CH646877A5

CH646877A5 - LIQUID DISTRIBUTOR FOR MATERIAL REPLACEMENT COLONES.

Info

Publication number: CH646877A5
Application number: CH346280A
Authority: CH
Inventors: Heinz-Josef Sperling; Wolfgang Szczypski; Ulrich Viebahn
Original assignee: Schott Glaswerke
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1984-12-28
Also published as: DE2923198B2; DE2923198A1; FR2458311A1; FR2458311B3; GB2051606B; DE2923198C3; GB2051606A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler zum Einbau in Stoffaustauschkolonnen, bestehend aus einem im Betrieb waagerechten Hauptverteilerelement und quer zu diesem angeordneten Verteilerrinnen, welche Bohrungen zum Austritt der zu verteilenden Flüssigkeit aufweisen. The present invention relates to a liquid distributor for installation in mass transfer columns, comprising a main distributor element which is horizontal during operation and distributor channels arranged transversely to the latter and which have bores for the outlet of the liquid to be distributed.

Verteileinrichtungen haben die Aufgabe, einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom in möglichst viele Teilströme so zu zerteilen, dass sich für alle Teilflächen des zu berieselnden Kolonnenquerschnittes eine gleiche oder innerhalb akzeptabler Grenzen schwankende Flüssigkeitsbelastung (Einheit: m3/m2/sec) ergibt. Gleichzeitig müssen die Verteileinrichtungen so gestaltet sein, dass sie dem aufsteigenden Dampf- oder Gasstrom nicht den Weg versperren. Distribution devices have the task of dividing a coherent liquid flow into as many partial flows as possible in such a way that the liquid load (unit: m3 / m2 / sec) is the same or fluctuates within acceptable limits for all partial areas of the column cross-section to be sprinkled. At the same time, the distribution devices must be designed in such a way that they do not block the path of the rising steam or gas flow.

Bisher gibt es im wesentlichen drei Wirkungsprinzipien, nach denen eine Flüssigkeitsverteilung im oben beschrieben Sinn verwirklicht werden kann. So far, there are essentially three operating principles according to which a liquid distribution in the sense described above can be realized.

1.1 Verteilung in einen Tropfenschwarm durch eine Zerstäuberdüse: 1.1 Distribution into a swarm of drops through an atomizing nozzle:

Dieses Prinzip bringt nur dann befriedigende Ergebnisse, wenn ein bestimmter Vordruck (etwa 1 bar) zur Verfügung steht. This principle only produces satisfactory results if a certain form (about 1 bar) is available.

Beispiel: Düse Example: nozzle

1.2 Überlauf über ein Wehr Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale oder einem Rinnensystem zugeführt, deren Wände an ihren Kanten mit mehreren Einkerbungen beliebiger Form versehen sind, durch die die Flüssigkeit in Form eines Überfalles ausströmt. 1.2 Overflow over a weir The liquid flow to be distributed is fed to a bowl or a channel system, the walls of which are provided with several notches of any shape at their edges, through which the liquid flows out in the form of a hold-up.

Beispiel: Tüllenverteiler Example: spout distributor

1.3 Ausfluss aus einer Bohrung 1.3 Outflow from a hole

Der zu verteilende Flüssigkeitsstrom wird einer Schale, einem Rinnensystem oder einer Rohranordnung zugeführt, die alle auf einer Unterseite eine Reihe von Bohrungen besitzen, aus denen die Flüssigkeit infolge des hydrostatischen Druckes ausströmt. The liquid flow to be distributed is fed to a bowl, a channel system or a pipe arrangement, all of which have a series of bores on the underside from which the liquid flows out as a result of the hydrostatic pressure.

Beispiel: Röhrenverteiler, Ringbrause Example: tube distributor, ring shower

Diese bekannten Prinzipien haben schwere Nachteile: These known principles have serious disadvantages:

zu 1.1 Dieses Prinzip lässt sich nicht mit natürlichem Zulauf innerhalb einer Kolonne einsetzen (z. B. für die Widerverteilung). re 1.1 This principle cannot be used with a natural inflow within a column (e.g. for redistribution).

