DD300773A7

DD300773A7 - DEVICE FOR FLUID DISTRIBUTION AND STOCK EXCHANGE IN STOCK EXCHANGE COLUMNS

Info

Publication number: DD300773A7
Application number: DD29999687A
Authority: DD
Inventors: Werner Wondraczek; Siegfried Meinel; Manfred Herklotz
Original assignee: Ingenieur- Und Consulting Leipzig Gmbh,De
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung und zum Stoffaustausch in Stoffaustauschkolonnen, bei denen Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom geführt werden. Erfindungsgemäß werden Siebböden mit einem freien Öffnungsquerschnitt von 20 bis 60% so ausgebildet, daß 2 bis 35% dieser Öffnungen mit einem nach der Oberseite des Bodens, die mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, sich vergrößerndem Öffnungsquerschnitt versehen sind. Der Öffnungswinkel liegt dabei zwischen 30 Grad und 45 Grad und der größte Öffnungsquerschnitt auf der Oberseite des Bodens beträgt das 2- bis 4fache des kleinsten unteren Querschnittes dieser Öffnungen. Fig.1The invention relates to a device for liquid distribution and mass transfer in mass transfer columns, in which gas and liquid are passed in countercurrent. According to the invention sieve trays are designed with a free opening cross-section of 20 to 60% so that 2 to 35% of these openings are provided with a to the top of the bottom, which is acted upon with liquid, magnifying opening cross-section. The opening angle is between 30 degrees and 45 degrees and the largest opening cross section on the top of the bottom is 2 to 4 times the smallest lower cross section of these openings. Fig.1

Description

4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Öffnungen maximal die Hälfte der Bodendicke beträgt.4. Device according to item 1 to 3, characterized in that the enlargement of the openings is at most half the floor thickness.

5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zweckmäßigerweise kreisförmig sind, und die Durchmesser vorzugsweise zwischen 5 und 15mm liegen.5. Device according to item 1 to 4, characterized in that the openings are expediently circular, and the diameters are preferably between 5 and 15mm.

