DD219112A1 - Fluessigkeitsverteilvorrichtung zum verteilen von fluessigkeiten in kolonnen mit packungen/fuellungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist einsetzbar in Kolonnen fuer Prozesse der Rektifikation, Destillation, Chemosorption, Ab- und Desorption und des direkten Waermeaustauschs in Gas/Dampf-Fluessigkeitskontaktprozessen. Ziel der Erfindung ist eine Fluessigkeitsverteilvorrichtung fuer Kolonnen, die sich durch eine universell einfache Bauart mit hohem Wirkungsgrad einsetzen laesst. Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Fluessigkeitsverteilung mit einer grossen Anzahl von Fluessigkeitsaufgabepunkten ueber den gesamten Kolonnenquerschnitt. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass zwischen den Fluessigkeitsverteilerrinnen 3 sowie der Packung/Fuellung 2 das durch Fuellelemente gebildete Dispergiersystem 4 angeordnet ist, dessen stufenartige oder gewellte Oberflaechenkontur mit ihren sich oeffnenden Freiraeumen 5 zu den Fluessigkeitsverteilerrinnen 3, deren Mittelachsen den jeweiligen Freiraum 5 des Dispergiersystems 4 halbierend schneiden, orientiert sind und jedem Freiraum 5 eine Fluessigkeitsverteilerrinne 3 zugeordnet ist. Anwendungsgebiet: In Kolonnen/Apparaten, vorrangig in Prozessen, die unter Vakuum ablaufen. Fig. 1 und 2

Description

a) Titel der Erfindung

Flussigkeitsvertei!vorrichtung zum Verteilen von Flüssigkeiten in Kolonnen mit Packungen/Füllungen

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist einsetzbar in Apparaten beziehungsweise Kolonnen für Prozesse der Rektifikation, Destillation, Chemosorption, Ab- und Desorption und des direkten ¥ärmeaustauschs in Gas/Dampf-Flüssigkeitskontaktprozessen zur Verbesserung der Verteilung der Flüssigkeit im Bereich der Flüssigkeitsaufgabe beziehungsweise zur Flüssigkeitszwischenverteilung, Vorteilhaft verwendbar list die Erfindung in Apparaten beziehungsweise Kolonnen, die bei kleinen Flüssigkeitsbelastungen und erhöhten Gas-ZDampfgeschwindigkeiten, wie beispielsweise in Prozessen, die unter Vakuum ablaufen, betrieben werden,

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Grad der Flüssigkeitsgleichverteilung in Apparaten und Kolonnen, die mit Packungen/Füllungen ausgerüstet sind, spielt für die Nutzung der Effektivität der Pakkung/Füllung eine dominierende Rolle. Die Zahl der

Flüssigkeitsaufgabepunkte pro m Apparate- beziehungsweise Kolonnenquerschnittsfläche stellt dabei neben dem hydrodynamischen Verhalten des Flüssigkeitsverteilers (Flüssigkeitskapazität, Verringerung des Apparatebeziehungsweise Kolonnenquerschnitts) das Hauptbewertungskriterium für einen Flüssigkeitsverteiler dar»

So sind zum Beispiel Flüssigkeitsverteiler-Konstruk-·

' 2

tionen bekannt, die bis zu 18 000 Tropfstellen pro m Apparate- oder Kolonnenquerschnittsfläche realisieren, wobei eine Verringerung des Apparate- beziehungsweise Kolonnenquerschnitts bis zu 50 $ zu berücksichtigen ist und die Flüssigkeitsbelastung maximal 10 m /m h beträgt. Dabei nimmt jedoch mit der Zahl der Flüssigkeitsauf gabepunkte der konstruktive Aufwand für die Fertigung des Verteilers zu, wobei gleichzeitig durch die Verringerung des Apparate- beziehungsweise Kolonnenquerschnitts in diesem Bereich die Gas-/Dampfgeschwindigkeit sehr stark ansteigt, so daß der Flüssigkeitsverteiler oftmals die obere gas-/dampfseitige . Belastungsgrenze des Apparates oder der Kolonne negativ beeinflussen kann« _x

Um dieser Absenkung der oberen gas-/dampfseitigeη Bellas tungsgren ze entgegenzuwirken, wird versucht, im Bereich des Flüssigkeitsverteilers eine konsequente beziehungsweise teilkonsequente Trennung des Gas-/ Dampfstromes von der Flüssigkeit zu erreichen.

