-
Vorrichtung zum Inberührungbringen von Flüssigkeiten mit Gasen oder
Dämpfen Bei der Erfindung handelt es sich darum, Flüssigkeiten und Gase bzw. Dämpfe
in Kontaktbodenkolonnen miteinander in Berührung zu bringen. Die Erfindung bezieht
sich insbesondere auf Kontaktböden, bei welchen die über den in den Böden angeordneten
Gasdurchtrittsöffnungen herrschende Gasdruckdifferenz relativ klein ist, bezogen
auf die gesamte über den Böden herrschende Gasdruckdifferenz. Diese Böden, gewöhnlich
Rost-, Schlitz- oder Siebböden, können im allgemeinen als »Böden versehen mit Gas-(Dampf-)
Durchtrittsöffnungen ohne hydraulischen Verschluß« bezeichnet werden. Die Erfindung
bezieht sich insbesondere auf die Art und Weise, in welcher die Flüssigkeit von
den Böden aus auf tiefere Böden geleitet wird.
-
Die bekannten Glockenböden haben verhältnismäßig große Abführöffnungen
für Flüssigkeit zu einem tieferen Boden, an welche gewöhnlich Abführleitungen angeschlossen
sind, die sich bis in die Nähe des nächsttieferen Bodens erstrecken. Die Dämpfe
oder Gase, die aus den Glockenkappen aufsteigen, setzen der sich waagerecht über
die Böden gegen die Abfuhröffnungen hin bewegenden Flüssigkeit einen großcn Widerstand
entgegen. Zwei beträchtliche Nachteile dieser Böden sind: das Flüssigkeitsgefälle,
das durch den Flüssigkeitswiderstand hervorgerufen wird, und der Verlust an aktiver
Bodenfläche durch die Abfuhröffnungen, d. h. den Auslaß der Rücklaufstützen für
die Flüssigkeit. Je mehr die Füllung sich vergrößert, um so mehr wird insbesondere
der ersterwähnte Nachteil füllbar.
-
Bei den bekannten Rostböden oder Böden mit Schlitz- oder Siebplatten
sind die erwähnten Nachteile umgangen worden. Unter diesen Arten von Böden sind
solche anzutreffen, in denen sowohl der Durchgang der aufsteigenden Gase als auch
derjenige der herabfließenden Flüssigkeit nur durch Schlitze oder Öffnungen vor
sich geht, die gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind, d. h. bei denen keine
größeren Öffnungen zur Abführung der Flüssigkeit zu einem tiefer gelegenen Boden
vorgesehen sind. Bei derartigen bekannten Böden dient jede einzelne Bodenöffnung
entweder abwechselnd oder gleichzeitig dem Durchgang von Gas und Flüssigkeit.
-
Obgleich die obenerwähnten Nachteile, wie sie bei Glockenböden in
Erscheinung treten, bei den genannten Arten von Böden völlig überwunden sind, treten
jedoch andere Nachteile auf, die auf unregelmäßige Flüssigkeitsbewegúngen auf dem
betreffenden Boden zurückzuführen sind, wenn die Kolonnenfüllung sich vergrößert.
Auf Grund dieser Unregelmäßigkeiten befindet sich einmal an der einen Stelle des
Bodens, einmal an einer anderen mehr Flüssigkeit als auf den übrigen Teilen des
Bodens. Wo dieser Flüssigkeitsüberschuß auftritt, fließt die Flüssigkeit leicht
durch
die Öffnungen ab, ohne in wirkungsvollen Kontakt mit dem Gas gekommen zu sein,
während an den Stellen, wo weniger Flüssigkeit vorhanden ist, Gas durch die Öffnungen
nach oben steigt und dort nicht so viel Flüssigkeit vorfindet, daß ein richtiger
Stoffaustausch stattfinden kann. Darüber hinaus entsteht durch eine derartige schlechte
Flüssigkeitsverteilung auf einem bestimmten Kolonnenboden eine ebenfalls unregelmäßige
Verteilung auf den höheren und den tieferen Böden, da der örtliche Flüssigkeitsabfluß
von einem bestimmten Boden zu einer Flüssigkeitsansammlung an der entsprechenden
Stelle auf dem nächsttieferen Boden führt, wodurch sich die Abfluß geschwindigkeit
wiederum vergrößert.