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung und zum Stoffaustausch in Stoffaustauschkolonnen, bei denen Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom geführt werden. Die Vorrichtung kann überall dort angewandt werden, wo es auf eine gleichmäßige, gezielte Flüssigkeitsverteilung ankommt, um den Stoffaustausch zwischen einergas- bzw. dampfförmigen Phase und einer flüssigen Phase zu intensivieren. Vor allem sind solche gleichmäßigen und/oder gezielten Flüssigkeitsverteilungen bei Stoffaustauschprozessen mit verfahrensbedingt niedrigen Flüssigkeitsbelastungen notwendig. Das trifft sowohl für Stoffaustauschkolonnen mit Durchlaufböden als auch für solche mit Packungen, Einbauten und Füllkörpern zu. Besonders effektiv ist die Vorrichtung bei der Gas-Flüssigkeits-Absorption mit geringen bis mittleren Flüssigkeitsbelastungen.The invention relates to a device for liquid distribution and mass transfer in mass transfer columns, in which gas and liquid are passed in countercurrent. The device can be used wherever it is important for a uniform, targeted liquid distribution in order to intensify the mass transfer between a gas or vapor phase and a liquid phase. Above all, such uniform and / or targeted liquid distributions are necessary in mass transfer processes with low liquid loads due to the process. This applies both to mass transfer columns with continuous trays and to those with packings, internals and random packings. The device is particularly effective in gas-liquid absorption with low to medium fluid loads.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Stoffaustauschverfahren mit Durchlaufböden verschiedener Bauart und Konstruktion bekannt, die in erster Linie die Funktion eines Stoffaustausches durch intensive Kontaktierung zwischen Gas bzw. Dampf und Flüssigkeit in den auf diesen Böden unter definierten Verfahrensbedingungen sich bildenden Sprudelschichten erfüllen. Flüssigkeitsstau und Druckverlust über diesen Durchlaufböden sind um so größer, je höher die Gas- bzw. Dampfgeschwindigkeit im freien Öffnungsquerschnitt Ist. Durchlauf böden dieser Art haben jedoch den Nachteil einer ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Boden bzw. Kolonnenquerschnitt. Durch das besonders bei den effektiven höheren Gasgeschwindigkeiten auftretende Pulsieren der Flüssigkeitsschicht über diesen Böden entstehen bevorzugte Gebiete mit stärkeren und schwächeren Flüssigkeitsdurchläufen, die sich auch durch das Pulsieren der Flüssigkeit verändern können. Die so hervorgerufene ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung in Verbindung mit der sogenannten Randgängigkeit der Flüssigkeit wirkt sich besonders ungünstig bei größeren Gasdurchsätzen und Kolonnenquerschnitten aus. Es ist bekannt, diesen Nachteil durch Böden mit Flüssigkeitszwangsführung, insbesondeie Böden mit Überlaufwehren, zu beseitigen. Dabei geht jedoch das für den Stoffaustausch besonders effektive Durchlaufprinzip verloren. Die Durchlaufböden haben den großen Vcr^uil, daß das gesamte freie Volumen zwischen den Böden für den Stoffaustausch genutzt werden kann, wenn es gelingt, eine gleichmäßige oder definierte Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Strömungsquerschnitt aufrecht zu erhalten. Außerdem ist bei fast allen Stoffaustauschapparaten mit Packungen oder Einbauten in bestimmten Abständen eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung, und sei es im Grenzfall nur einmal bei der Flüssigkeitsaufgabe, unbedingt erforderlich. Die bekannten Flüssigkeitsverteiler erfüllen jedoch nur den primären Zweck der gleichmäßigen oder gezielten Flüssigkeitsverteilung und haben im allgemeinen nur eine untergeordnete Wirkung und Bedeutung für den Stoffaustausch. Sie arbeiten hauptsächlich nach dem Wehr- bzw. Überlaufprinzip oder nach dem Düsenprinzip mit entsprechendem Vordruck. Dabei sind Gas- und Flüssigkeitsphase vor der Flüssigkeitsverteilung im wesentlichen voneinander getrennt, so daß keine nennenswerte Stoffaustauschwirkung besteht.There are known mass transfer methods with continuous trays of various design and construction, which fulfill primarily the function of a mass transfer by intensive contact between gas or vapor and liquid in the formation of these soils under defined process conditions effervescent layers. The higher the gas or vapor velocity in the free opening cross-section, the greater the liquid accumulation and pressure loss over these flow-through trays. Passage floors of this type, however, have the disadvantage of uneven liquid distribution over the entire bottom or column cross-section. Due to the pulsation of the liquid layer above these soils occurring particularly at the effective higher gas velocities, preferred areas with stronger and weaker liquid passages are formed, which can also change as a result of the pulsation of the liquid. The resulting uneven liquid distribution in conjunction with the so-called Randgängigkeit the liquid is particularly unfavorable for larger gas flow rates and column cross-sections. It is known to eliminate this disadvantage by floors with liquid forced operation, in particular floors with overflow weirs. However, the flow principle which is particularly effective for mass transfer is lost. The continuous trays have the great advantage that the entire free volume between the trays can be used for the mass transfer, if it is possible to maintain a uniform or defined liquid distribution over the entire flow cross section. In addition, in almost all mass transfer apparatus with packages or internals at regular intervals, a uniform liquid distribution, and in the limit, only once in the liquid task, absolutely necessary. However, the known liquid distributor fulfill only the primary purpose of uniform or targeted liquid distribution and generally have only a minor effect and importance for the mass transfer. They work mainly according to the weir or overflow principle or according to the nozzle principle with appropriate form. In this case, gas and liquid phase are substantially separated from each other before the liquid distribution, so that no significant mass transfer effect exists.

Bei Stoffaustauschkolonnen mit Überlaufböden wurden eine gezielte Flüssigkeitsführung und -Vermischung durch zusätzliche Transportöffnungen für die Gas- br/v. Dampfphase und perforierte Trennwände erreicht (DE-OS 2807882 und DD-PS 0153194). Aber auch bei dieser Lösung wird auf das Durchlaufprinzip bzw. totale Gegenstromprinzip zwischen Gas und Flüssigkeit verzichtet.In the case of mass transfer columns with overflow trays, targeted liquid conduction and mixing were achieved by additional transport openings for the gas br / v. Steam phase and perforated partitions achieved (DE-OS 2807882 and DD-PS 0153194). But even with this solution is dispensed with the flow principle or total countercurrent principle between gas and liquid.

