DD248288A1 - Gas (dampf)-fluessigkeitskontaktapparat fuer den abwaerts gerichteten phasengleichstrom - Google Patents

Abstract

Der erfindungsgemaesse Gas- (Dampf-) Fluessigkeitskontaktapparat ist fuer die Kontaktierung von feststoffbeladenen Gas- (Dampf-) Stroemen mit hochsiedenden Fluessigkeitskomponenten einsetzbar. Das Ziel ist es, mit dem Gas- (Dampf-) Fluessigkeitskontaktapparat hoechste Fluessigkeitsdurchsaetze unter minimalsten gas- (dampf-) seitigen Druckverlusten, bei hoher Intensitaet der Stoff- und Waermeuebertragungseffekte, zu erreichen. Die Aufgabe besteht darin, fuer den abwaerts gerichteten Phasengleichstrom eine Kontaktierung von vorzugsweise feststoffbeladenen Gas- (Dampf-) Stroemen mit hochsiedenden Fluessigkeitskomponenten zu gewaehrleisten. Erfindungsgemaess werden innerhalb einer Verteilerkammer getrennte, abgeschlossene Fluessigkeitsverteilersysteme oberhalb und unterhalb einer Gas- (Dampf-) Eintrittsoeffnung angeordnet. Beim unteren Fluessigkeitsverteilersystem ist jedem Kontaktkanal des Kontaktkanalsystems eine Fluessigkeitsausstroemoeffnung zentrisch zum jeweiligen Kontaktkanal in einem definierten Abstand zu deren Eintrittsoeffnung zugeordnet. Der freie Stroemungsquerschnitt der Fluessigkeitsausstroemoeffnung ist dabei kleiner als 1% des jeweiligen Kontaktkanalquerschnittes, der rund oder als ein gleichmaessiges bzw. ungleichmaessiges Vieleck ausgebildet sein kann. Die Kontaktkanaele sind mit oder ohne Einbauten im Fluessigkeitskontaktapparat einsetzbar. Eine Ummantelung des Kontaktkanalsystems ist ebenfalls moeglich. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich auf einen Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat, der im abwärts gerichteten Phasengleichstrom arbeitet und vorzugsweise für die Kontaktierung von feststoffbeladenen Gas(Dampf)-Strömen mit hochsiedenden Flüssigkeitskomponenten Anwendung findet. Der Einsatz ist in der chemischen Industrie bei der Rektifikation, Absorption, Exsorption, Chemosorption sowie bei Problemen der direkten Wärmeübertragung möglich..

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Kontaktierung von Gasen (Dämpfen) mit Flüssigkeiten werden häufig Apparate eingesetzt, bei denen die Flüssigkeit über Düsen mit hoher Geschwindigkeit in ein Strahlrohr gefördert wird. Dabei kommt es zur Abscheidung von in den Gasen (Dämpfen) enthaltenen Stäuben und/oder gasförmigen Verunreinigungen wie SO₂, HCL, H₂SO₄-Nebel u.a. Apparate dieser Art sind häufig noch mit speziellen Einbauten versehen, die den unterschiedlichsten Zwecken dienen. Ein Apparat dieser Art ist in der DE-OS 2243413 dargestellt. Ein spezieller Einbau dient hier der besseren Trennung des entstandenen Zweiphasengemisches in Gas (Dampf) und Flüssigkeit. K. Holzer (Chem.-Ing.-Techn. Nr. 51 1979 S. 200) gibt in seiner Arbeit einen Überblick zur Funktionsweise und Leistungsfähigkeit der in der Industrie zum Einsatz kommenden Naßwäscher-Typen. Sie finden primär bei der Entstaubung von Gasen (Dämpfen) bzw. bei der Absorption von Schadstoffen aus Gasen (Dämpfen) Anwendung.

Die DE-OS 3109498 offenbart eine Anlage, bei der Strahlwäscher der oben genannten Art so in Reihe geschaltet sind, daß die gezielte Fraktionierung in niedrig-siedendes Kopf- und höhersiedendes Sumpfprodukt bzw. entsprechende Zwischenfraktionen möglich ist.

