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PATENTANSPRÜCHE
1. Einbauelement für Stoffaustauschkolonnen, welche im Gegenstrom von einer kontinuierlichen und einer dispersen Phase durchströmt werden, wobei das Einbauelement aus mehreren parallel zur Kolonnenachse liegenden, sich berührenden Lagen besteht, welche Strömungskanäle aufweisen, und wobei die Strömungskanäle in den einzelnen Lagen im wesentlichen gleichgerichtet zueinander verlaufen, und wobei weiterhin die Strömungskanäle zweier benachbarter Lagen sich kreuzen und mindestens zwischen einer Anzahl von benachbarten, Strömungskanäle aufweisende Lagen ebene Zwischenlagen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen derart ausgebildet sind, dass sie einen Teil benachbarter Lagen gegeneinander abdecken.
2. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Längsachse der Kolonne mindestens zwei Reihen von Zwischenlagen übereinander angeordnet sind, wobei die Zwischenlagen der übereinanderliegenden Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind, und die seitlichen Begrenzungen bis zur Innenwand der Kolonne reichen.
3. Einbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen gleiche Höhe aufweisen.
4. Einbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Zwischenlagen etwa die Hälfte der Höhe der Strömungskanäle aufweisenden Lagen aufweist.
5. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Zwischenlagen mindestens nahezu der Höhe der Strömungskanäle aufweisenden Lagen entspricht, und sich die Zwischenlagen in der Breite bis mindestens nahezu an die seitliche Begrenzung der benachbarten Strömungskanäle aufweisenden Lagen erstrecken, wobei jede Zwischenlage mindestens eine sich mindestens nahezu über die gesamte Breite der Zwischenlage erstreckende Aussparung aufweist, deren Höhe mindestens der Breite eines Strömungskanales entspricht.
6. Einbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aussparung aus einer Mehrzahl von Teil Aussparungen besteht.
Die Erfindung betrifft ein Einbauelement für Stoffaustauschkolonnen gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Struktur derartiger Einbauelemente ist aus der CH PS 398 503 bekannt.
Die Lagen des Einbauelementes bestehen hierbei aus geriffelten Lamellen, welche sich gegenseitig berühren, wobei die Strömungskanäle bildende Riffelung eine wellen- oder zickzackförmige Kontur aufweisen kann. Die bekannten Einbauelemente werden vorzugsweise in Rektifikationskolonnen eingesetzt, wobei die flüssige Phase als Film über die Lamellenoberflächen abwärts und die aufwärts strömende gasförmige Phase das freie Lückenvolumen des Einbauelementes ausfüllt.
Es handelt sich hierbei um einen Stoffaustausch zwischen zwei kontinuierlich strömenden Phasen.
In der genannten Patentschrift wird erwähnt, dass im Falle eine Oberflächenvergrösserung erwünscht ist, zwischen je zwei geriffelten Lamellen eine ungeriffelte Lamelle eingeschoben werden kann. In diesem Fall ist die Grösse der ungeriffelten Lamellen mit derjenigen der geriffelten Lamellen identisch, d.h. sie decken sich gegenseitig vollständig ab.
Im Gegensatz hierzu spielt eine Oberflächenvergrösserung bei Stoffaustauschverfahren, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben sind, keine Rolle.
Die Erfindung kann auf Stoffaustauschverfahren angewendet werden, bei welchen in einer Kolonne eine disperse Phase mit einer kontinuierlichen Phase in Kontakt gebracht werden soll.
Es kann sich hierbei um Extraktions- oder Absorptionsverfahren handeln, wobei entweder eine kontinuierlich die Einbauelemente abwärts bzw. aufwärtsdurchströmende flüssige Phase, welche das freie Lückenvolumen zwischen den Lagen eines Einbauelementes ausfüllt, mit einer die Zwischenräume der Lagen, d. h. die Strömungskanäle aufwärts bzw. abwärts durchströmenden, dispersen Phase in Kontakt gebracht wird.
Bei einer Flüssig-Flüssig-Extraktion steigt die leichte, flüssige Phase in Tröpfchenform aufwärts bzw. sinkt die schwerere, disperse flüssige Phase abwärts.
Bei Absorptionsverfahren, bei denen die disperse Phase dampf- bzw. gasförmig vorliegt, steigen die Dampf- bzw.