In der OS 29^3 687 wird eine trogartige Vorrichtung zum Sammeln und Verteilen der Flüssigkeit für eine Gegenströmkolonne beschrieben. Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem Trogboden gesammelt wird und sich in diesem Dampfdurchtrittskaniine und Flüssigkeitsaufgaberöhrchen befinden. Durch die Gestaltung dieser Vorrichtung ist hier an den Stellen der größten Querschnittsverringerung eine gute Trennung des Gas-/Dampfstromes von der Flüssigkeit erreicht worden, so daß eine Absenkung der Lage der oberen gas-/dampfseitigen Belastungsgrenze nicht erwartet werden kann.

Als Nachteil dieser Lösung ist die komplizierte Fertigung des Verteilerbodens mit der Vielzahl der Flüssigkeitsaufgaberöhrchen anzusehen, da für eine gleich-

f mäßige Verteilung die Flüssigkeitseintrittsöffnüngen

in den Röhrchen einheitlich nivelliert sein müssen»

Für kleine Apparate- oder Kolonnenquerschnitte ist dies möglich., jedoch bei größeren Querschnitten nicht mehr zu gewährleisten. Des weiteren bleibt die Zahl .

der Flüssigkeitsaufgabepunkte pro m Apparate- beziehungsweise Kolonnenquerschnittsflache begrenzt,

In der OS 3013 783 wird ein Flüssigkeitsverteiler für eine Gegenstromkolonne dargestellt, der sich aus Flüssigkeitsaufgaberinnen und Verteilersystemen zusammensetzt, wobei die Verteilersysteme so an den Flüssigkeitsaufgaberinnen angeordnet sind, daß im Bereich der größten Querschaittsverringerung des Apparates beziehungsweise der Kolonne eine partielle Trennung des Gas-/Dampfstromes von der Flüssigkeit ein- , tritt. Im unteren Bereich der Flüssigkeitsverteilerrinne erfolgt eine laschenförniige Aufspaltung und Verteilung des Flüssigkeitsstromes über den Apparatebeziehungsweise Kolonnenqüerschnitt.. Doch bereits in diesem Bereich des noch existenten Einflusses der Querschnittsverringerung kommt der Gas-/Dampfstrom mit der Flüssigkeit in Berührung, und somit kann eine Absenkung der oberen Arbeitsbereichgrenze nicht ausgeschlossen werden. Für die Realisierung einer großen Zahl von Flüssigkeitsaufgabepunkten ist eine Vielzahl von Rinnen mit analogen Verteilersystemen notwendig, was jedoch den materiellen als auch den fertigungstechnischen Aufwand, der durch diese Konstruktion notwendig wird, gegenüber dem erzielten Effekt unvertretbar hoch ausfallen läßt.

d) Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Flüssigkeitsverteilvorrichtung für Apparate beziehungsweise Kolonnen, welche den bisherigen materiellen sowie fertigungstechnischen Aufwand erheblich einschränkt und sich trotz der einfachen Bauart universell, auch speziell in großen Querschnittsbereichen mit einem hohen "Wirkungsgrad einsetzen läßt» .

θ) Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur

j .

Flüssigkeitsverteilung in Apparaten beziehungsweise Kolonnen zu schaffen, die trotz einer großen Anzahl von Flüssigkaitsaufgabepunkten den Querschnitt des Apparates beziehungsweise der Kolonne im Bereich der Flüssigkeitsverteilvorrxchtung nur minimal einschränkt, so daß keine Kapazitätsgrenzen für den Gas-/Dampfstrom existent sind*

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsverteilern vorverteilt wird und von diesen nach Überlauf auf die Flüssigkeitsdispergiervorrichtung tropft. Die Flüssigkeitdispergiervorrichiung ist daher strukturell so aufgebaut, daß eine alternierende Anordnung von Füllelementen und Freiräuinen vorliegt» Von der Packung/Füllung ausgehend vergrößern sich die Freiräume in Richtung der Flüssigkeitsverteilerrinnen, des weiteren kongruieren die Mittelachsen der Flüssigkeitsverteilerrinnen mit denen der Freiräume.