Für die Behandlung von Dämpfen, die extrem hochsiedende Komponenten aufweisen, sind die dargestellten Lösungen nicht verwendbar. Solche Dämpfe entstehen beispielsweie bei der thermischen Zersetzung (Pyrolyse) von Plast- und Gummiabfällen und haben Siedepunkte bis 500°C. Bei Temperatursenken kondensieren diese Komponenten aus, bilden hochviskose Flüssigkeiten, die auf Grund der großen Zahl von Radikalen in kurzer Zeit eine feststoffartige Konsistens aufweisen. Zusätzlich erschwerend wirkt bei diesen Prozessen, der im Dampf als Staub enthaltene, ebenfalls sehr reaktive Feststoff, der in Verbindung mit den hochsiedenden Komponenten eine starke Sedimentation bewirkt. Davon ist im Besonderen der Kopf der Strahlungsapparate betroffen. Es kommt hier bei den oben dargestellten Lösungen zum Zuwachsen dieser Anlagenteile, was sich zu Beginn in einer starken Erhöhung des Druckverlustes äußert, und später den Ausfall der Anlage zur Folge hat.

Des weiteren haben diese Apparate den Nachteil, daß bei großen Querschnitten eine reduzierte Effektivität in den Randzonen existent ist, da eine "gleichmäßige Flüssigkeitsverdüsung über große Querschnitte nicht problemlos realisierbar ist. Darüber hinaus ist bei den beschriebenen Lösungen keine gezielte Temperaturbeeinflussung über die Gesamtlänge der Apparate möglich, so daß in Zonen niedererTemperatur Kondensationseffekte, verbunden mit Ablagerungen, auftreten können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt darin begründet, einen Gas (Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat zum Einsatz zu bringen, mit dem es möglich wird, höchste Flüssigkeitsdurchsätze unter minimalsten gas(dampf)-seitigen Druckverlusten, bei gleichzeitiger hoher Intensität der Stoff- und Wärmeübertragungseffekte zu erreichen. Ein kontinuierlicher, störungsfreier Betrieb ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand soll erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat für den abwärts gerichteten Phasengleichstrom einzusetzen, der für eine Kontaktierung von vorzugsweise feststoffbeladenen Gas(Dampf)-Strömen mit hochsiedenden Flüssigkeiten geeignet ist und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit bei kontinuierlichem Betrieb gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Verteilerkammer, zwei voneinander getrennte, abgeschlossene Flüssigkeitsverteilersysteme so angeordnet sind, daß ein Flüssigkeitsverteilersystem sich oberhalb einer Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung und das andere Flüssigkeitsverteilersystem sich unterhalb der Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung befindet. Das untere Flüssigkeitsverteilersystem ist dabei so aufgebaut, daß jedem Kontaktkänal des Kontaktkanalsystems eine Flüssigkeitsausströmöffnung zentrisch zum jeweiligen Kontaktkanal, jedoch in einem Abstand der dem 0 bis 2fachen des gleichwertigen Durchmessers des Kontaktkanals entspricht, zu deren Eintrittsöffnung distanziert, zugeordnet ist. Der freie Strömungsquerschnitt der Flüssigkeitsausströmöffnung ist kleiner als 1 % des jeweiligen Kontaktkanalquerschnittes, der rund oder als ein gleichmäßiges bzw. ungleichmäßiges Vieleck ausgebildet sein kann. Eine Anordnung der Kontaktkanäle ohne Distanz bzw. mit Distanz ist möglich, wobei die Teilung der Achsen der Kontaktkanäle beliebig ausgeführt ist. Die Kontaktkanäle sind mit oder ohne Einbauten im Flüssigkeitskontaktapparat einsetzbar. Das Kontaktkanalsystem kann ebenfalls von einem Mantel umschlosen sein, in dem Mediumein- und -austrittsöffnungen vorhanden sind.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels zu den dargestellten Figuren näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1: Kontaktapparat im Vertikalschnitt

Figur 2: Detaildarstellung der unteren Flüssigkeitsverteilerebene

Figur 3: Kontaktzone mit quadratischen Kontaktkanälen ohne Distanz

Figur 4: Kontaktzone mit dreieckigen Kontaktkanälen ohne Distanz ^J

Figur 5: Kontaktzone mit kreisförmigen, distanziert angeordneten Kontaktkanälen, die von einem Mantel umgeben sind