Gasblasen innerhalb der Strömungskanäle senkrecht auf.
Eine vollständige Abdeckung der die Strömungskanäle aufweisenden Lagen durch Einschub von diesen Lagen abdeckenden ebenen Lagen würde keinen Gewinn bringen, da weder die disperse Phase noch die kontinuierliche Phase sich nicht als Film über die Lamellenoberflächen ausbreiten.
Es handelt sich bei dem Anwendungsgebiet der Erfindung um eine völlig andere Aufgabenstellung als bei den erwähnten bekannten Einbauelementen.
Wendet man die bekannten Einbauelemente, bei welchen sich die Strömungskanäle von jeweils zwei benachbarten Lagen kreuzen, bei Extraktions- bzw. Absorptionsverfahren an, so stellt man folgendes fest:
In Fig. 1 ist in einem Teil-Längsschnitt schematisch eine Kolonne 1 dargestellt mit Teilansichten von zwei hintereinanderliegenden Lagen I und II eines in der Kolonne 1 angeordneten bekannten Einbauelementes.
Unter der Annahme, dass die schwerere flüssige Phase kontinuierlich das Einbauelement abwärts durchströmt, wobei sie durch die Strömungskanäle seitlich verteilt wird, bewirken die Strömungskanäle keine seitliche Verteilung der aufwärtsströmenden, dispersen, leichteren, flüssigen bzw.
gas- oder dampfförmigen Phase, wie dieses durch den Strömungsweg der Tröpfchen oder Blasen 2 dargestellt ist.
Eine Folge davon besteht darin, dass die Verweilzeit der Tröpfchen bzw. Blasen in dem Einbauelement kurz ist, und sich das chemische Gleichgewicht nur langsam einstellen kann, d. h. es braucht zur Einstellung des chemischen Gleichgewichtes eine relativ grosse Anzahl von Einbauelementen und damit eine grosse Kolonnenhöhe, was wirtschaftlich unter Umständen kaum tragbar ist.
Weitere wesentliche nachteilige Effekte, die beim Einbau der bekannten Einbauelemente in einer Stoffaustauschkolonne auf dem Anwendungsgebiet der Erfindung auftreten, werden anhand der Fig. la, l'a und lb, l'b erläutert.
Fig. la zeigt in schematischer Darstellung einen Teil Längsschnitt durch eine Kolonne 1, in welcher drei bekannte Einbauelemente 3 angeordnet sind, wobei das mittlere Einbauelement gegenüber dem oberen und unteren Einbauelement in bezug auf die Längsachse der Kolonne um 90" verschwenkt ist.
Durch ein Zuführrohr 4 wird als Strahl eine disperse Phase in das untere Einbauelement zentral eingeleitet. Hierbei wird keine radiale Verteilung der dispersen Phase über den Kolonnenquerschnitt erreicht. In der Randzone der Kolonne wird eine Rezirkulation der die Kolonne 1 von oben nach unten kontinuierlich durchströmenden Flüssigkeit (Effekt einer Mammutpumpe) bewirkt, wie durch Pfeilrichtung angegeben ist. Dieses hat zur Folge, dass der gewünschte Konzentrationsgradient in der kontinuierlichen bzw. in der dispersen Phase in Richtung der Kolonnenlängsachse nicht
erzielt werden kann. Anders ausgedrückt, kann in dieser Vorrichtung aufgrund der Konvektionsströmungen der kontinuierlichen Phase und der damit verbundenen Rückvermischung nicht die erforderliche Trennleistung erreicht werden.
Fig. l'a zeigt einen Querschnitt durch die Kolonne 1 längs der Schnittlinie A - A. Diese Darstellung verdeutlicht eine zentrale Ansammlung der Blasen bzw. Tropfen 2 der dispersen Phase beim Austritt aus dem Stoffaustauschteil der Kolonne.
Fig. lb zeigt eine Ausführungsform einer Kolonne 1 in einem Teil-Längsschnitt mit ebenfalls drei bekannten Einbauelementen 3.
In diesem Fall wird die disperse Phase einigermassen gleichmässig auf den Querschnitt des untersten Einbauelementes 3 mit Hilfe eines Rohrverteilers 5, der Lochungen 6 aufweist, aufgegeben. Anstelle dieser Aufgabeneinrichtung könnte beispielsweise auch ein Siebboden eingesetzt werden, wie es in den sog. Siebbodenkolonnen für Rektifikationsverfahren der Fall ist. Eine exakt gleichmässige Aufgabe der dispersen Phase ist jedoch aus etlichen Gründen nur schwer realisierbar.