Das Lückenvolumen der von den Fülleleinenten gebildeten Struktur der Dispergiervorrichtung ist dabei gleich oder größer dem der Packung/Füllung. Außerdem schließt die Dispergiervorrichtung entweder direkt an die Pakkung/Füllung nach oben an, oder sie ist zu dieser distanziert angeordnet.

Der Aufbau der Dispergiervorrichtung wird dabei vom Aufbau des Flüssigkeitsverteilers bestimmt* Bei einer linienförmigeη beziehungsweise trogförmigen Flüssigkeitsverteilung ist der alternierende Yechsel der von den Füllelementen gebildeten Struktur und der Freiräume ebenfalls linien- beziehungsweise trogförmig, Srfolgt eine kreis- beziehungsweise punktförmige Flüssigkeitsverteilung, so bildet die Dispergiervorrich-.tung ebenfalls kreis- beziehungsweise punktförmige Strukturen»

f ) Ausführungsbe ispie1

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierzu stellen dar:

Figur 1: Vorrichtung mit Flüssigkeitsverteilerrinnen und Dispergiersystem im Schnitt

Figur 2: Figur 1 in perspektivischer Darstellung Figur 3: Detaildarstellung der Wirkungsweise der Vorrichtung

Die Flüssigkeitsverteilvorrichtung gemäß Figur 1 und 2 ist senkrecht zum Kolonnenmantel 1 über den gesamten Querschnitt im Kolonneninnenraura angebracht und setzt sich aus der Packung/Füllung 2, dem darüber befindlichen Dispergiersystem 4 und den über diesen vorgesehenen Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 zusammen. Je nach Einsatz kann die Packung/Füllung 2 aus Streckmetall oder anderen Materialien mi/t bestimmter konstruktiver Struktur sowie Anordnung bestehen. Das darüber vorgesehene Dispergiersystem 4 hat eine stufen- , artige oder gewellte Oberflächenkontur, deren öffnungswinkel zu den Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 orientiert ist. Die stufenartige oder gewellte Oberflächenkontur des Dispergiersystems h wird je Kaskade von unten nach oben durch beispielsweise in der Ebene zueinander versetzte Streckmetallelernen te oder Füllkörper erreicht. Etwa in der maximalen Höhe der Kaskaden des Dispergiersys tems k beziehungsweise darüber sind die Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 so postiert, daß sie mit ihren Mittelachsen 6 die jeweiligen Freiräurae 5 des Systems über den gesamten Kolonnenquerschnitt halbierend schneiden. Dabei ist jedem Freiraum 5 eine Flüssigrkeitsverteilerrinne 3 zugeordnet. Um einen gleichmäßigen Austrag des Mediums aus den Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 und eine große Anzahl von Flüssigkeitsaufgabepunkten zu erreichen, sind in bestimmter Höhe

auf ihren Seitenflächen oder an den freien Enden derselben Öffnungen beziehungsweise spezifische Konturen, beispielsweise sägezahnartig, vorhanden, wodurch ein gleichmäßig verteiltes Ablaufen der Flussigkeit von den Verteilerrinnen über den gesamten Querschnitt der Kolonnen garantiert wird. Es ist möglich, in diesen Öffnungen oder an den Konturen Flüssigkeitsleitelemente anzubringen, die den zielgerichteten Flüssigkeitstransport in Richtung der Packung/Füllung 2 unterstützen, Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeitsverteiler als Rinnen, Verteilerrohre mit Austrittsbohrungen oder als kreisförmige Schüsseln beziehungsweise Tüllen auszubilden. Außerdem ist das freie Lückenvolumen der durch die Fülle lernente gebildeten Struktur , gleich oder größer als das der Packung/Füllung 2 zu wählen. Dazu wird nachfolgend angeführtes Anwendungsbeispiel näher erörtert:

