DD279822A1 - COLUMN GROUND - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet einen Kolonnenboden. Die Erfindung betrifft einen Querstromboden fuer Waerme- und Stoffuebertragungsprozesse zwischen Gas und Fluessigkeit. Anwendungsgebiete sind Destillation, Rektifikation, Absorption, Desorption u. a. Es ist Aufgabe, einen Querstromboden derart zu gestalten, dass vom Gasstrom auf die Fluessigphase eine im Winkel vom Gasdurchsatz unabhaengige, aber abgestufte Foerderwirkung in Hauptstroemungsrichtung ausgeuebt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen den mit Ventilelementen bestueckten Segmenten im ersten Viertel des Stroemungsweges der Fluessigkeit und nach zwei Vierteln mindestens je ein mit Formperforation versehenes Segment in einer solchen Folge angeordnet ist, dass sich vor dem Ablaufschacht stets ein mit Ventilelementen bestuecktes Segment befindet. Dabei sind die Gasdurchtrittsoeffnungen schraeg auf den Ablaufschacht orientiert. Die Flaeche des ersten Segments mit Formperforation betraegt 10-25% der aktiven Flaeche. Das Flaechenverhaeltnis nimmt in Hauptstroemungsrichtung zu. Das Verhaeltnis der formperforierten Flaeche zu der Ventilelementenflaeche ist kleiner als 0,9. Mit der Erfindung wird der Arbeitsbereich vergroessert, der Druckverlust verringert bei besserem Wirkungsgrad. Fig. 2The invention includes a column bottom. The invention relates to a cross-flow bottom for heat and mass transfer processes between gas and liquid. Areas of application are distillation, rectification, absorption, desorption and the like. a. It is an object to design a cross flow mode in such a way that from the gas flow to the liquid phase, an accelerating effect independent of the gas flow rate but graduated in the main flow direction is exercised. This is achieved in that between the segments equipped with valve elements in the first quarter of the flow path of the liquid and after two quarters at least one perforated segment is arranged in such a sequence that there is always a segment filled with valve elements in front of the downcomer. The gas passage openings are oriented diagonally on the downcomer. The area of the first segment with perforation is 10-25% of the active area. The area ratio increases in the main flow direction. The ratio of the mold-perforated surface to the valve element area is less than 0.9. With the invention of the work area is increased, the pressure loss decreases with better efficiency. Fig. 2
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft einen Querstromboden für Kolonnen zur Realisierung von Wärme- und Stoffübertragungsprozessen zwischen einer Gas- und einer Flüssigphase, z.B. bei der Destillation, Rektifikation, Absorption, Desorption u.a.The invention relates to a cross flow bottom for columns for the realization of heat and mass transfer processes between a gas and a liquid phase, e.g. in distillation, rectification, absorption, desorption and the like.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Nach DD-PS 216633 ist zur Durchführung von Stoff- und Wärmeübertragungsprozessen ein Querstromsiebboden mit richtungsorientierter Flüssigkeitsführung durch Ventüalemente bekannt. Dabei sind die Ventilelemente so angeordnet, daß sie innerhalb eines Siebbodensegmentes bei Erreichen ihres Maximalhubes einen spitzen Wink "I in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit zur Siebbodenplatte bilden.According to DD-PS 216633 a cross-flow screen floor with direction-oriented liquid management by Ventüalemente is known for performing material and heat transfer processes. The valve elements are arranged so that they form an acute angle "I in the main flow direction of the liquid to the sieve bottom plate within a Siebbodensegmentes reaching their maximum stroke.