Einerseits können die Lochungen durch Ablagerungen verstopft oder durch Benetzung durch die kontinuierliche Phase einen gleichmässigen Austritt der dispersen Phase über den Kolonnenquerschnitt verhindern.
Andererseits würde bei einer nur geringen Abweichung der Längsachse der Kolonne gegenüber der Senkrechten, eine ungleichmässige Verteilung der dispersen Phase die Folge sein.
Schliesslich kann bei einer nur geringen Randgängigkeit der Einbauelemente 3 wiederum eine Rezirkulation der kontinuierlichen Phase nicht verhindert werden.
Bei einer derart ausgeführten Kolonne müssten aufgrund dieser Nachteile die disperse Phase in freien Zwischenabschnitten gesammelt und wieder verteilt auf den Querschnitt des benachbarten Einbauelementes aufgegeben werden.
Dieses bedeutet, dass die erforderliche Kolonnenhöhe entsprechend grösser sein muss und zudem zusätzlich Vorrichtungen für die Sammlung und Verteilung der dispersen Phase benötigt würden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Extraktions- bzw. Absorptionsverfahren angewendete Kolonnen derart auszubilden, dass eine gute radiale Verteilung der dispersen Phase über den Kolonnenquerschnitt gewährleistet ist ohne Zwischenschaltung von Sammlern und Verteilern der dispersen Phase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zwischenlagen eines jeden Einbauelementes derart ausgebildet sind, dass sie einen Teil benachbarter Lagen gegeneinander abdecken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass in Richtung der Längsachse der Kolonne mindestens zwei Reihen von Zwischenlagen angeordnet sind, wobei die Zwischenlagen der übereinanderliegenden Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind, und die seitlichen Begrenzungen bis zur Innenwand der Kolonne reichen. Hierbei können die Zwischenlagen gleiche Länge aufweisen, wobei z. B. die Höhe der Zwischenlagen etwa die Hälfte der Höhe der Strömungskanäle aufweisenden Lagen aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Höhe der Zwischenlagen mindestens nahezu der Höhe der Strömungskanäle aufweisenden Lagen entsprechen, wobei sich die Zwischenlagen in der Breite bis mindestens nahezu an die seitliche Begrenzung der benachbarten Strömungskanäle aufweisenden Lagen erstrecken, wobei weiterhin jede Zwischenlage mindestens eine sich mindestens nahezu über die gesamte Breite der Zwischenlage erstreckende Aussparung aufweist, deren Höhe mindestens der Breite eines Strömungskanales entspricht. Hierbei kann jede Aussparung aus einer Mehrzahl von Teil-Aussparungen bestehen, die beispielsweise kreisförmig, quadratisch, trapezförmig oder dreieckig ausgebildet sein können. Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Fig. 2a und 2'a zeigen in schematischer Darstellungsweise analog zu den Fig. la, l'a und lb, I'b einen Teil Längsschnitt durch eine Kolonne, in welcher drei erfindungsgemäss, mit ebenen Zwischenlagen versehene Einbauelemente angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt in einem vergrösserten Teil-Längsschnitt durch eine Kolonne ein Einbauelement mit ebenen Zwischenlagen gemäss der Fig. 2a.
Die Fig. 3' und 3" zeigen in analoger Darstellungsweise zu Fig. 1 Teil-Längsschnitte durch eine Kolonne mit Teil Ansichten von hintereinanderliegenden Lagen eines Einbauelementes, welches der in den Fig. 2a und Fig. 3 dargestellten Ausführungsform entspricht.
Die Fig. 4 und 5 zeigen perspektivische Darstellungen eines Teiles eines gemäss den Fig. 3, 3' und 3" ausgebildeten Einbauelementes.
In den Fig. 6, 7 und 8 sind schematisch variante Ausführungsformen von Zwischenlagen dargestellt.
