzag pieces 35 (Fig. 6) the bands 34 are divided into vertically adjacent channels 36, 37 and 38.
The device for overflowing liquid from a contact stage 33 (Fig. 4) the other consists of an annular liquid separator 39 and an overflow pipe 40.
In the lower part of the housing 24 there is also an annular liquid separator 41 which is suitable for collecting liquid which is drained from the lowest contact stage 33. The liquid separator 41 communicates with the pipe extension 29 for the removal of liquid.
Contact stages 33 are provided with annular sleeves 42 in the center. The annular sleeve 42 communicates with various adjacent channels 36, 37 and 38 of the bands 34 by means of bores 43. As from Fig. 5 can be seen, each contact stage 33 is formed by two spiral bands 34. Since there are three adjacent channels 36, 37 and 38 on each band 34, the contact stage 33 has a total of six different channels. For this reason, six bores 43, one bore for each channel, are also made in the annular sleeve 42.
The annular sleeves 42 are placed on the shaft 31. The drain end of the overflow pipe 40 and the pipe extension 26 for the inlet of liquid is attached above the annular sleeve 42, which is provided with bores 43. This ensures a uniform distribution of the liquid in different channels 36, 37 and 38 of the contact stages 33.
The spiral bands 34 are connected to the ring-shaped sleeves by means of radial ribs 44.
The bottoms of the adjacent channels 36, 37 and 38 are inclined with respect to the shaft 31. The line 45 (Fig. 6) the contact of each longitudinal zigzag piece 35 with the bottom of the underlying channel, for example channel 37, further from shaft 31 (Fig. 4) as line 46 (Fig. 6) the contact of the same zigzag piece 35 with the bottom of the overlying channel, for example channel 36, is removed. Such a shape of the belts 34 ensures an even distribution of the liquid film in its width, because when the contact step 33 (FIG. 4) A force is created which pushes the liquid film to the upper edge of the channels 36, 37 and 38 despite the effect of gravity. In addition, the path of the movement of the gas flow, which fills the gaps 47 between the belts 34, is strongly curved.
At working speeds of the movement of the gas phase, turbulences arise in the gas phase, which intensify the mass and heat exchange.
In a third embodiment variant of the rotating mass and heat exchanger, further features of the invention are realized. The apparatus has a vertical housing 48 (Fig. 7) with means for introducing starting products involved in the process into the same and for removing end products therefrom.
The exchanger described is used for vacuum rectification of nitric acid in the presence of magnesium nitrate, which prevents the formation of an azeotropic mixture between the nitric acid and water. In this case, the housing 48 with an upper tube 49 for introducing reflux condensate, concentrated nitric acid, a middle tube 50 for introducing liquid, a mixture of 60% nitric acid with 70% magnesium nitrate melt and 30% water, a lower tube 51 for Magnesium nitrate melt containing only a small amount of nitric acid. In addition, a tube extension 52 is used to introduce water vapor containing a certain amount of nitric acid, and another tube extension 53 is used to carry out vapors of the concentrated nitric acid.
A vertical shaft 55 is rotatably installed in the housing 48 coaxially with the aid of bearings 54. Contact stages 56, 57 and 58 of different designs are attached to the shaft 55. The upper contact stage 56 is constructed in exactly the same way as in a known rotating material and heat exchanger. It is made up of spiral ribbons
59 formed with flanged edges that have no zigzag pieces. Contact level 57 is not only for
Contact process between gas and liquid, but also intended for mixing liquids with an inhomogeneous chemical nature, therefore it is referred to below as a mixing stage. It is formed by spiral flanged bands 60, which are only provided with a single longitudinal zigzag piece 61, which divides its strand into an upper 62 and a lower 63 adjacent channel.
The contact stage 57 is provided in the center with two concentric sleeves 64 and 65, which are intended to hold two different liquids.
Peripheral ends 66 and 67 (Fig. 7 and 8) of the channels 62 and 63 are narrowed and directed onto one and the same section on the side wall of the housing 48.