Der Nachteil dieser Querstromböden besteht darin, daß bei geringen Gasbelastungen, bei denen es nicht zum Abheben der Ventilelemente kommt, eine Transportwirkung der Gasphase auf die Flüssigkeit ausbleibt. Weiterhin ist nachteilig, daß bei vollem öffnungswinkel der Ventilelemente bei höherer Gasbelastung der Winkel zwischen der horizontal verlaufenden Flüssigkeitshauptströmungsrichtung und der Blasrichtung der Gasphase zu groß wird und damit die Transportwirkung Jes Gases auf die Flüssigkeit !n Richtung des Ablaufschachtes abnimmt.The disadvantage of these crossflow trays is that at low gas loads, where it does not come to lift the valve elements, a transport effect of the gas phase fails to the liquid. Another disadvantage is that at full opening angle of the valve elements at higher gas load, the angle between the horizontally extending liquid main flow direction and the blowing direction of the gas phase is too large and thus the transport effect Jes gas on the liquid ! n direction of the downcomer decreases.
Nach DE-AS 2442530 und US-PS 4118446 wird ein Ventilboden für Stoffaustauschkolonnen vorgeschlagen, dessen Ventilelemente bei niedrigen Gasbelastungen in Richtung des Flüssigkeitshauptströmungsweges und bei hohen Gasbelastungen vollständig geöffnet sind.According to DE-AS 2442530 and US-PS 4118446 a valve plate for mass transfer columns is proposed, the valve elements are fully opened at low gas loads in the direction of the liquid main flow path and at high gas loads.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß der Gasstrom nur bei mittleren Belastungen eine Transportwirkung auf die Flüssigphase in Richtung Ablaufschacht ausübt.A disadvantage of this solution is that the gas flow exerts a transport effect on the liquid phase in the direction of the downcomer only at medium loads.
Das Ausbieiben der Förderwirkung bei höheren Gasbelastungen wirkt sich negativ auf die flüssigkeitsseitige Belastbarkeit dieses Bodensaus.The Ausbieiben the conveying effect at higher gas loads has a negative impact on the liquid-side load capacity of this Bodensaus.
Nach SU-PS 1018663 ist ein Boden bekannt, der aus perforierten Segmenten und aus mit Ventilelemunton bestückten Segmenten besteht. Dabei sind die Ventilelemente einseitig mit perforierten Scheiben derart starr ve: Linden, daß diese Scheiben bei vollständig in Richtung des Hauptströmungsweges der Flüssigkeit geöffneten Ventilelementen die perforierten Segmente abdecken. Bei großen Gasbelastungen kommt es zum besagten Schließen der Gasdurchtrittsöffnungen der perforierten Segmente, wodurch der gesamte Gasstrom durch die Ventile gezwungen wird. Dabei ist nachteilig, daß der Teil der aktiven Bodenfläche, der mit Perforation versehen isi, für die erforderliche intensive Gas-/Flüssigkeitskontaktierung nicht mehr in Betracht kommt. Dadurch werden der Bodenwirkungsgrad ungünstig beeinflußt und der Druckverlust erhöht.According to SU-PS 1018663 a floor is known, which consists of perforated segments and equipped with Ventilemununten segments. In this case, the valve elements are on one side with perforated discs so ve: Linden that these discs cover fully opened in the direction of the main flow path of the liquid valve elements, the perforated segments. At high gas loads, said gas passage openings of the perforated segments close, forcing the entire gas flow through the valves. It is disadvantageous that the part of the active bottom surface, which is provided with perforation isi, no longer comes into consideration for the required intensive gas / liquid contacting. As a result, the soil efficiency is adversely affected and increases the pressure loss.
In eier DE-PS 28(P882 wird ein kreisförmiger Siebboden beschrieben, der mit Schlitzen zur Orientierung des Gasstromes derart versehen ist, daß das durch die Schlitze strömende Gas auf Grund seiner Transportwirkung auf die Flüssigkeit diese gleichmäßig über den Boden verteilt.In DE-PS 28 (P882 a circular sieve bottom is described, which is provided with slots for orientation of the gas flow such that the gas flowing through the slots due to its transport effect on the liquid evenly distributed over the soil.
Nachteilig wirkt sich bei diesem Bodentyp aus, daß die Gasdurchtrittsöffnungen starr sind und sich damit nicht mit steigendem Gasdurchsatz erweitern, um einem steigenden Druckverlust vorzubeugen und ein günstiges Dispersionsregime zu erzeugen.A disadvantage of this type of soil that the gas passages are rigid and thus do not expand with increasing gas flow rate, to prevent increasing pressure loss and to produce a favorable dispersion regime.