Gemäss Fig. 2a wird in eine Kolonne 7, in welcher drei Einbauelemente 8 übereinander angeordnet sind, wobei das mittlere Einbauelement gegenüber den beiden angrenzenden Einbauelementen um 90" um die Längsachse der Kolonne verschwenkt ist, durch ein Zuführrohr 9 eine disperse Phase strahlförmig auf die Unterseite des untersten Einbauelementes aufgegeben. Die Erfindung ist nicht auf diese Art der Zuführung der dispersen Phase beschränkt. So könnte die disperse Phase beispielsweise, wie anhand der Fig. lb erläutert ist, auch durch einen Rohrverteiler mit Lochungen oder durch einen Siebboden eingeleitet werden.
In Längsachse der Kolonne 7 sind zwischen je zwei benachbarten geriffelten Lagen 10 in jedem Einbauelement zwei Reihen von ebenen Zwischenlagen 11' bzw. 11" angeordnet, wobei die Zwischenlagen der übereinanderliegenden Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind, gleiche Höhe h aufweisen, welche der Hälfte der Höhe H der geriffelten, d.h. Strömungskanäle aufweisenden Lagen 10 entspricht (vergl. auch Fig. 3).
Aufgrund dieser Ausbildungsweise werden die Blasen bzw. Tröpfchen 2 der dispersen Phase gleichmässig über den Kolonnenquerschnitt verteilt, wie der Querschnitt gemäss Fig. 2'a durch die Kolonne 7 längs der Schnittlinie A - A zeigt und wie noch näher anhand der Fig. 3' und 3" erläutert wird.
Anhand der Fig. 3' und 3" wird im folgenden der Strömungsweg der dispersen Phase (Tröpfchen oder Blasen 2) durch ein Einbauelement, welches einer Ausführungsform.
wie sie in Fig. 2a und Fig. 3 dargestellt ist, erläutert.
Die Fig. 3' und 3" zeigen in Teilansichten insgesamt fünf hintereinanderliegende, geriffelte Lagen I, II und V, die identisch mit den geriffelten Lagen 10 in den Fig. 2a und 3 sind.
Analog zu den ebenen Zwischenlagen 11' bzw. 11" in den Fig. 2a und 3 ist zwischen den geriffelten Lagen I und II eine ebene Zwischenlage III und zwischen den geriffelten Lagen II und V eine ebene Zwischenlage IV angeordnet.
Während in den Teilen des Einbauelementes 8, die ohne Zwischenlagen sich direkt berühren, die Blasen oder Tröpfchen 2 unbehindert von der Struktur der Strömungskanäle senkrecht nach oben steigen, werden die Blasen oder Tröpfchen 2 in den Teilen, in welchen zwischen zwei entgegengesetzt geriffelten Lagen eine ebene Zwischenlage eingescho ben ist, von den Strömungskanälen der geriffelten Lagen jeweils entgegengesetzt nach aussen umgelenkt.
Durch die abwechslungsweise Anordnung von Bereichen gegeneinander verschlossener bzw. offener Strömungskanäle entlang der Kolonnenachse wird deshalb verhindert, dass alle Tröpfchen oder Blasen in der einmal eingeschlagenen Richtung bis zur Kolonnenwand verbleiben. Die Ausbildung einer irgendwie bevorzugten Quertransportrichtung wird hierbei vermieden.
Hierdurch wird einerseits der gewünschte Konzentrationsgradient längs der Kolonnenachse erreicht und andererseits aufgrund der wesentlich längeren Strömungswege der Tröpfchen oder Blasen 2 die Verweilzeit verlängert, so dass aufgrund dieser beiden Wirkungen über eine relativ kurze Länge des Stoffaustauschteiles die erforderliche Trennleistung erzielt wird.
Dieser Effekt konnte auch experimentell bestätigt werden.
Zu einer besseren räumlichen Vorstellung eines gemäss der vorstehend erläuterten Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Einbauelementes, dienen die Fig. 4 und 5. Diese Figuren zeigen in perspektivischer Darstellung Teile eines solchen Einbauelementes, wobei die Innenwand der Kolonne 7 strichpunktiert angedeutet ist und die Breite eines ebenen Strömungskanals mit b bezeichnet ist. Im übrigen sind für alle Elemente die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2a und 3 verwendet.
Anstelle von abwechslungsweise, versetzten, ebenen Zwischenlagen, wie in den Fig. 2a, 3, 3', 3", 4 und 5 dargestellt ist, können die Zwischenlagen beispielsweise auch entsprechend den Fig. 6, 7 oder 8 ausgebildet werden.
