DD296794A7 - Vorrichtung zum stoffaustausch und zur fluessigkeitsverteilung in stoffaustauschkolonnen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stoffaustausch und zur Fluessigkeitsverteilung in Stoffaustauschkolonnen, bei denen Gas und Fluessigkeit im Gegenstrom gefuehrt werden. Erfindungsgemaesz werden Durchlaufsiebboeden mit einem freien OEffnungsquerschnitt von 20 bis 60% so ausgebildet, dasz 2 bis 30% der OEffnungen mit eingesetzten Buchsen versehen sind, die ueber die Unterseite des Bodens hinaus bis zu einer Laenge des Innendurchmessers der OEffnungen verlaengert sind. Fig. 3{Kolonne; Sieblochboden; Stoffaustausch; Fluessigkeitsverteilung; Absorption; Rektifikation; Destillation; Gasreinigung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stoff austausch und zur Flussigkeitsverteilung in Stoffaustauschkolonnen, bei denen Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom gefuhrt werden Die Vorrichtung kann überall dort angewandt werden, wo es auf eine gleichmäßige, gezielte Flussigkeitsverteilung ankommt, um den Stoffaustausch zwischen einer gas bzw dampfförmigen Phase und einer flussigen Phase zu intensivieren Vor allem sind solche gleichmäßigen und/oder gezielten Flussigkeitsverteilungen bei Stoffaustauschprozessen mit verfahrensbedingt niedrigen Flussigkeitsbelastungen notwendig Das trifft sowohl fur Stoffaustauschkolonnen mit Durchlaufboden als auch fur solche mit Packungen, Einbauten und Fullkorpern zu Besonders effektiv ist die Vorrichtung bei der Gas-Flussigkeits-Absorption mit geringen bis mittleren Flussigkeitsbelastungen

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Stoffaustauschverfahren mit Durchlaufboden verschiedener Bauart und Konstruktion bekannt, die in erster Linie die Funktion eines Stoffaustausches durch intensive Kontaktierung zwischen Gas bzw Dampfund Flüssigkeit in den auf diesen Boden unter definierten Verfahrensbedingungen sich bildenden Sprudelschichten erfüllen Flussigkeitsstau und Druckverlust über diesen Durchlaufboden sind um so großer, je hoher die Gas- bzw Dampfgeschwindigkeit im freien Offnungsquerschnitt ist Durchlaufboden dieser Art haben jedoch den Nachteil einer ungleichmäßigen Flussigkeitsverteilung über den gesamten Boden bzw Kolonnenquerschnitt Durch das besonders bei den effektiven höheren Gasgeschwindigkeiten auftretende Pulsieren der Flussigkeitsschicht über diesen Boden entstehen bevorzugte Gebiete mit stärkeren und schwächeren Flussigkeitsdurchlaufen die sich auch durch das Pulsieren der Flüssigkeit verandern können Die so hervorgerufene ungleichmäßige Flussigkeitsverteilung in Verbindung mit der sogenannten Randgangigkeit der Flüssigkeit wirkt sich besonders ungunstig bei größeren Gasdurchsätzen und Kolonnenquerschnitten aus Es ist bekannt, diesen Nachteil durch Boden mit Flusstgkeitszwangsfuhrung, insbesondere Boden mit Überlaufwehren, zu beseitigen Dabei geht jedoch das fur den Stoffaustausch besonders effektive Durchlaufprinzip verloren Die Durchlaufboden haben den großen Vorteil, daß das gesamte freie Volumen zwischen den Boden fur den Stoffaustausch genutzt werden kann, wenn es gelingt, eine gleichmäßige oder definierte Flussigkeitsverteilung über den gesamten Stromungsquerschnitt aufrecht zu erhalten Außerdem ist bei fast allen Stoffaustauschapparaten mit Packungen oder Einbauten in bestimmten Abstanden eine gleichmäßige Flussigkeitsverteilung, und sei es im Grenzfall nur einmal bei der Flussigkeitsaufgabe, unbedingt erforderlich Die bekannten Flüssigkeitsverteiler erfüllen jedoch nur den primären Zweck der gleichmäßigen oder gezielten Flussigkeitsverteilung und haben im allgemeinen nur eine untergeordnete Wirkung und Bedeutung fur den Stoff austausch Sie arbeiten hauptsächlich nach dem Wehr- bzw Uberlaufprinzip oder nach dem Dusenprinzip mit entsprechendem Vordruck Dabei sind Gas und Flussigkeitsphase vor der Flussigkeitsverteilung im wesentlichen voneinander getrennt, so daß keine nennenswerte Stoffaustauschwirkung besteht