Nach SU-PS 980743 wird ein Querstromboden benutzt, der mit Ventilelementen bestückt ist, welche den durchtretenden Gasstrom derart von der Vertikalen ablenken, daß dieser beim Kontakt mit der Flüssigkeit auf diese eine Transportwirkung in Richtung des Ablaufschachtes ausübt.According to SU-PS 980743 a cross-flow is used, which is equipped with valve elements which deflect the gas stream passing from the vertical so that it exerts on contact with the liquid on this a transport effect in the direction of the downcomer.
Ein Nachteil dieser Anordnung ist, d,. ß der Winkel zwischen dem Gasstrom und der Flüssigkeitshauptströmungsrichtung mit zunehmendem Gasdurchsatz und damit größer v/erdendem Öffnungswinkel der Ventilelemente größer wird und damit die be;;c jte Transportwirkung abnimmt.A disadvantage of this arrangement is, d ,. ß the angle between the gas flow and the liquid main flow direction becomes larger with increasing gas flow rate and thus greater v / erdendem the opening angle of the valve elements and thus decreases the be ;; c jte transport effect.
Ger iß US-PS 4225451 ist ein Ventilboden bekannt, bei dem der Gasstrom nur in Richtung des Hauptströmungsweges der Flü. gphase durch die Ventilelemente geführt wird. Da sich der Öffnungswinkel der Ventilelemente mit steigender Gasbelastung erhöht, vergrößert sich auch der Winkel zwischen Gas- und Flüssigkeitsstrom mit zunehmendem Gasdurchsatz.Ger is US-PS 4225451 a valve bottom is known in which the gas flow only in the direction of the main flow path of the Flü. gphase is guided through the valve elements. As the opening angle of the valve elements increases with increasing gas load, the angle between gas and liquid flow increases with increasing gas flow rate.
Nachteil.^, !ei, Haß dadurch die Transportwirkung des Gasstromes abnimmt.Disadvantage. ^,! Ei, Haß thereby decreases the transport effect of the gas stream.
Ziel der Erfindung ist es, einen Kolonnenboden zu schaffen, dereinen zu höheren Gas- und Flüssigkeitsdurchsätzen vergrößerten Arbeitsbereich bei verringertem Druckverlust sowie verbessertem Wirkungsgrad aufweist.The aim of the invention is to provide a column tray which has a working area increased to higher gas and liquid flow rates with reduced pressure loss and improved efficiency.
Die zu lösende technische Aufgabe besteht darin, einen Querstromboden derart zu gestalten, daß vom Gasstrom auf die Flüssigphase eine im Winkel vom Gasdurchsatz unabhängige, aber abgestufte Förderwirkung in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit vom Zu- zum Ablauf ausgeübt wird.The technical problem to be solved is to design a cross flow mode in such a way that from the gas flow to the liquid phase an conveying effect independent of the gas flow rate but graduated in the main flow direction of the liquid is exerted from inlet to outlet.
Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß zwischen den mit Ventilelementen bestückten Segmenten im ersten Viertel des Strömungsweges der Flüssigkeit und nach zwei Vierteln mindestens je ein mit Formperforation versehenes Segment in einer solchen Folge angeordnet ist, daß sich vor dem Ablaufschacht stets ein mit Ventilelementen bestücktes Segment befindet.This is essentially achieved in that between the equipped with valve elements segments in the first quarter of the flow path of the liquid and after two quarters at least one each with a perforated segment is arranged in such a sequence that before the downcomer always equipped with valve elements segment located.
Dabei sind die Gasdurchtrittsöffnungen >n den Segmenten mit Formperforation so in das Blech eingebracht, daß deren Mittelachse in einem Winkel von 10 bis 30° zur Horizontalen in Richtung auf den Ablaufschacht orientiert sind.In this case, the gas passage openings are> n the segments with form perforation introduced into the sheet, that the central axis are oriented at an angle of 10 to 30 ° to the horizontal in the direction of the downcomer.