Hierbei sind die Höhe H und die Breite B der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Zwischenlagen identisch mit der Höhe und Breite der geriffelten Lagen eines Einbauelementes. Zwischen je zwei geriffelten Lagen ist eine ebene Zwischenlage angeordnet.
Gemäss Fig. 6 weist die Zwischenlage 12 zwei abstandsweise übereinanderliegende, sich über den grössten Teil der Breite B erstreckende, rechteckige Aussparungen 13 auf wobei die Höhe h' jeder Aussparung mindestens der Riffelbreite b (s. Fig. 4) einer geriffelten Lage entspricht. In Fig. 6 ist die hinter der Zwischenlage 12 sich befindende, geriffelte Lage
14 sichtbar.
Die in Fig. 7 dargestellte Zwischenlage 15 weist in bezug auf die geriffelten Lagen gleiche Abmessungen auf. Anstelle der sich über nahezu über die gesamte Breite erstreckenden Aussparungen 13 in Fig. 6 weist die Zwischenlage zwei übereinander angeordnete Reihen von einzelnen quadratischen Aussparungen 16 auf deren Höhe ebenfalls mindestens der Riffelbreite b der die Zwischenlagen berührenden Lagen entspricht. Die hinter der Zwischenlage 15 liegende geriffelte Lage ist mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet.
Anstelle der quadratischen Aussparungen können die Aussparungen beispielsweise einen kreisförmigen, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Eine weitere mögliche Ausführungsform einer Zwischenlage ist in Fig. 8 schematisch dargestellt.
Abweichend von Fig. 6 und 7 besteht hier die Zwischenlage aus einzelnen abstandsweise übereinander angeordneten rechteckigen Streifen 18. Für die Bemessung der Abstände gilt das gleiche wie für die Ausführungen gemäss Fig. 6 und 7. Die hinter den Streifen der Zwischenlagen liegende geriffelte Lage ist mit der Bezugsziffer 19 bezeichnet.
Die Zwischenlagen können z. B. aus Metall oder Kunststoff bestehen, zweckmässig aus dem gleichen Material wie die geriffelten Lagen.
Die die Einbauelemente bildenden geriffelten Lagen und Zwischenlagen können z. B. miteinander durch Punktschweissung verbunden werden oder im Falle der in Fig. 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform in eine Kolonne einzeln nacheinander eingeschoben werden und somit selbstzentrierend ausgebildet sein. Wenn erforderlich, können die Lagen auch mit der Kolonneninnenwand fest, z.B. durch Verschweissung, verbunden werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Zwischenlagen beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsformen, die vom Kennzeichnen des Anspruchs 1 überdeckt sind und die vorstehend beschriebene Wirkungsweise bei der Durchführung von Extraktionsbzw. Absorptionsverfahren in Stoffaustauschkolonnen zeigen, wenn eine disperse Phase mit einer kontinuierlichen Phase im Gegenstrom in Kontakt gebracht wird.
In einem Experiment konnte bei einer Vergleichsmessung eines mit erfindungsgemäss ausgebildeten Einbauelementen versehenen Rohrstückes mit einem mit den bekannten, ausschliesslich aus geriffelten Lagen bestehenden Einbauelementen versehenen Rohrstückes von 0,4 m Durchmesser und ca. 0,8 m Höhe folgendes ermittelt werden. Die beiden Rohre wurden mit Wasser gefüllt und Luft punktförmig zentral in die Rohre eingeleitet. Die Rezirkulation als Folge der schlechten Luftverteilung ohne Zwischenlagen bewirkte, dass ein am oberen Rohrende eingespritzter Farbstoss nach ca. 15 Sekunden am unteren Ende austrat, während mit Zwischenlagen dieses erst nach 30 Sekunden der Fall war.
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PATENT CLAIMS
1.Installation element for mass transfer columns which are flowed through in countercurrent by a continuous and a disperse phase, the installation element consisting of a plurality of layers lying in contact with one another parallel to the column axis, which have flow channels, and the flow channels in the individual layers essentially being aligned with one another run, and furthermore the flow channels of two adjacent layers intersect and at least between a number of adjacent layers having flow channels, flat intermediate layers are inserted, characterized in that the intermediate layers are designed such that they cover a part of adjacent layers against each other.
2. Installation element according to claim 1, characterized in that at least two rows of intermediate layers are arranged one above the other in the direction of the longitudinal axis of the column, the intermediate layers of the rows lying one above the other being offset from one another, and the lateral boundaries extend as far as the inner wall of the column.