Zu 1.2 Das Prinzip «Überlauf über ein Wehr» hat die Nachteile, dass es mit befriedigender (Abweichung der Volumenteilströme vom mittleren Volumenteilstrom: ca. 30%) Genauigkeit nur bei grossen Volumenströmen arbeitet und, dass die Genauigkeit prinzipiell begrenzt ist. Re 1.2 The principle of “overflow over a weir” has the disadvantages that it works with satisfactory (deviation of the partial volume flows from the average partial volume flow: approx. 30%) only with large volume flows and that the accuracy is limited in principle.

So gelten für eine rechteckige bzw. dreieckige Kerbe folgende Beziehungen: The following relationships apply to a rectangular or triangular notch:

V~h'l/^= h1'5 h. Überlaufhöhe bzw. V ~ h'l / ^ = h1'5 h. Overflow height or

V~h2-|/h = h2-5 V: Volumenstrom V ~ h2- | / h = h2-5 V: volume flow

So ergibt eine Schwankung der Überlaufhöhe h um ± 20% eine Schwankung des Teilvolumenstromes im ersten Fall um ca. 30% und im zweiten Fall um ca. 50%. A fluctuation in the overflow height h by ± 20% results in a fluctuation in the partial volume flow in the first case by approximately 30% and in the second case by approximately 50%.

Erschwert wird die Konstanthaltung der Teilvolumenströme zusätzlich dadurch, dass die absoluten Überlaufhöhen meistens sehr gering sind (2 bis 6 mm) und deshalb eine zulässige Schwankung von V selbst von 30% hohen Anforderungen an den genauen Einbau des Verteilersystems stellt. Keeping the partial volume flows constant is also made more difficult by the fact that the absolute overflow heights are usually very low (2 to 6 mm) and therefore a permissible fluctuation in V even of 30% places high demands on the exact installation of the distribution system.

Die handelsüblichen Verteilerböden arbeiten nach dem Wehrprinzip. Ihre Herstellkosten sind hoch wegen der erforderlichen Fertigungsgenauigkeit. The commercially available distributor floors work according to the weir principle. Your manufacturing costs are high because of the required manufacturing accuracy.

Besteht der Verteilerboden aus einer Schale mit Tüllen, so ist der freie Dampfquerschnitt nicht grösser als 50%. Er wird noch kleiner, wenn gefordert wird, dass der Kolonnenquerschnitt bis zum Rand gleichmässig mit Flüssigkeit beaufschlagt werden soll. If the distributor base consists of a bowl with grommets, the free steam cross section is not greater than 50%. It becomes even smaller if it is required that the column cross section should be evenly loaded with liquid up to the edge.

Zu 1.3 Dieses Prinzip hat zwar eine erheblich höhere Genauigkeit (V ~h0,5) und eignet sich auch für kleinere Mengen; es besitzt aber wieder entscheidende Nachteile: Re 1.3 This principle has a considerably higher accuracy (V ~ h0.5) and is also suitable for smaller quantities; but it has decisive disadvantages:

Kleine Bohrungen, wie sie für kleine Flüssigkeitsmengen erforderlich sind, verstopfen bei verschmutzten Medien. Small holes, such as those required for small amounts of liquid, clog when the media is dirty.

Die Gleichmässigkeit der Teil volumenströme ist z.B. bei einem Rohrsystem nicht optimal, da je nach der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck an den einzelnen Ausflussbohrungen verschieden hoch ist (Bornoul-li'sche Energie-Gleichung). The uniformity of the partial volume flows is e.g. not optimal with a pipe system, since depending on the local flow velocity, the static pressure at the individual outflow bores is different (Bornoul-Li energy equation).