The contact stages 58 (Fig. 7) are formed by spiral flanged bands 68, which are provided with sufficiently high longitudinal zigzag pieces 69 (FIG. 7 and 9) are provided. The zigzag pieces 69 are corrugated with the aim of causing an additional swirling of the gas phase. The zigzag pieces 69 form an upper 70 and a lower 71 channel on the belts 68. Peripheral ends of channels 70 and 71 are also narrowed. In the center space of each contact level 58 (Fig. 7) there is only an annular sleeve 72 with bores 73 for draining the liquid on central ends of the lower channels 71.
The apparatus also includes liquid overflow devices from one contact stage 56, 57 and 58 to another. The device for overflowing the liquid, concentrated nitric acid, from the uppermost contact stage 56 to the mixed contact stage 57 consists of an annular liquid separator 74 and an overflow pipeline 75, the outlet end of which is fed to the annular sleeve 64, which is connected to the upper channels 62 of the belts 60 communicates. As a result, the upper channels 62 serve to receive the concentrated nitric acid which flows away from the upper section, the enrichment section, of the exchanger. On the annular sleeve 65, the tube extension 50 for introducing feed, a mixture of 60% starting acid and 70% magnesium nitrate melt is attached.
The annular sleeve 65 is connected to the lower channels 63. As a result, the channels 62 and 63 are filled with chemically inhomogeneous liquids. The ends 66 and 67 of the channels 62 and 63 are oriented such that different liquid components that are ejected from the channels 62 and 63 would be mixed in the film on the inner surface of the housing 48. Since heat is generated when the components mentioned are mixed, which can cause additional and undesired evaporation of the mixture, the annular region of the housing 48, which comprises the mixing contact stage 57, should be provided with a cooling jacket 76.
An annular liquid separator 77 is arranged under the contact stage 57, which is connected to the housing 48 and communicates with overflow pipes 78 and 79.
The contact stages 58 are suitable for the usual mass and heat exchange between the vapors of nitric acid rising in the exchanger and the triple mixture (magnesium nitrate, nitric acid, water) which sprinkles the hollow surface of the spiral bands 68.
The device for overflowing liquid from one contact stage 58 to the other is designed in the form of two ring-shaped liquid separators 80 and 81 and two overflow pipes 82 and 83. The overflow pipe 82 communicates with the upper annular liquid separator 80, which includes the top contact stage 58. Its drain end ends immediately above the upper edges of the spiral belts 68, so that the liquid from the overflow pipe 82 only reaches the upper channels 70 of the belts. The high longitudinally grooved zigzag piece 69 prevents the liquid from overflowing further into the lower channels 71.
The overflow pipeline 83 connects the lower annular liquid separator 81 of a contact stage 58 to the perforated annular sleeve 72, which in turn communicates through the bores 73 with the lower channels 71 of the other contact stage 58. In this way, the adjacent channels 70 and 71 of a contact level 58, which are at different heights, are connected to the adjacent channels 70 and 71 of the contact level 58, which are located at the corresponding height.
In a fourth embodiment variant of the rotating mass and heat exchanger, further features of the invention are realized, which are related to increasing the uniform distribution of the liquid in all channels of the respective contact level.
The exchanger includes a vertical, cylindrical housing 84 (Fig. 10), in which a shaft 85 with the contact stages 86 mounted thereon is mounted coaxially and rotatably.
The housing 84 is provided with means for introducing the starting products involved in the process into the same and for removing end products from the same.
Since only the middle part of the exchanger is shown in the drawing, the means mentioned are not shown.
The contact stage 86 is defined by two spiral bands 87 and 88 (Fig. 10 and 11), each of them with two longitudinal zigzag pieces 89 (Fig. 10) which divide the strand of each band 87 or 88 into three vertically adjacent channels: an upper channel 90, a middle channel 91 and lower channel 92. Step-like cutouts are made at central ends of each band 87 and 88. These cutouts are made so that the central end 93 (Fig. 12) of the upper channel 90 is at a greater distance from the shaft 85 than the central end 94 of the central channel 91, which in turn is further away from the shaft 85 than the central end 95 of the lower channel 92.