3. Installation element according to claim 2, characterized in that the intermediate layers have the same height.
4. Installation element according to claim 3, characterized in that the height of the intermediate layers has about half the height of the layers having flow channels.
5. Installation element according to claim 1, characterized in that the height of the intermediate layers corresponds at least almost to the height of the layers having flow channels, and the width of the intermediate layers extend at least almost to the lateral boundary of the adjacent layers having flow channels, each intermediate layer at least has a recess which extends at least almost over the entire width of the intermediate layer, the height of which corresponds at least to the width of a flow channel.
6. Installation element according to claim 5, characterized in that each recess consists of a plurality of part recesses.
The invention relates to a built-in element for mass transfer columns according to the preamble of claim 1.
A structure of such built-in elements is known from CH PS 398 503.
The layers of the built-in element consist of corrugated lamellae, which touch each other, the corrugations forming the flow channels can have an undulating or zigzag-shaped contour. The known built-in elements are preferably used in rectification columns, the liquid phase filling the film down over the lamella surfaces and the gaseous phase flowing upwards filling the free gap volume of the built-in element.
It is a matter of mass transfer between two continuously flowing phases.
In the cited patent specification it is mentioned that, in the case of an increase in the surface area, it is desirable to insert an unerrated lamella between every two corrugated lamellae. In this case, the size of the non-corrugated slats is identical to that of the corrugated slats, i.e. they completely cover each other.
In contrast to this, an increase in surface area does not play a role in mass transfer processes as described in the preamble of claim 1.
The invention can be applied to mass transfer processes in which a disperse phase is to be brought into contact with a continuous phase in a column.
This can be an extraction or absorption process, with either a continuous liquid phase flowing downwards or upwards through the installation elements, which fills the free gap volume between the layers of an installation element, with a gap between the layers, i. H. the upstream or downward flowing disperse phase is brought into contact.
With liquid-liquid extraction, the light, liquid phase in droplet form rises or the heavier, disperse liquid phase sinks down.
In absorption processes in which the disperse phase is in vapor or gaseous form, the vapor or
Gas bubbles within the flow channels perpendicular to.
A complete covering of the layers having the flow channels by inserting flat layers covering these layers would not bring any profit, since neither the disperse phase nor the continuous phase do not spread as a film over the lamella surfaces.
The field of application of the invention is a completely different task than that of the known installation elements mentioned.
If one uses the known built-in elements, in which the flow channels of two adjacent layers intersect, in the extraction or absorption process, the following is established:
In Fig. 1, a column 1 is shown schematically in a partial longitudinal section with partial views of two successive layers I and II of a known built-in element arranged in column 1.
Assuming that the heavier liquid phase flows continuously downwards through the installation element, being laterally distributed through the flow channels, the flow channels do not cause any lateral distribution of the upward flowing, disperse, lighter, liquid or
gaseous or vapor phase, as shown by the flow path of the droplets or bubbles 2.
A consequence of this is that the residence time of the droplets or bubbles in the built-in element is short, and the chemical equilibrium can only be established slowly, i. H. To set the chemical equilibrium, a relatively large number of built-in elements and thus a large column height are required, which is hardly economically viable under certain circumstances.
Further significant disadvantageous effects that occur when installing the known built-in elements in a mass transfer column in the field of application of the invention are explained with reference to FIGS. La, l'a and lb, l'b.
Fig. La shows a schematic representation of a partial longitudinal section through a column 1, in which three known built-in elements 3 are arranged, wherein the middle built-in element is pivoted by 90 "with respect to the longitudinal axis of the column with respect to the longitudinal axis.
A disperse phase is introduced centrally into the lower installation element as a beam through a feed pipe 4. No radial distribution of the disperse phase over the column cross section is achieved. A recirculation of the liquid flowing continuously through the column 1 from top to bottom (effect of a mammoth pump) is effected in the edge zone of the column, as indicated by the direction of the arrow. The consequence of this is that the desired concentration gradient in the continuous or in the disperse phase does not in the direction of the column longitudinal axis
can be achieved. In other words, the required separation performance cannot be achieved in this device due to the convection flows of the continuous phase and the associated backmixing.