In der FR-PS 7901040 wurde zur Verbesserung der Flüssigkeitsführung und -verteilung für Durchlaufsiebböden oder-gitterböden mit hohem Öffnungsverhältnis vorgeschlagen, die Gesamtbodenzahl bzw. Stoffaustauschhöhe der Kolonne in mehrere Bereiche einzuteilen, in jedem Bereich eine gesonderte Flüssigkeitsverteilung mittels Düsen vorzunehmen und den freien Öffnungsquerschnitt der Durchlaufböden vom oberen zu den unteren Bereichen hin zu vergrößern. Diese Lösung hat jedoch denIn FR-PS 7901040 has been proposed to improve the liquid management and distribution of continuous sieve trays or lattice soils with high opening ratio to divide the total number of plates or mass transfer height of the column into several areas, make in each area a separate liquid distribution by means of nozzles and the free opening cross-section To increase through-floors from the upper to the lower areas. However, this solution has the

Nachteil, daß sich die Flüssigkeitsbelastung vom Kopf bis zum Sumpf der Kolonne verändert und daß in jedem einzelnen Bereich trot2dem eine ungleichmäßige Flüssigkeitsverteilung vorhanden ist. Außerdem sind für diese Lösung hohe Flüssigkeitsbelastungen und -umlaufe erforderlich.Disadvantage that the liquid load from the head changed to the bottom of the column and that in each individual area trot2dem an uneven liquid distribution is present. In addition, high liquid loads and circulation are required for this solution.

In der DE-AS1277822 ist ein Gas-Flüssigkeits-Kontaktapparat mit Einsatzböden beschrieben, an dessen Öffnungen njch unten ragende Stutzen angeschlossen sind, die einen sich von unten nach oben erweiternden Querschnitt aufweisen. Ähnliche Lösungen sind in den DE-AS1172234 und DE-OS 2917922 beschrieben. Sämtliche Öffnungen dieser Böden sindgleichartig, mit sich stetig erweiternden Öffnungen versehen. Das Öffnungsverhältnis des Bodens liegt bei der DE-AS1277822 zwischen φ = 0,02 und 0,15. Gas und Flüssigkeit sollen dieselben Öffnungen in gleichem Maße durchströmen, was alle bekannten Nachteile der Flüssigkeitsverteilung in sich birgt. Das angegebene geringe Öffnungsverhältnis des Bodens führt zu nur geringen Gasgeschwindigkeiten und damit zu schlecht ausgebildeten Sprudelschichten.In DE-AS1277822 a gas-liquid contact apparatus is described with use bottoms, at the openings of which njch downwardly projecting nozzles are connected, which have a widening from bottom to top cross-section. Similar solutions are described in DE-AS1172234 and DE-OS 2917922. All openings of these floors are the same, provided with ever-widening openings. The opening ratio of the soil is in the DE-AS1277822 between φ = 0.02 and 0.15. Gas and liquid should flow through the same openings to the same extent, which involves all known disadvantages of the liquid distribution in itself. The specified low opening ratio of the soil leads to only low gas velocities and thus to badly formed bubble layers.

Weiterhin ist aus dor DE-PS 2943687 eine trogartige Vorrichtung zum Sammeln und Verteilen der Flüssigkeit für Gegenstromkolonnen bekanntgeworden, wobei Dampfkamine und Röhrchen für die Flüssigkeitsableitung vorgesehen sind. Der Dampfaustritt ist oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet. Die Röhrchen für die Flüssigkeitsableitung sind nach unten über die Unterkante des Bodens hinaus verlängert. Die Dampf- bzw. Gasführung erfolgt dabei getrennt durch die gesonderten Kamine, die Flüssigkeitsführuny durch die Röhrchen nach dem Überlaufprinzip. Die Vorrichtung ist nur zur Flüssigkeitsverteilung über den Kolonnenquerschnitt geeignet, ein Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit findet dabei auf den Böden nicht statt.Furthermore, from DE-PS 2943687 a trogartige device for collecting and distributing the liquid for countercurrent columns has become known, wherein steam chimneys and tubes are provided for the liquid discharge. The steam outlet is arranged above the liquid level. The liquid drain tubes are extended down beyond the bottom of the bottom. The steam or gas flow takes place separately through the separate chimneys, the Flüssigkeitsführuny through the tubes according to the overflow principle. The device is only suitable for liquid distribution over the column cross-section, a mass transfer between gas and liquid does not take place on the floors.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Mängel der Flüssigkeitsverteilung beim Stoffaustausch mit Regensiebböden beim totalen Gegenstromprinzip zu beseitigen und eine Möglichkeit zu finden, bei der eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung und ein intensiver Stoffaustausch gleichermaßen gewährleistet sind.The aim of the invention is to eliminate the shortcomings of the liquid distribution during mass transfer with Regensiebböden in the total countercurrent principle and to find a way in which a uniform liquid distribution and an intensive mass transfer are equally guaranteed.