Peripheral ends 96 (Fig. 10) of the adjacent channels 90, 91 and 92 are narrowed to ensure a tightly directed drain of liquid on walls of the housing 84. The device for overflowing liquid from one contact stage 86 to the other is designed in the form of three ring-shaped liquid separators 97, 98 and 99 and three overflow pipelines 100, 101 and 102. The overflow pipeline 100 communicates with the upper annular liquid separator 97, and its drain end 103 is located immediately above the upper channels 90, whereby the liquid drained from the upper channels 90 of the contact stage 86 above it enters the same upper channels 90 of the contact step 86 below. The high longitudinal zigzag piece 89 prevents the liquid from overflowing from the upper channel 90 into the middle channel 91.
The overflow pipe 101 communicates with the central annular liquid separator 98, and its drain end 104 is over the central ends 94 (FIG. 12) of the middle channels 91 of the underlying contact stage 86 (Fig. 10). The overflow pipe 102 communicates with the lower annular liquid separator 99, and its drain end 105 is over the central ends 95 (Fig. 12) of the lowermost channels 92.
The cutouts mentioned in the spiral bands 87, 88 (Fig. 12) ensure free access for the liquid jets flowing out of the discharge ends 103, 104 and 105 of the overflow pipelines 100, 101 and 102 from above onto the sections of the adjacent channels 90, 91 and 92 which are central with respect to the contact step 86. The contact stage 86 can also be provided with concentric cylindrical tube walls 106 and 107, which serve to prevent mixing of the liquid jets which are discharged from different overflow pipelines 100, 101 and 102.
Spiral bands 87 and 88 are connected to a central sleeve 109 by means of radial ribs 108. The sleeve 109 is intended for fastening the contact steps 86 to the shaft 85, as a result of which their rotation and the movement of the liquid in the form of a film are secured under the action of centrifugal forces along the adjacent channels 90, 91 and 92. The narrowed peripheral ends 96 of the adjacent channels 90, 91 and 92 face the areas of the inner surface of the housing 84 which overlie the annular liquid separators 97, 98 and 99.
This ensures that liquid is captured by the corresponding annular liquid separators 97, 98 and 99.
As a result, the adjacent channels 90, 91 and 92 of the contact level 86 lying above are connected at different heights to the adjacent channels 90, 91 and 92 of the contact level 86 located below them at the corresponding height. This increases the moving force of the mass and heat exchange process and consequently its effectiveness.
In a fifth variant of the rotating mass and heat exchanger, improved mixing of the film is provided on the inner surface of the exchanger housing. This device can be used not only for the mass and heat exchange between gas and liquid, but also for the evaporation of liquid in the film under conditions of intensive mixing.
The exchanger has a vertical cylindrical housing 110 (Fig. 13), in which a shaft 111 with the contact stages 112 and 113 fastened thereon is mounted coaxially and rotatably. The housing 110 is provided with means for introducing raw materials involved in the process into it and for executing end products therefrom. These means include an upper tube extension 114 for introducing liquid, a lower tube extension 115 for carrying out the liquid and an upper tube extension 116 for carrying out the steam generated inside the housing 110.
The upper contact stage 112 is formed by the spiral-shaped bands 117 which are flanged over at the edges and have no zigzag pieces, and is also intended to divide the entire flow of the liquid which is discharged from the tube extension 114 into four equal flows. In accordance with this, an annular liquid separator 118 is attached around the contact step 112 to the inner surface of the housing 110 and is connected to transverse partition walls 119 (FIG. 14) is divided into four equal segments 120, which communicate with overflow pipelines 121, 122, 123 and 124, which have different lengths.
In this way, the contact stage 112 (Fig. 13) and through the segments 120 (Fig. 14) of the annular liquid separator 118 (FIG. 13) an even supply of liquid to all four overflow pipelines 121, 122, 123 and 124 (Fig. 14) guaranteed. Each contact stage 113 is formed by four spiral bands 125, each of which is provided with two longitudinal zigzag pieces 126 which divide the strand of each band 125 into four vertically adjacent channels 127, 128, 129 and 130. In addition, 125 step-like cutouts are made on each belt. These cutouts are arranged such that central ends 131, 132, 133 and 134 (Fig. 15) of the adjacent channels 127, 128, 129 and 130 are at different distances from the shaft 111.
The cutouts mentioned ensure free access for the liquid jets flowing out of the overflow pipelines 121, 122, 123 and 124 from above onto the central, with respect to the contact step 113 (FIG. 13), sections of adjacent channels 127, 128, 129 and 130.