Beispiel: Röhrenverteiler Example: tube distributor

Werden dagegen grössere Rohrquerschnitte gewählt, um kleinere Strömungsgeschwindigkeiten und damit kleinere Differenzen des hydrostatischen Druckes an den einzelnen Bohrungen zu erhalten, so erhöht sich weiter die Gefahr der Ansammlung von Verschmutzungen, weil die Strömungsgeschwindigkeit sinkt. If, on the other hand, larger pipe cross-sections are selected in order to obtain smaller flow velocities and thus smaller differences in the hydrostatic pressure at the individual bores, the risk of contamination accumulating further increases because the flow velocity decreases.

Es gibt auch Flüssigkeitsverteiler, bestehend aus einer Schale und kleinen Tüllen, aus denen die Flüssigkeit getrennt vom Dampfstrom, für den eigene, grössere Tüllen vorgesehen sind, austritt. Diese Verteiler haben, wie unter 1.2 erwähnt, nur freie Dampfquerschnitte von < 50%. There are also liquid distributors, consisting of a bowl and small spouts, from which the liquid emerges separately from the steam flow, for which larger spouts are intended. As mentioned under 1.2, these distributors only have free steam cross sections of <50%.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile bekannter Verteilungssysteme zu umgehen und eine Verteileinrichtung zu schaffen, die die Flüssigkeit in optimaler Weise gleichmässig auf die Kontaktfläche der Austauschkolonne verteilt und die folgende Vorteile besitzt: The aim of the present invention is to circumvent these disadvantages of known distribution systems and to create a distribution device which optimally distributes the liquid evenly over the contact surface of the exchange column and has the following advantages:

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

- kleinste Flüssigkeitsbelastungen; d. h. sichere Funktion auch bei kleinsten hydrostatischen Drücken; - smallest liquid loads; d. H. reliable function even at the smallest hydrostatic pressures;

- Flüssigkeitsverteilung bis zum Rand der Packung (erforderlich bei geordneten Kolonnenpackungen); - Liquid distribution up to the edge of the packing (required for ordered column packing);

- grosser freier Dampfquerschnitt; - large free steam cross section;

- Unempfindlichkeit für Lageabweichungen; - insensitivity to positional deviations;

- Unempfindlichkeit für Verschmutzung; - insensitivity to pollution;

- grösserer Arbeitsbereich f yVmin J - larger working area f yVmin J

- kostengünstige Fertigung; - inexpensive manufacturing;

- Möglichkeit der kostengünstigen Anpassung an die häufigsten Einsatzfälle und Aufgabenstellungen. - Possibility of inexpensive adaptation to the most common applications and tasks.

Dieses Ziel wird mit einem Flüssigkeitsverteiler eingangs beschriebener Art erreicht, welcher die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 1 aufgeführten Merkmale besitzt. This goal is achieved with a liquid distributor of the type described above, which has the features listed in the characterizing part of independent claim 1.

In der Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsform; Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Ausführungsform, und Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine Rinne mit einem eingehängten Abtropfelement (hier: Drahtschlaufe). Figure 1 is a side view of an embodiment. Fig. 2 is a plan view of this embodiment, and Fig. 3 is a vertical section through a gutter with a suspended drip element (here: wire loop).

Der Verteiler besteht aus einer Anzahl parallel angeordneter Rinnen (2), die an ihrer Unterseite durch ein Querrohr (1) derart miteinander verbunden sind, dass sich die Flüssigkeitsstände in den einzelnen Rinnen (2) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren einstellen können. The distributor consists of a number of channels (2) arranged in parallel, which are connected to each other on their underside by a cross tube (1) in such a way that the liquid levels in the individual channels (2) can be adjusted according to the principle of communicating tubes.