Wie aus der Figur 1 ersichtlich, sind die Hauptbestandteile des Gas(Dampf)-Flüssigkeitsapparates für den abwärts gerichteten Phasengleichstrom die Verteilerkammer 1 und das Kontaktkanalsystem 2. Erfindungsgemäß sind in der Verteilerkammer 1 zwei voneinander getrennte, gegenüber dem Gas(Dampf) abgeschlossene Verteilersystem 4/5 angeordnet. Dabei befindet sich das Verteilersystem 4 oberhalb und das Verteilersystem 5 unterhalb der in der Verteilerkammer 1 befindlichen Gas(Dampf)-Einströmöffnung 3. Unterhalb der Verteilerkammer 1 ist das Kontaktkanalsystem 2 angeordnet. Es besteht aus mehreren Kontaktkanälen 7 (Figur 2,3,4), die kreisförmig oder als gleichmäßiges bzw. ungleichmäßiges Vieleck ausgebildet sein können. Das Kontaktkanalsystem 2 ist so unterhalb der Verteilerkammer 1 angeordnet, daß jedem Kontaktkanal 7 eine Flüssigkeitsausströmöffnung 6 des Verteilersystems 5 zentrisch zugeordnet ist. Als Flüssigkeitsausströmöffnungen 6 des Verteilersystems 5 sind vorzugsweise Treibdüsen angeordnet. Die Unterkante der Flüssigkeitsausströmöffnung 6 ist oberhalb der Einströmöffnung des Kontaktkanals 7 in einem Abstand von 0 bis 100mm Höhe, vorzugsweise 70 mm, angeordnet. Die Anordnung der Flüssigkeitsausströmöffnung 6 unterhalb der Einströmöffnung des Kontaktkanals 7 ist zu vermeiden; eine Erhöhung des Druckverlustes wäre die Folge.

Die Anordnung der Kontaktkanäle 7 mit oder ohne Distanz resultiert aus dem angestrebten Verwendungszweck. Während die Varianten ohne Distanzierung der Kontaktkanäle 7 sehr platzsparend sind, besteht bei Bauformen mit Distanzierung der Kontaktkanäle 7 und Mantel 8 die Möglichkeit der gezielten Wärmeab- bzw. -zufuhr. Kontaktkanäle 7 mit Distanz bzw. solche bei denen zwischen den Kontaktkanälen 7 Hohlräume bestehen, erfordern den Einsatz von Kontaktkanalböden, ähnlich den Rohrböden von RWÜ's. Mögliche Einbauten in den Kontaktkanälen erhöhen den Druckverlust, verbessern aber den Wärme- bzw. Stoffaustausch.

Im weiteren wird die Erfindung in ihrer Funktion näher beschrieben:

Die Flüssigkeit strömt über Rohrleitungen in die Flüssigkeitsverteilersysteme 4/5. Die Ausströmöffnungen des oberen Flüssigkeitsverteilersystems 4 sind so angeordnet und gestaltet, daß sie die gesamte Verteilerkammer 1 oberhalb der Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung 3 mit Flüssigkeit beaufschlagen. Es kommt hier besonders darauf an, die Flüssigkeitsverteilung derart zu gewährleisten, daß auch die Wandung der Verteilerkammer 1 ständig mit Flüssigkeit gespült wird. Vorzugsweise sind Sprühdüsen vorgesehen, die einen großen Sprühwinkel aufweisen. Natürlich können auch andere Flüssigkeitsverteilersysteme zum Einsatz kommen. Der Gas(Dampf)-Strom, vorzugsweise feststoffbeladen und mit hochsiedenden Flüssigkeitskomponenten