Die im Kolonnenmantel 1 angeordnete Packung/Füllung 2 entsprechend Figur 3 wird für den zu realisierenden Prozeß der Stoff-¥ärme-Übertragung nur dann effektiv genützt, wenn die Flüssigkeit gleichmäßig über den gesamten Querschnitt mit einer großen Zahl von Flüssigkeitsaufgabe punkte η zur Verteilung kommt, Hierzu wird die Flüssigkeit in Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 nach bekannten Methoden vorverteilt und tropft nach Überströmen der Rinnenwand nach unten ab. Bei konventionellen Verteilersystemen ist die Abtropfstelle der Flüssigkeit von der Verteilerrinne 3 nahezu identisch mit der Flüssigkeit auf der Packung/Füllung 2. Durch die Existenz des Dispergiersystems h oberhalb der Packung/Füllung 2»erfolgt eine zielgerichtete Beeinflussung des Gas-/Dampfstromes im Bereich der Flüssigkeitsverteilerzone, so daß auf Grund der Lage der Lücken 5 des Dispergiersystems k auf der Mittelachse der Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 der Gas-/Dampfstrom vorzugsweise unterhalb der Flüssigkeitsverteilerrinnen

die Packung/Füllung 2 beziehungsweise das Dispergier— system k verläßt. Im Bereich, zwischen Flussigkeitsverteilerrinnen 3> jedoch unterhalb dieser, ist durch die Füllelemente des Dispergiersystems k nahezu kein Gas-/ Dampfstrom vorhanden.

Im Übergangsbereich zwischen Dispergiersystem h~ und Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 wird durch dieselben eine Umlenkung des Gas-/Dampfstromes zwischen den Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 erzwungen. Infolge der örtlich provozierten Gas-/DampfUngleichverteilung und der nachfolgenden Umlenkung des Gas-/Dampfstromes werden die von den Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 abtropfenden Flüssigkeitstropfen ebenfalls in Richtung, des Freiraumes zwischen den Flüssigkeitsverteilerrinnen 3 abgelenkt, Sie dispergieren und gelangen auf die Füllelemente des Dispergiersystems k, von denen sie in die Packung/Füllung 2 gleichmäßig verteilt abfließen.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Flüssigkeitsvarteilerrinnen 3 können im Apparate- beziehungsweise Kolonnenquerschnitt auch kreisförmig ausgebildet sein. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeit auch über andere Verteilersysteme, zum Beispiel Rohre, Tüllen, Tröge und so weiter, vorzuverteilen, . ,·

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in einer Vorrichtung zur Flüssigkeitaverteilung, in der ein großer, freier Strömungsquerschnitt für den Gas-/Dampfstrom existent ist und gleichzeitig eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über den Querschnitt des Apparates beziehungsweise dar Kolonne erreicht wird.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   1. Flüssigkeitsverteilvorrichtung zum Dispergieren von. Flüssigkeiten in Kolonnen/Apparaten, bestehend aus im Kolonneninnenraum vorgesehenen Packungen/Füllungen, über denen sich rinnenartige oder anders ausgebildete Flüssigkeitsverteiler befinden, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den Flüssigkeitsverteilerrinnen (3) sowie der Packung/Füllung (2) das durch Fülleiemente gebildete Dispergiersystem (4) angeordnet ist, dessen stufenartige oder gewellte Oberflächenkontur mit ihren sich öffnenden Freiräumen (5) zu den Flüssigkeitsverteilerrinnen (3)» deren Mittelachsen den jeweiligen Freiraum (5) des Dispergiersystems (4) halbierend schneiden, orientiert sind und jedem Freiraum (5) eine Flüssigkeitsverteilerrinne (3) zugeordnet ist,
2. 2. Flüssigkeitsverteilvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das freie Luckenvolumen der aus den Füllelementen gebildeten Struktur gleich oder größer ist als das freie Lückenvolumen der Packung/ Füllung (2).

   3· Flüssigkeitsverteilvorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Dispergiersystem (k-) distanziert zur Packung/Füllung (2) angeordnet'ist,

   h, Flüssigkeitsverteilvorrichtung nach Punkt 1, 2 und .3, gekennzeichnet dadurch, daß die Vergrößerung der Freiräuine (5) stufenförmig oder gleichmäßig erfolgt.

   5» Flüssigkeitsverteilvorrichtung nach Punkt 1 ,· 2, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitsverteiler als linien-, kreis- oder punktförmige Flüssigkeit sver-teiler ausgeführt sind.

   - Hierzu 2 Seiten Zeichnungen .'- '