In dieses Querrohr (1) wird an beliebiger Stelle der zu verteilende Flüssigkeitsstrom eingespeist. Die Rinnen (2) weisen an ihren Seiten in beliebigen Abständen sich gegen646 877 The liquid flow to be distributed is fed into this cross tube (1) at any point. The channels (2) face each other at any distance646 877

überliegende Bohrungen (3) auf, die alle einen einheitlichen Abstand von der Rinnenoberkante haben. Der hier dargestellte Verteiler ist so gefertigt, dass alle Rinnenoberkanten und damit auch die Bohrungen (3) auf der gleichen Höhe liegen. In die Bohrungspaare sind Drahtschlaufen (4) eingehängt, die bewirken, dass a) der Ausströmungsquerschnitt vermindert wird und b) die beiden Teilströme aufgrund der Oberflächenspannung der austretenden Flüssigkeit vereinigt werden und unterhalb der Rinne vom Draht abtropfen oder -laufen. overlying holes (3), which are all at a uniform distance from the top edge of the channel. The distributor shown here is manufactured in such a way that all the top edges of the gutters and thus the bores (3) are at the same height. Wire loops (4) are suspended in the bore pairs, which have the effect that a) the outflow cross-section is reduced and b) the two partial flows are combined due to the surface tension of the escaping liquid and drip or run from the wire below the channel.

Bei grossen Flüssigkeitsmengen dagegen tritt die Flüssigkeit in zwei freien Strahlen aus und vergrössert die Gleich-mässigkeit der Berieselung (die Fläche pro Teilvolumenstrom wird halbiert). With large amounts of liquid, however, the liquid emerges in two free jets and increases the uniformity of the sprinkling (the area per partial volume flow is halved).

Durch entsprechende Dimensionierung der Ausströmquerschnitte und Rinnenhöhe lassen sich beliebige Arbeitsbereiche der Verteileinrichtung erreichen. Der Arbeitsbereich der Verteileinrichtung kann auch dadurch vergrössert werden, dass man die Ausflussbohrungen in der Höhe gestaffelt anordnet, so dass sie nacheinander in Funktion treten. Appropriate dimensioning of the outflow cross-sections and gutter height means that any working area of the distribution device can be reached. The working area of the distribution device can also be enlarged by arranging the outflow bores in a staggered manner so that they come into operation one after the other.

An der Unterseite des Querrohres sind mehrere ausgehalste Bohrungen (5) vorgesehen, durch die eingedrungener Abrieb der Kolonnenpackung (bei der Verwendung als Wiederverteiler) fortgeschwemmt werden kann. On the underside of the cross tube there are several bored holes (5) through which the abraded abrasion of the column packing (when used as a redistributor) can be washed away.

Die Anzahl der Rinnen und die Anzahl der Bohrungen ist beliebig. Die Abmessungen der Rinnen und ihr Abstand voneinander kann den jeweils gegebenen Erfordernissen an-gepasst werden. The number of channels and the number of holes is arbitrary. The dimensions of the channels and their distance from each other can be adapted to the given requirements.

Die Abtropfelemente bestehen vorzugsweise aus chemisch resistentem Material. The draining elements are preferably made of chemically resistant material.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

646 877 PATENT CLAIMS

1. Liquid distributor for installation in mass transfer columns, consisting of a main distributor element (1) which is horizontal during operation and distributor channels (2) which are arranged transversely to this and which have bores (3) for the outlet of the liquid to be distributed, characterized by the following features:

a) the liquid distributor is made of glass;

b) the main distributor element (1) is a tube;

c) the distribution channels (2) sit on this tube;

d) the bores (3) are arranged in pairs on the side walls of the distributor channels (2);

e) Drip-off elements are suspended in the bores in such a way that the liquid emerging from the pairs of bores runs in the form of a single, vertical liquid stream during operation.

2. Liquid distributor according to claim 1, characterized by the following feature:

the draining element is a twisted wire loop (4) with two free, hook-shaped ends which are each suspended in a pair of holes.

3. Liquid distributor according to claim 2, characterized by the following feature:

the wire loop is made of metal.

4. Liquid distributor according to claim 1, characterized by the following feature:

the draining element consists of a metal strip.

5. Liquid distributor according to one of claims 1 to 4, characterized by the following feature:

the holes are arranged at different heights.