Presentation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Stoffaustausch und zur Flüssigkeitsverteilung zu entwickeln, bei der die Hydrodynamik und Hydraulik der Gas-Flüssigkeits-Kontaktierung so funktionieren, daß neben einer gleichmäßigen Gasströmung auch eine gleichmäßige und gezielte Flüssigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt des Stoffaustauschapparates möglich wird und daß Flüssigkeitsverteilung und Stoffaustausch im totalen Gegenstrom stattfinden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Durchlaufsiebböden mit symmetrisch angeordneten Öffnungen bei einem freien Öffnungsquerschnitt von 20 bis 60% so ausgebildet sind, daß 2 bis 35% dieser Öffnungen mit einem nach der Oberseite des Bodens, die mit der Flüssigkeit beaufschlagt wird, sich vergrößernden Öffnungsquerschnitt versehen sind. Der Öffnungswinkel liegt dabei gegenüber der Lochachse zwischen 30° und 45°, und der größte Öffnungsquerschnitt auf der Oberseite des Bodens beträgt das 2- bis 4fache des kleinsten unteren Querschnittes der Öffnungen. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungsquerschnitte auf der Unterseite des Bodens gleich groß. Weiterhin können alle oder ein Teil derjenigen Öffnungen, die auf der Oberseite des Bodens nicht erweitert wurden, auf der Unterseite des Bodens auf die gleiche Weise erweitert werden. Die Vergrößerung der Öffnungen sollte etwa die Hälfte der Bodendicke betragen. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen kreisförmig ausgestaltet, und ihr Durchmesser liegt vorzugsweise zwischen 5 und 15 mm.The invention has for its object to develop a device for mass transfer and liquid distribution, in which the hydrodynamics and hydraulics of the gas-liquid contacting work so that in addition to a uniform gas flow and a uniform and targeted liquid distribution over the entire cross section of the mass transfer apparatus possible and that liquid distribution and mass transfer take place in total countercurrent. According to the invention, the object is achieved in that Durchlaufsiebböden with symmetrically arranged openings with a free opening cross-section of 20 to 60% are designed so that 2 to 35% of these openings with a to the top of the bottom, which is acted upon by the liquid, enlarge Opening cross-section are provided. The opening angle is in this case with respect to the hole axis between 30 ° and 45 °, and the largest opening cross section on the top of the bottom is 2 to 4 times the smallest lower cross section of the openings. Appropriately, the opening cross-sections on the underside of the bottom are the same size. Furthermore, all or part of those openings which have not been widened on the top of the floor can be extended in the same way on the underside of the floor. The enlargement of the openings should be about half the floor thickness. Conveniently, the openings are circular in shape, and their diameter is preferably between 5 and 15 mm.

Mit dem erfindungsgemäß gestalteten Boden wird bei einem Öffnungsverhältnis von φ = 0,2 bis 0,6 erreicht, daß eine gleichmäßige und gezielte Flüssigkeitsverteilung über dem Bodenquerschnitt erfolgt. Es bilden sich dadurch intensivere Sprudelschichten über den Böden aus. Durch gleichzeitigen Stoffaustausch und Flüssigkeitsverteilung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung steigt die Effektivität der Kolonne an. Damit ist bei gleicher Gasbelastung ein kleinerer Kolonnen- bzw. Bodendurchmesser ausreichend. Damit sinkt der Material- und Fertigungsaufwand für derartige Anlagen beträchtlich.With the inventively designed bottom is achieved at an opening ratio of φ = 0.2 to 0.6, that a uniform and targeted liquid distribution over the bottom cross-section. As a result, more intense bubbling layers are formed above the floors. By simultaneous mass transfer and liquid distribution with the device according to the invention, the effectiveness of the column increases. Thus, a smaller column or bottom diameter is sufficient for the same gas load. This considerably reduces the material and production costs for such systems.

Ausföhrungsbelspiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen ist dargestelltThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings is shown

Fig. 1: a section through a Sieblochboden with some extended openings 2 shows a section through a Sieblochboden with some widened by non-cutting deformation openings 3 shows a section through two superimposed Sieblochböden with different hole sizes.

In einer Siebbodenkolonne, die ohne Überlauf der Böden in reinem Gegenstrom von Gas und Flüssigkeit betrieben wird, sind übereinander mehrere Siebböden angeordnet.In a sieve tray column, which is operated without overflow of the trays in pure countercurrent of gas and liquid, several sieve trays are arranged one above the other.

Über eine Rohgasleitung gelangt ein mit absorbierbaren Bestandteilen angereichertes Gas in die Absorptionskolonne und strömt von unten nach oben durch die Öffnungen der Durchlaufsiebböden. Im totalen Gegenstrom zum Gas wird ein flüssiges Absorptionsmittel zugeführt. Das von den absorbierbaren Bestandteilen befreite Gas verläßt die Absorptionskolonne, und das verbrauchte Absorptionsmittel wird ausgeschleust.Via a crude gas line, an enriched with absorbable gas gas enters the absorption column and flows from bottom to top through the openings of the continuous screen floors. In total countercurrent to the gas, a liquid absorbent is supplied. The liberated from the absorbable components gas leaves the absorption column, and the spent absorbent is discharged.

Die Gasgeschwindigkeit im freien Kolonnenquerschnitt liegt bei 2,6m/s und im freien Öffnungsquerschnitt der Böden auf der unteren Gaseintrittsseite bei 7,5m/s. Das Öffnungsverhältnis der Durchlaufsiebböden beträgt φ = 0,35; also 35% der Gesamtbodenfläche. Die Böden haben auf der Gaseintrittsseite gleichgroße Öffnungen mit einem Lochdurchmesser von 10 mm und einer Teilung von 16mm. Auf der oberen Gasaustrittsseite sind die Böden im Verhältnis 1:5 mit nach oben hin im Winkel von 45° erweiterten Öffnungen versehen. Diese erweiterten Öffnungen sind auf den übereinanderliegenden Böden abwechselnd in der Bodenmitte und an der Randzone des Bodenskonzentriert angeordnet, so daß das Absorptionsmittel vorzugsweise und wechselweise in der Bodenmitte und in der Randzone abläuft, dadurch wird der Stoffaustausch intensiviert.The gas velocity in the free column cross-section is 2.6 m / s and in the free opening cross-section of the soils on the lower gas inlet side at 7.5 m / s. The opening ratio of the continuous screen floors is φ = 0.35; So 35% of the total floor area. The bottoms have equally large openings on the gas inlet side with a hole diameter of 10 mm and a pitch of 16 mm. On the upper gas outlet side, the floors are provided in a ratio of 1: 5 with openings extended upwards at an angle of 45 °. These widened openings are alternately disposed on the superposed bottoms in the bottom center and at the edge zone of the bottom, so that the absorbent preferably and alternately runs in the bottom center and in the edge zone, thereby the mass transfer is intensified.

Claims

1. Apparatus for liquid distribution and mass transfer in mass transfer columns, which is designed as a continuous sieve plates with symmetrically arranged openings at a free opening cross-section of 20 to 60%, characterized in that 2 to 35% of these openings with one to the top of the bottom, with Liquid is applied, are provided magnifying the opening cross-section, that the opening angle relative to the

L ochachse between 30 ° and 45 ° and that the largest opening cross section on the top of the bottom, which is 2 to 4 times the smallest lower cross section of these openings.

2. Device according to item 1, characterized in that the opening cross-sections are the same size on the underside of the Varieteerbodens.

3. A device according to item 1, characterized in that all or part of those openings which have not been extended on the top of the bottom are extended on the bottom of the bottom in the same way.