Die Breite der Segmente mit Formperforation ist so ausgeführt, daß die Fläche des ersten in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit angeordneten mit Formperforation versehenen Segments 10 bis 25% der gesamten aktiven Flüche des Kolonnenbodens beträgt.The width of the molded perforated segments is such that the area of the first molded perforated segment located in the main flow direction of the liquid is 10 to 25% of the total column bottom active volatiles.
Dieses Flächenverhältnis nimmt für die in Hauptströrrungsrichtung der Flüssigkeit nachfolgenden formperforierten Segmente um den Faktor 1,0 bis 1,2 zu. Das Verhältnis der Gesamtfläche der mit Formperforation versehenen Segmente zu der mit Ventilelementen bestückten Fläche ist dabei stets kleiner als 0,9.This area ratio increases by a factor of 1.0 to 1.2 for the mold perforated segments following the main direction of the liquid. The ratio of the total area of the molded perforated segments to the surface equipped with valve elements is always less than 0.9.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Winkel, den die Mittelachsen der Gasdurchtrittsöffnungen in den mit Formperforation versehenen Segmenten zur Horizontalen einschließen, von Segment zu Segment in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit um 3 bis 6° abnimmt. Die Mittelachsen der üasdurchtrittsöffnungen in den Randteilen der formperforierten Segmente sind parallel zur Tangente an den Kolonnenmantel orientiert.A particular embodiment of the invention provides that the angle enclosed by the central axes of the gas passage openings in the form-perforated segments to the horizontal decreases from segment to segment in the main flow direction of the liquid by 3 to 6 °. The central axes of the üasdurchtrittsöffnungen in the edge portions of the form-perforated segments are oriented parallel to the tangent to the column jacket.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. The accompanying drawings show in
Fig. 1: Draufsicht auf den Kolonnenboden Fig.2: Schnitt AA aus Fig. 1FIG. 1: top view of the column bottom FIG. 2: section AA from FIG. 1
Der Kolonnenhoden ist als Querstromboc en mit Flüssigkeitszulauf 5 und Ablaufschacht 3 ausgeführt. Die aktive Bodenfläche besteht aus zwei Segmenten 1 aus Streckmetall und aus zwei mit Ventilelementen 4 bestückten Segmenten 1. Alle Segmente 1 sind parallel zum Ablaufschacht 3 angeordnet.The column testicle is designed as Querstromboc s with liquid inlet 5 and drainage shaft 3. The active bottom surface consists of two segments 1 made of expanded metal and two equipped with valve elements 4 segments 1. All segments 1 are arranged parallel to the downcomer 3.
Die Ventüelemente 4 sind senkrecht zur aktiven Bodenfläche beweglich und weisen über ihren Umfang die gleiche Hubhöhe auf.The vent elements 4 are movable perpendicular to the active bottom surface and have the same lifting height over their circumference.
Die Gasdurchtrittsöffnungen 6 in den Segmenten laus Streckmetall sind so in das Blech eingebracht, daß deren Mittelachsen 8 bei dem in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit ersten Segment 1 in einem Winkel 7 von 24° zur Horizontalen in Richtung auf den Ablaufschacht 3 orientiert sind. Bei dem folgenden zweiten Segment laus Streckmetall beträgt dieser Winkel 7 nur noch 19°.The gas passage openings 6 in the segments laus expanded metal are introduced into the sheet, that the central axes 8 are oriented in the main flow direction of the first liquid segment 1 at an angle 7 of 24 ° to the horizontal in the direction of the downcomer 3. In the following second segment laus expanded metal this angle 7 is only 19 °.
In den Randteilen 9 der Segmente 1 aus Streckmetall sind die Mittelachsen 8 dieser Gasdurchtrittsöftnungen 6 parallel zur Tangente an den Kc!~nnenmantel orientiert. Die Orientierung der Gasdurchtrittsöffnungen 6 ist in den Fig. 1 und 2 durch Pfeile dargestellt.In the edge parts 9 of the expanded metal segments 1, the center axes 8 of these gas passage openings 6 are oriented parallel to the tangent to the ceramic shell. The orientation of the gas passage openings 6 is shown in FIGS. 1 and 2 by arrows.