Bei Stoffaustauschkolonnen mit Uberlaufboden wurde eine gezielte Flussigkeitsfuhrung und -Vermischung durch zusätzliche TransportoffnungenfurdieGas-bzw Dampfphase und perforierte Trennwände erreicht (DE-OS 2807882 und DD-PS 0153194) Aber auch bei dieser Losung wird auf das Durchlaufprinzip bzw totale Gegenstromprinzip zwischen Gas und Flüssigkeit verzichtet

In der FR-PS 7901 040 wurde zur Verbesserung der Flussigkeitsfuhrung und -verteilung fur Durchlaufsiebboden oder -gitterboden mit hohem Offnungsverhaltnis vorgeschlagen, die Gesamtbodenzahl bzw Stoffaustauschhohe der Kolonne in mehrere Bereiche einzuteilen, in jedem Bereich eine gesonderte Flussigkeitsverteilung mittels Düsen vorzunehmen und den freien Offnungsquerschnitt der Durchlaufboden vom oberen zu den unteren Bereichen hin zu vergrößern Diese Losung hat jedoch den Nachteil, daß sich die Flussigkeitsbelastung vom Kopf bis zum Sumpf der Kolonne verändert und daß in jedem einzelnen Bereich trotzdem eine ungleichmäßige Flussigkeitsverteilung vorhanden ist Außerdem sind fur diese Losung hohe Flussigkeitsbelastungen und -umlaufe erforderlich

In der DE-AS 1277822 ist ein Gas-Flussigkeits-Kontaktapparat mit Einsatzboden beschrieben, an dessen Offnungen nach unten ragende Stutzen angeschlossen sind, die einen sich von unten nach oben erweiternden Querschnitt aufweisen Ahnliche Losungen sind in den DE-AS 1172234 und DE-OS 2917922 beschrieben

Samtliche Offnungen dieser Boden sind gleichartig, mit sich stetig erweiternden Offnungen versehen Das Offnungsverhaltnis des Bodens liegt bei der DE-AS 1277 822 zwischen φ = 0,02 und 0,15 Gas und Flüssigkeit sollen dieselben Offnungen in gleichem Maße durchströmen, was alle bekannten Nachteile der Flussigkeitsverteilung in sich birgt Das angegebene geringe Offnungsverhaltnis des Bodens fuhrt zu nur geringen Gasgeschwindigkeiten und damit zu schlecht ausgebildeten Sprudelschichten

Weiterhin ist aus der DE-PS 2943687 eine trogartige Vorrichtung zum Sammeln und Verteilen der Flüssigkeit fur Gegenstromkolonnen bekannt geworden, wobei Dampfkamine und Rohrchen fur die Flussigkeitsableitung vorgesehen sind Der Dampfaustritt ist oberhalb des Flüssigkeitsspiegel angeordnet Die Rohrchen fur die Flussigkeitsableitung sind nach unten über die Unterkante des Bodens hinaus verlängert Die Dampf- bzw Gasführung erfolgt dabei getrennt durch die gesonderten Kamine, die Flussigkeitsfuhrung durch die Rohrchen nach dem Uberlaufprinzip Die Vorrichtung ist nurzur Flussigkeitsverteilung über den Kolonnenquerschnitt geeignet, ein Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit findet dabei auf den Boden nicht statt

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Mangel der Flussigkeitsverteilung beim Stoffaustausch mit Regensiebboden beim totalen Gegenstromprinzip zu beseitigen und eine Möglichkeit zu finden, bei der eine gleichmäßige Flussigkeitsverteilung und ein intensiver Stoffaustausch gleichermaßen gewährleistet sind

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, bei dem die Hydrodynamik und Hydraulik der Gas-Flussigkeits-Kontaktierung so funktionieren, daß neben einer gleichmaßigen Gasströmung auch eine gleichmäßige und gezielte Flussigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt des Stoffaustauschapparates möglich wird und daß Flussigkeitsverteilung und Stoffaustausch im totalen Gegenstrom gleichermaßen stattfinden Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß Durchlaufsiebboden mit symmetrisch angeordneten Offnungen bei einem freien Offnungsquerschnitt von 20 bis 60% ausgebildet sind, daß 2 bis 35% dieser Offnungen mit eingesetzten Buchsen versehen sind, die über die Unterseite des Bodens hinaus bis zu einer Lange des Innenlochdurchmessers der Offnungen verlängert sind Der Innendurchmesser der Buchsen entspricht dabei dem Durchmesser der Offnungen des Bodens Mit dem erfmdungsgemaß gestalteten Boden wird bei einem Offnungsverhaltnis von φ = 0,2 bis 0,6 erreicht, daß eine gleichmaßige und gezielte Flussigkeitsverteilung über dem Bodenquerschnitt erfolgt Es bilden sich dadurch intensivere Sprudelschichten über den Boden aus Durch gleichzeitigen Stoffau stau sch und Flussigkeitsverteilung mit der erfmdungsgemaßen Vorrichtung steigt die Effektivität der Kolonne an Damit ist bei gleicher Gasbelastung ein kleinerer Kolonnen- bzw Bodendurchmesser ausreichend Damit sinkt der Material- und Fertigungsaufwand fur derartige Anlagen betrachtlich