behaftet, gelangt durch die Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung 3 in die Verteilerkammer 1 und durchströmt danach die Kontaktkanäle 7, gemeinsam mit der aus den Flüssigkeitsaustrittsöffnungen 6 des Flüssigkeitsverteilersystems 5 austretenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeitsausströmöffnungen 6 müssen dabei vorzugsweise eine Vollkegelströmung mit geringem Sprühwinkel gewährleisten. In den Kontaktkanälen 7 bildet sich eine Zweiphasenströmung, die einen intensiven Wärme- und Stoffaustausch gewährleistet und gleichzeitig im Gas(Dampf) enthaltene Feststoffe abscheidet. Die oben aufgeführten Gas(Dampf)-Flüssigkeitsprodukte, wie sie beispielsweise bei der thermischen Zersetzung von Plast- und Gummiabfällen entstehen, weisen eine Vielzahl von Radikalen auf und sind deshalb, ebenso wie die Feststoffe sehr reaktiv. Bei Temperatursenken in Apparaten kondensieren solche hochsiedenden Komponenten aus und nehmen durch nachfolgende Reaktionen, auch in Verbindung mit den reaktionsfreudigen Feststoffen, eine feste Konsistens an. Wie die Praxis zeigt, beginnen solche Ablagerungen stets an den Wandungen von Apparaten. Die erfindungsgemäße Lösung trägt diesen Effekten Rechnung. Durch die Anordnung des Flüssigkeitsverteilersystems 4 und die oben beschriebene Gestaltung wird eine Zuwachsen der Verteilerkammer 1 verhindert. Auskondensierte hochsiedende Bestandteile des Gas(Dampf)-Stromes gehen sofort in Lösung. Der Phasenkontakt zwischen dem Gas(Dampf)-Strom und der Flüssigkeit erfolgt im Tropfen-Film-Regime, wobei im Bereich des unteren Flüssigkeitsverteilersystems 5 und im oberen Teil der Kontaktkanäle 7 dasTropfenregime überwiegt. Mit zunehmenden Abstand vom unteren Flüssigkeitsverteilersystem 5 nimmt der Anteil des Filmregimes im Kontaktkanal 7 zu. Dies begünstigt die in einem an die Kontaktkanäle 7 anschließenden bekannten Separationsbehälter stattfindende Trennung von Flüssigkeit und Gas. Die Unterseite des Kontaktkanalsystems 2 wird gegebenenfalls wieder durch einen Kontaktkanalboden gebildet. Die Flüssigkeit wird teilweise oder vollständig erneut den Flüssigkeitsverteilersystemen 4/5 zugeführt. Vorteile der Erfindung sind:

— Möglichkeit der Behandlung von Produkten, die extrem hochsiedende Komponenten und Feststoffpartikel, die sehr reaktiv sind, enthalten

— konstant niedrige Druckverluste durch Ausschließen von Ablagerungen und Verkrustungen, damit energiesparend

— gezielte Beeinflussung des Prozesses durch mögliche Wärmezu- bzw. Abführung im Mantenraum

— kompakte Bauformen

— hohe Gas(Dampf)- und Flüssigkeitsdurchsätze bei gleichzeitig extremen Flüssigkeits-Dampf-Verhältnissen

Claims (7)

1. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktappärat für den abwärts gerichteten Phasengleichstrom, vorzugsweie für die Kontaktierung von feststoffbeladenen Gas(Dampf)-Strömen mit hochsiedenden Flüssigkeitskomponenten geeignet^ dadurch gekennzeichnet, daß in einer Verteilerkammer (1), zwei voneinander getrennte, abgeschlossene Flüssigkeitsverteilersysteme (4/5) so angeordnet sind, daß das Flüssigkeitsverteilersystem (4) sich oberhalb einer Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung (3) und das andere Flüssigkeitsverteilersystem (5) unterhalb der Gas(Dampf)-Eintrittsöffnung (3) befindet, wobei das untere Flüssigkeitsverteilersystem (5) so aufgebaut ist, daß jedem Kontaktkanal (7) des Kontaktkanalsystems (2) eine Flüssigkeitsausströmöffnung (6) zugeordnet ist und die Flüssigkeitsausströmöffnung (6) zentrisch zum jeweiligen Kontaktkanal (7), jedoch in einem Abstand der dem 0 bis 2fachen des gleichwertigen Durchmessers des Kontaktkanals (7) entspricht, zu dessen Einströmöffnung distanziert angeordnet ist und der freie Strömungsquerschnitt der Flüssigkeitsausströmöffnung (6) kleiner als 1 % des jeweiligen Kontaktkanalquerschnittes ist.

2. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kontaktkanäle (7) rund oder als ein gleichmäßiges bzw..ungleichmäßiges Vieleck ausgebildet ist.

3. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkanäle (7) ohne Distanz zueinander angeordnet sind.

4. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkanäle (7) mit Distanz zueinander angeordnet sind.

5. Gäs(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Achsen der Kontaktkanäle (7) beliebig ausgeführt ist.

6. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^ς Kontaktkanäle (7) mit oder ohne Einbauten ausgestattet sind.

7. Gas(Dampf)-Flüssigkeitskontaktapparat nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktkanalsystem (2) von einem Mantel (8), mit Mediumein- und -austrittsöffnung (9/10), umgeben ist.