Fig. L'a shows a cross section through the column 1 along the section line A - A. This illustration illustrates a central accumulation of the bubbles or drops 2 of the disperse phase as it emerges from the mass transfer part of the column.
1b shows an embodiment of a column 1 in a partial longitudinal section, likewise with three known built-in elements 3.
In this case, the disperse phase is applied to the cross section of the lowermost installation element 3 to some extent evenly with the aid of a pipe distributor 5 which has perforations 6. Instead of this task device, for example, a sieve tray could also be used, as is the case in the so-called sieve tray columns for rectification processes. An exact uniform task of the disperse phase is, however, difficult to achieve for a number of reasons.
On the one hand, the perforations can be blocked by deposits or, by wetting through the continuous phase, prevent the disperse phase from emerging evenly over the column cross-section.
On the other hand, if the longitudinal axis of the column were only slightly deviated from the vertical, this would result in an uneven distribution of the disperse phase.
Finally, if the built-in elements 3 are only marginally accessible, recirculation of the continuous phase cannot be prevented.
In the case of a column of this type, the disperse phase would have to be collected in free intermediate sections due to these disadvantages and distributed again over the cross section of the adjacent built-in element.
This means that the required column height must be correspondingly larger and additional devices for collecting and distributing the disperse phase would also be required.
In contrast, the object of the invention is to design columns used for extraction or absorption processes in such a way that a good radial distribution of the disperse phase over the column cross section is ensured without the interposition of collectors and distributors of the disperse phase.
This object is achieved according to the invention in that the intermediate layers of each installation element are designed in such a way that they cover part of adjacent layers with respect to one another.
An advantageous embodiment of the invention can consist in that at least two rows of intermediate layers are arranged in the direction of the longitudinal axis of the column, the intermediate layers of the rows lying one above the other being offset with respect to one another and the lateral boundaries reaching as far as the inner wall of the column. The intermediate layers can have the same length, z. B. the height of the intermediate layers has about half the height of the layers having flow channels.
In another embodiment of the invention, the height of the intermediate layers can correspond at least almost to the height of the layers having flow channels, the width of the intermediate layers extending at least almost to the lateral boundary of the layers having adjacent flow channels, furthermore each intermediate layer having at least one at least one has a recess extending almost over the entire width of the intermediate layer, the height of which corresponds at least to the width of a flow channel. Here, each recess can consist of a plurality of partial recesses, which can for example be circular, square, trapezoidal or triangular. The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.
2a and 2'a show a schematic representation analogous to FIGS. La, l'a and lb, I'b a part of a longitudinal section through a column in which three built-in elements according to the invention, provided with flat intermediate layers, are arranged.
Fig. 3 shows an enlarged partial longitudinal section through a column of a built-in element with flat intermediate layers according to Fig. 2a.
3 'and 3 "show, in an analogous representation to FIG. 1, partial longitudinal sections through a column with partial views of successive layers of an installation element which corresponds to the embodiment shown in FIGS. 2a and 3.
4 and 5 show perspective representations of a part of an installation element designed according to FIGS. 3, 3 'and 3 ".
6, 7 and 8 schematically variant embodiments of intermediate layers are shown.
2a, in a column 7, in which three built-in elements 8 are arranged one above the other, the middle built-in element being pivoted by 90 "around the longitudinal axis of the column relative to the two adjacent built-in elements, a disperse phase in the form of a jet onto the underside through a feed pipe 9 The invention is not limited to this type of supply of the disperse phase, for example, as explained with reference to FIG. 1b, the disperse phase could also be introduced through a pipe distributor with perforations or through a sieve plate.
In the longitudinal axis of the column 7, two rows of flat intermediate layers 11 'and 11 "are arranged between two adjacent corrugated layers 10 in each installation element, the intermediate layers of the rows lying one above the other being offset with respect to one another and having the same height h, which is half the height H corresponds to the corrugated layers 10, ie, flow channels (see also FIG. 3).
On the basis of this design, the bubbles or droplets 2 of the disperse phase are distributed uniformly over the column cross-section, as the cross-section according to FIG. 2'a through the column 7 along the section line A - A shows, and as more closely with reference to FIGS. 3 'and 3 "is explained.
3 'and 3 "in the following the flow path of the disperse phase (droplets or bubbles 2) through an installation element, which is an embodiment.
as shown in Fig. 2a and Fig. 3 explained.