The contact stage 113 can also be provided with concentric cylindrical tube walls 135, 136 and 137, which are intended to prevent mixing of the liquid jets which are discharged from different overflow pipelines 121, 122, 123 and 124.
Spiral bands 117 are connected to a sleeve 139 by means of radial ribs 138. Spiral bands 125 are connected to a bush 141 by means of radial ribs 140. The bushings 139 and 141 are provided for fastening the contact stages 112 and 113 to the shaft 111, thereby ensuring their rotation and the movement of the liquid in the form of a film under the action of centrifugal forces along the adjacent channels 127, 128, 129 and 130.
Peripheral ends 142, 143, 144 and 145 (Fig. 14) of the channels 127, 128, 129 and 130 are narrowed and distributed in height, i.e. designed so that their drainage edge 146 (Fig. 13) lie in different cross sections of the housing 110. This also applies to the channels, which are arranged at the same height. For example, the lower channels 130 of the spiral bands 125 have narrowed peripheral ends 142 and 143, just like that shown in FIG. 13 peripheral ends 144 and 145, not specified, whose outlet ends 146 lie in different planes, that is to say are distributed in height. Such a construction of the contact stage 113 ensures a uniform swirling of the film of the liquid which flows off on the inner surface of the housing 110.
In the case where the housing 110 is provided with an external cooling jacket 147, this causes an intensive heat exchange in the film on the inner surface of the housing 110 and the liquid evaporates.
To collect the liquid that is drained from the contact stage 113, a liquid separator 118 with four transverse dividing walls 119 (FIG. 14) provided that divide it into four equal segments 120.
The segments 120 communicate with the overflow pipelines 121, 122, 123 and 124, which are fed to the contact stage 113 underneath.
The rotating fabric and heat exchanger in the in Fig. 1 variant shown works as follows.
The shaft 7, on which the contact stages 9 are fastened, is made to rotate by a drive, not shown in the drawing. The liquid is drained through the upper pipe neck 3 to the upper contact stage 9.
The jet of liquid is broken up by the edges 13 of the spiral bands 10, 11 and 12 into small splashes which, under the action of centrifugal forces, sprinkle the hollow surface of the bands 10, 11 and 12. The liquid fills the upper channels 22 of the bands 10, 11 and 12. The excess liquid flows through a projection of the longitudinal zigzag pieces 21 into lower channels 23 of the bands 10, 11 and 12. The liquid in the form of a film moves along the belts 10, 11 and 12 under the action of centrifugal forces from the center to the periphery of the contact stages 9. The liquid flows from the peripheral ends of the tapes 10 onto the tapes 11 and from the ends of the tapes 11 onto the tapes 12.
Afterwards, the liquid is thrown onto the inner surface of the housing 1. From there, the liquid flows out in the form of a film into the annular liquid separator 17, and through the overflow pipeline 18 it reaches the contact stage 9 below. The liquid drained from the bottom contact stage 9 is led out of the housing 1 through the pipe extension 5.
Gas enters the housing 1 through the tube extension 2 and flows in the gaps 16 between the spiral bands 10, 11 and 12, comes into contact with the film of the liquid which sprinkles these bands 10, 11 and 12.
The gas is mixed as a result of the turbulence caused by the zigzag pieces 21, which also increases the intensity of the mass and heat exchange.
The gas is removed from the apparatus through the tube attachment 4.
The operation in Fig. 4 material and heat exchangers shown. The only difference is that the liquid from the overflow pipeline 40 and the pipe extension 26 enters perforated annular sleeves 42, from where it is distributed through holes 43 in different channels 36, 37 and 38. In addition, the housing 24 is provided in the middle with a tube extension 27 for the introduction of liquid. The apparatus is provided for performing the rectification, the tube extension 27 serves for the entry of the separated liquid mixture, and the tube extension 26 serves for the supply of reflux condensate.