Die Unterkante der Verlängerung der Buchsen kann dabei sowohl parallel oder abgeschrägt zur Bodenplatte ausgebildet sein Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn in allen oder einem Teil der Offnungen, die keine nach unten verlängerten Buchsen enthalten, gleichartige Buchsen angeordnet sind, die über die Oberseite des Bodens hinaus bis maximal 50% der Hohe der ruhenden Flussigkeitsschicht des Bodens verlängert sind Die Buchsen können vorteilhafterweise auf einer Seite mit einem scharfkantigen oder abgerundeten Bund versehen sein Je nach Einsatzgebiet kann es zweckmäßig sein, die Buchsen aus dem gleichen Material wie die Durchlaufsiebboden, aus einem elastischen, plastischen oder aus einem silikatischen Material herzustellen Gegebenenfalls sind die Buchsen gegen Herausrutschen aus den Offnungen zu sichern

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert werden In den zugehörigen Zeichnungen ist dargestellt

Fig 1 ein Schnitt durch einen Sieblochboden mit eingesetzten Buchsen ohne Bund Fig 2 ein Schnitt durch einen Sieblochboden mit eingelassenem Bund der Buchsen Fig 3 ein Schnitt durch einen Sieblochboden mit überstehendem Bund der Buchsen.

In einer Siebbodenkolonne, die ohne Überlauf der Boden in einem Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit betrieben wird, sind übereinander mehrere Siebboden angeordnet Über eine Rohgasleitung gelangt ein mit absorbierbaren Bestandteilen angereichertes Gas in die Absorptionskolonne und strömt von unten nach oben durch die Offnungen der Durchlaufsiebboden Im totalen Gegenstrom zum Gas wird ein flussiges Absorptionsmittel zugeführt Das von den absorbierbaren Bestandteilen befreite Gas verlaßt die Absorptionskolonne und das verbrauchte Absorptionsmittel wird ausgeschleust.

Die Gasgeschwindigkeit im freien Kolonnenquerschnitt liegt bei 2,5 m/s und im freien Offnungsquerschnitt der Boden auf der unteren Gaseintnttsseite bei 7,5m/s. Das Offnungsverhaltnis der Durchlaufsiebboden betragt φ = 0,35, also 35% der Gesamtbodenflache. Die Boden haben auf der Gaseintrittsseite gleichgroße Off nungen mit einem Lochdurchmesser von 10 mm und einer Teilung von 16mm. 7% der Offnungen sind mit Buchsen versehen, die 5mm über die Unterseite des Bodens hinaus verlängert und im Winkel von 20° zur Bodenebene abgescharft sind. Diese Buchsen besitzen einen Bund, der oben auf dem Boden aufliegt. In weiteren 10% der Offnungen sind bundlose Buchsen eingesetzt, die am unteren Bodenrand bundig abschließen und 2mm über den oberen Bodenrand hinausragen. Die Buchsen sind gleichmäßig über den Bodenquerschnitt verteilt. Als Werkstoff fur die Boden und die Buchsen wurde Polyvinylchlorid verwendet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Stoffaustausch undzurFlüssigkeitsverteilung in Stoffaustauschkolonnen, die als Durchlaufsiebboden mit symmetrisch angeordneten Offnungen bei einem freien Offnungsquerschnitt von 20 bis 60% ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 35% dieser Offnungen mit eingesetzten Buchsen versehen sind, die über die Unterseite des Bodens hinaus bis zur Große des Innenbodendurchmessers der Offnungen verlängert sind

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante der Verlängerung der Buchsen parallel oder abgeschrägt zur Bodenplatte ausgebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in allen oder einem Teil der Offnungen, die keine nach unten verlängerten Buchsen enthalten, gleichartige Buchsen angeordnet sind, die über die Oberseite des Bodens hinaus bis maximal 50% der ruhenden Flussigkeitsschicht des Bodens verlängert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen auf einer Seite mit einem scharfkantigen oder abgerundeten Bund versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen aus dem gleichen Material wie die Durchlaufsiebböden bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen aus einem elastischen oder plastischen Material bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen aus einem silikatischen Material bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen gegen Herausrutschen aus den Offnungen gesichert sind.

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