Die Breite des in Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit ersten Segments 1 aus Streckmetall ist so festgelegt, daß der Flächenanteil dieses Segments 1 an der gesamten aktiven Bodenfläche 18% beträgt. Beim folgenden zweiten Segment 1 aus Streckmetall ist dieser Flächenanteil auf 21 % erhöht.The width of the first expanded metal segment 1 in the main flow direction of the liquid is set so that the area ratio of this segment 1 to the total active bottom surface is 18%. In the following second segment 1 made of expanded metal, this area ratio is increased to 21%.
Die Anordnungsfolge der Segmente aus Streckmetall ist so, daß ein derartiges Segment 1 am Flüssigkeitszulauf 5 und nach der Bodenmitte vorgesehen ist. Vor dem Ablaufschacht 3 befindet sich ein mit Ventilelementen 4 bestücktes Segment 1. Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt:The arrangement sequence of the segments of expanded metal is such that such a segment 1 is provided at the liquid inlet 5 and after the bottom center. In front of the downcomer 3 there is a segment 1 equipped with valve elements 4. The mode of operation of the invention is as follows:
Die dem Kolonnenboden zulaufende Flüssigkeit wird durch ein Ablaufwehr aufgestaut. In diese Flüssigkeitsschicht wird derThe liquid flowing to the bottom of the column is dammed up by a drain weir. In this liquid layer is the
größte Teil des Gasstromes über Ventilelemente eingeleitet, die sich belastungsabhängig senkrecht zur Bodenebene mit über ihren Umfang gleicher Hubhöhe öffnen. Dadurch werden für den Gasstrom im Vergleich zu Jetventilelementen gleichmäßige Kontaktierungsbedingungen als Voraussetzung für die Erreichung eines hohen Bodenwirkungsgrades geschaffen.Most of the gas stream is introduced via valve elements, which open depending on load perpendicular to the ground plane with the same lifting height over its circumference. As a result, uniform contacting conditions are created for the gas flow compared to jet valve elements as a prerequisite for achieving a high soil efficiency.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Segmentes aus Streckmetall am Flüssigkeitszulauf und die zielgerichtete Orientierung der Mittelachsen der Gasaurchtrittsöffnungen wird der Flüssigphase durch die Gasströmung ein Impuls in Richtung auf den Ablaufschacht verliehen. Als Folge dessen wird die Flüssigkeit rasch von der Zulaufstelle weg gefördert, und so werden die Bedingungen für die Erzielung einer höheren üurchsatzleistung des erfindungsgemäßen Bodens gegenüber konventionellen Ventilboden realisiert. Weiterhin wird durch die Förderwirkung des Gasstromes der sich zwischen Zulauf- und Ablaufschacht einstellende Flüssigkeitsgradient abgebaut, und es werden Durchregenerscheinungen sowie ein erhöhter Druckverlust vermieden.The inventive arrangement of a segment of expanded metal on the liquid inlet and the targeted orientation of the central axes of the gas passage openings of the liquid phase is imparted by the gas flow an impulse in the direction of the downcomer. As a result, the liquid is quickly conveyed away from the feed point, and so the conditions for achieving a higher throughput of the floor according to the invention over conventional valve bottom are realized. Furthermore, due to the conveying effect of the gas flow, the liquid gradient which occurs between inlet and outlet shaft is reduced, and throughput phenomena and increased pressure loss are avoided.
Durch die besondere Ausgestaltung des Segments aus Streckmetall hinsichtlich Breite beziehungsweise Anteil an der Gesamtfläche der Segmente des Kollonnenbodens wird gesichert, daß der auf die Flüssigkeitsströmung übertragene Impuls weder eine bestimmte Größe überschreitet noch zu klein bemessen ist.Due to the special design of the segment of expanded metal in terms of width or proportion of the total area of the segments of the collider bottom is ensured that the transmitted to the liquid flow pulse neither exceeds a certain size nor is dimensioned too small.