3 'and 3 "show in partial views a total of five consecutive, corrugated layers I, II and V, which are identical to the corrugated layers 10 in FIGS. 2a and 3.
Analogous to the flat intermediate layers 11 'and 11 "in FIGS. 2a and 3, a flat intermediate layer III is arranged between the corrugated layers I and II and a flat intermediate layer IV is arranged between the corrugated layers II and V.
While in the parts of the installation element 8, which directly touch each other without intermediate layers, the bubbles or droplets 2 rise unhindered from the structure of the flow channels, the bubbles or droplets 2 become flat in the parts in which between two oppositely corrugated layers Intermediate layer is inserted ben, deflected outward from the flow channels of the corrugated layers in opposite directions.
The alternating arrangement of areas of mutually closed or open flow channels along the column axis therefore prevents all droplets or bubbles from remaining in the direction once struck up to the column wall. The formation of a somewhat preferred transverse transport direction is avoided.
In this way, on the one hand the desired concentration gradient is achieved along the column axis and on the other hand the residence time is lengthened due to the much longer flow paths of the droplets or bubbles 2, so that due to these two effects the required separation performance is achieved over a relatively short length of the mass transfer part.
This effect could also be confirmed experimentally.
4 and 5 serve to provide a better spatial representation of a built-in element designed according to the above-described embodiment. These figures show a perspective view of parts of such a built-in element, the inner wall of the column 7 being indicated by dash-dotted lines and the width of a flat flow channel is denoted by b. For the rest, the same reference numerals as in FIGS. 2a and 3 are used for all elements.
Instead of alternating, offset, flat intermediate layers, as shown in FIGS. 2a, 3, 3 ', 3 ", 4 and 5, the intermediate layers can also be designed, for example, in accordance with FIGS. 6, 7 or 8.
Here, the height H and the width B of the intermediate layers shown in FIGS. 6 and 7 are identical to the height and width of the corrugated layers of a built-in element. A flat intermediate layer is arranged between two corrugated layers.
6, the intermediate layer 12 has two rectangular recesses 13 which are spaced one above the other and extend over the major part of the width B, the height h 'of each recess corresponding at least to the corrugation width b (see FIG. 4) of a corrugated layer. 6 is the corrugated layer located behind the intermediate layer 12
14 visible.
The intermediate layer 15 shown in FIG. 7 has the same dimensions with respect to the corrugated layers. Instead of the recesses 13 in FIG. 6, which extend over almost the entire width, the intermediate layer has two rows of individual square recesses 16 arranged one above the other, the height of which also corresponds at least to the corrugation width b of the layers touching the intermediate layers. The corrugated layer lying behind the intermediate layer 15 is designated by the reference number 17.
Instead of the square cutouts, the cutouts can have, for example, a circular, rectangular or triangular cross section.
Another possible embodiment of an intermediate layer is shown schematically in FIG. 8.
In contrast to FIGS. 6 and 7, the intermediate layer here consists of individual rectangular strips 18 arranged one above the other at intervals. The same applies to the dimensioning of the distances as for the embodiments according to FIGS. 6 and 7. The corrugated layer lying behind the strips of the intermediate layers is also shown the reference number 19 denotes.
The intermediate layers can, for. B. made of metal or plastic, suitably from the same material as the corrugated layers.
The corrugated layers and intermediate layers forming the installation elements can, for. B. are connected to one another by spot welding or, in the case of the embodiment shown in FIGS. 6 to 8, are inserted one by one into a column and are thus designed to be self-centering. If necessary, the layers can also be fixed to the inner wall of the column, e.g. by welding.
The invention is not limited to the illustrated embodiments of the intermediate layers, but includes all embodiments that are covered by the characterizing of claim 1 and the above-described mode of operation when performing extraction or. Absorption processes in mass transfer columns show when a disperse phase is brought into contact with a continuous phase in countercurrent.
In an experiment, the following could be determined in a comparative measurement of a pipe section provided with installation elements designed according to the invention with a pipe section provided with the known installation elements, consisting exclusively of corrugated layers, of 0.4 m in diameter and approximately 0.8 m in height. The two pipes were filled with water and air was introduced into the pipes in a central point. The recirculation as a result of the poor air distribution without intermediate layers caused a burst of paint injected at the upper end of the tube to emerge at the lower end after approx. 15 seconds, while this was only the case after 30 seconds with intermediate layers.