The rotating material and heat exchanger can in the in Fig. 7 shown variant to carry out the rectification process, for example the nitric acid in the presence of magnesium nitrate under vacuum. The return condensate, concentrated nitric acid, enters the exchanger through the tube attachment 49 and reaches the upper contact stage 56, from which it is subsequently discharged into the annular liquid separator 74. From the latter, the liquid is fed through the overflow pipe 75 of the annular sleeve 64 and further to the upper channels 62 of the belts 60. The liquid is directed onto the walls of the housing 48 through the narrowed ends 66 of the upper channels 62.
The concentrated 60% starting nitric acid in a mixture with a small amount of magnesium nitrate melt enters through the tube extension 50 into the annular sleeve 65 and through bores 73 onto the central ends of the lower channels 63 of the contact stage 57, and under the action of the centrifugal forces it flows in the form of a Film along channels 63.
Through the narrowed ends 67 of the lower channels 63, said mixture is passed onto the walls of the housing 48 to the same annular section as the nitric acid from the narrowed ends 66 of the upper channels 62. In this section, two streams are mixed intensively in the film. Since this reduces the concentration of the magnesium nitrate somewhat, the resulting mixture of liquids heats up.
The excess heat is reduced by means of the cooling jacket 76, and the temperature of the mixture remains under control. This mixture is collected in the annular liquid separator 77. Half of this mixture is discharged directly into the upper channels 70 of the contact stage 58 through the overflow pipeline 78.
The other half of the mixture flows through the overflow pipeline 79 into the perforated annular sleeve 72, which communicates with the lower channels 71 of the same contact stage 58. The liquid is then discharged from the upper channels 70 into the annular liquid separator 80 and from the lower channels 71 into the annular liquid separator 81. From the annular liquid separator 80, the liquid enters the upper channels 70 of the contact stage 58 below through the overflow pipeline 82. The liquid passes from the annular liquid separator 81 through the overflow pipeline 83 and through the annular sleeve 72 into the lower channels 71 of the same contact stage 58. The liquid, which contains only a small amount of the nitric acid, is led away from the lower part of the exchanger through the tube extension 51.
The steam, which mainly consists of water, enters the housing 48 through the tube extension 52. The vapors of the concentrated nitric acid are removed from the housing 48 through the tube extension 53.
The rotating material and heat exchanger, which is shown in Fig. 10 is shown, has the following function.
The gas flows from bottom to top in the exchanger and comes into contact with the film of the liquid which sprinkles the adjacent channels 90, 91 and 92 of the contact stages 86. The liquid is discharged from the contact stage 86 in different levels, so that the liquid from the channels 90, 91 and 92 into the annular liquid separators 97, 98 and 99 arrives. The liquid flows through the overflow pipelines 100, 101 and 102 to the lower stage 86.
The rotating material and heat exchanger can in the in Fig. 13 shown variant can be used not only for mass transfer, but also for evaporating the liquid in the film.
The liquid enters through the tube extension 114 onto the upper contact stage 112, from which it is subsequently thrown onto the walls of the housing 110, and then flows off into the segments 120 of the annular liquid separator 118. Through the overflow pipes 121, 122, 123 and 124 (Fig. 14) the liquid immediately enters the various adjacent channels 127, 128, 129 and 130 (Fig. 13) of the underlying contact stage 113. Under the action of the centrifugal force, the liquid flows through the channels 127, 128, 129 and 130 from the center to the periphery of the contact stage 113. Through the peripheral ends 142, 143, 144 and 145 (Fig. 14) of channels 127, 128, 129 and 130 (Fig. 13) The liquid is thrown onto the inner heated surface of the housing 110 at various levels.
This creates an evenly swirled film of the boiling liquid. The non-evaporated part of the liquid is collected in the ring-shaped liquid separator 118 and fed back to the same contact stage 113, which, however, is arranged somewhat lower. The liquid residue is discharged from the apparatus through the pipe extension 113. The steam generated is removed through the tube extension 116. The contact process between vapors and the liquid film takes place within the housing 110 on the sprinkled annular bands 125. Since the boiling point of the liquid rises gradually during evaporation in the case of distillation of liquid mixtures, the temperature of the vapors rising from the lower part of the exchanger is higher than the temperature of the liquid on the upper contact stages 86.
Therefore, the overheating of the vapor due to its contact with the film of the liquid is avoided, which is partially evaporated. The vapors to be removed from the apparatus are no longer overheated.