Bei einem zu großen Impuls ergeben sich Nachteile für den Stoffübergang, weil die Kontaktzeiten zwischen Gas- und Flüssigphase und das Flüssigkeits-hold-up des Kolonnenbodens stark reduziert werden.If the impulse is too large, there are disadvantages for the mass transfer because the contact times between the gas phase and the liquid phase and the liquid hold-up of the column bottom are greatly reduced.
Die flache Neigung der Mittelachse der Gasdurchtrittsöffnung zur Horizontalen im Segment aus Streckmetall beeinflußt die Richtung des der Flüssigkeit durch den Gasstrom verliehenen Impulses derart, daß das Entrainment gering bleibt und daß das dem Segment aus Streckmetall nachfolgende Ventilbodensegment seine volle Stoffübertragungsleistung entfalten kann.The shallow slope of the central axis of the gas passage opening to the horizontal in the expanded metal segment affects the direction of the impulse imparted to the liquid by the gas flow such that entrainment remains low and the valve bottom segment following the segment of expanded metal can exhibit its full mass transfer performance.
Der der Flüssigphase aufgeprägte Impuls wird über deren Strömungsweg durch den hydraulischen Widerstand allmählich abgebaut. Deswegen ist nach Bodenmitte ein weiteres Segment aus Streckmetall in die aktive Bodenfläche eingeordnet, um der Flüssigphase erneut einen Impuls in Richtung Ablaufschacht zu verleihen. Bei diesem Segment aus Streckmetall weisen die Mittelachsen der Gasdurchtrittsöffnungen eine noch geringere Neigung zur Horizontalen auf als dies beim ersten Segment der Fall war. Dadurch und infolge der Anordnung eines Ventilbodensegments vor dem Ablaufschacht wird erreicht, daß die Flüssigkeit den Ablaufschacht nicht überspritzt und gegen die Kolonnenwand prallt. A'if diese Weise wird die Hauptursache für das Entrainment bei konventionellen Jet- oder Streckenmetallböden eliminiert. Dadurch ist auch das Gas-hold-up der vom Boden in den Ablaufschacht strömenden Flüssigkeit relativ gering, und es wird eine gegenüber konventionellen Böden höhere Flüssigkeitsbelastbarkeit des erfindungsgemäßen Bodens erzielt.The impulse impressed on the liquid phase is gradually reduced via its flow path by the hydraulic resistance. Therefore, another segment of expanded metal is placed in the active bottom surface to the center of the ground to give the liquid phase again an impulse towards the downcomer. In this segment of expanded metal, the center axes of the gas passage openings have an even lower inclination to the horizontal than was the case with the first segment. Thereby, and as a result of the arrangement of a valve bottom segment in front of the downcomer, it is achieved that the liquid does not overflow the downcomer and collides against the column wall. In this way, the main cause of entrainment in conventional jet or track metal floors is eliminated. As a result, the gas hold-up of the liquid flowing from the bottom into the downcomer is also relatively low, and a higher liquid load capacity of the floor according to the invention is achieved compared to conventional floors.
Durch die besondere Anordnung der Gasdurchtrittsöffnungen in den Randteilen der Segmente aus Streckmetall wird eine Korrektur des Strömungsverlaufes in den Randbereichen des Kolonnenbodens bewirkt.Due to the special arrangement of the gas passage openings in the edge portions of the segments of expanded metal, a correction of the flow path in the edge regions of the column bottom is effected.
Diese Maßnahme gewährleistet beim ersten Segment aus Streckmetall eine bessere Gleichverteilung der Flüssigkeit über die gesamte Breite des Kolonnenbodens, und beim zweiten Segment wird dem Abregnen von Flüssigkeit entgegengewirkt.This measure ensures a better even distribution of the liquid over the entire width of the column bottom in the first segment of expanded metal, and the second segment counteracts the rainfall of liquid.
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