-
Die Erfindung will die erwähnten Nachteile überwinden und das Fassungsvermögen
der Kolonne und die Kapazität der Böden beträchtlich erhöhen. Dies wird dadurch
erreicht, daß auf den Böden an mindestens einer Stelle eine verhältnismäßig kleine
Zone vorgesehen ist, an der dauernd eine gleichbleibende Flüssigkeitsschicht aufrechterhalten
wird, und daß die Flüssigkeit in dieser Stelle durch eine oder mehrere Öffnungen
von dem betreffenden Boden abgeführt wird. Die Böden sind nicht mit Rückflußleitungen
versehen. Diese Flüssigkeitsschicht hat ein höheres spezifisches Gewicht als das
angrenzende, mehr oder
weniger schaumige Flüssigkeits-Gas-Gemisch,
was sich dahingehend auswirkt, daß die Flüssigkeit ausschließlich an dieser Stelle
abfließt und daß mindestens vorzugsweise nur oder im wesentlichen nur Gas durch
den übrigen Bereich des Bodens hindurchtritt. Durch diese Maßnahme können Böden
mit großem Durchmesser im Hinblick auf ihr Arbeiten sozusagen in eine Anzahl kleinerer
Böden unterteilt werden, indem man mehrere solche Zonen vorsieht.
-
Es ist zu beachten, daß man im allgemeinen die Flüssigkeit nicht auf
eine entsprechende Stelle auf einem nächsttieferen Boden abfließen lassen darf,
an der sich eine derartige gleichbleibende Flüssiglieitsschicht hefindet. da sie
sonst sofort zum nächstfolgenden Boden abfließen würde.
-
Zwecks Ausbildung einer Zone mit gleichbleibender Flüssigkeitsschicht
auf dem Kolonnenboden ist auf dem letzteren erflndungsgemäß eine aufrecht stehende.
allseitig geschlossene Wand vorgesehen. Der Bereich für eine derartige Zone sollte
nicht allzu groß gewählt werden, sondern vorzugsweise derart, daß der Gesamtbereich
aller Zonen nicht mehr als 10 bis 1a°/o der Oberfläche des Bodens ausmacht.
-
Die senkrechte oder praktisch senkrechte Wand, die die Zone umgibt,
bildet gewissermaßen ein »Bassin« auf dem betreffenden Kolonnenboden.
-
Hinsichtlich der Ausgestaltung des »Bassins«. die den jeweiligen
Umständen angepaßt werden kami ist man natürlich an eine bestimmte Form nicht gebunden.
-
Zur Erreichung der gewünschten Wirkung ist es jedoch notwendig, daß
das die erwähnte Zone bildende »Bassin« mit einer genügenden Menge Flüssigkeit gefüllt
wird und bleibt, da sonst an dieser Stelle ein sogenanntes »Leerblasen« stattfinden
würde. Um das Füllen des »Bassins« zu erleichtern, ist darüber eine Fangeinrichtung,
z. B. eine senkrechte oder praktisch senkrechte Prallplatte vorgesehen, wodurch
ein Teil von der in die Höhe geworfenen Flüssigkeit aufgefangen werden kann. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß man die Höhe einer dieser Wände vergrößert. Die
aufgefangene Flüssigkeit fließt dann an der betreffenden Wand entlang in das »Bassin«.
Gestaltet man die Prallplatte als Trennwand innerhalb des Bassins aus, so können
ihre beiden Seiten zum Abfangen der Flüssigkeit benutzt werden.
-
Die oben beschriebene Sammelwirkung der »Bassins« tritt jedoch bei
kleineren Flüssigkeitsmengen nicht ein, da in diesem Fall die Flüssigkeits- und
Gasschicht nicht so hoch ist, daß Flüssigkeit qn das Bassin hineinspritzt. Rostböden
und Böden mit Schlitz- oder Siebböden arbeiten bei kleineren Füllungen so, als ob
kein Bassin anwesend wäre. Die jeweils zu wählende Höhe der Zonenwand (d. h. die
Wandhöhe des Bassins) ist abhängig von der Füllung, bei der der Kolonnenboden anfängt,
in der Weise zu arbeiten, daß die Flüssigkeit vorzugsweise durch die Unterseite
des Bassins abfließt und das Gas gleichmäßig durch die übrigen Öffnungen des Bodens
aufsteigt.
-
Bei einer gegebenen Wandhöhe erreicht für eine bestimmte Füllungsmenge
die Flüssigkeits-Gas-Schicht, die sich auf dem Boden bildet, eine Höhe, bei welcher
sich das Bassin mit Flüssigkeit füllt. Je geringer die gewählte Wandhöhe ist, um
so schneller läßt sich die entsprechende Füllungsmenge erreichen, und umgekehrt.
-
Allgemein kann gesagt werden, daß die Erfindung mit besonderem Vorteil
anwendbar ist für Böden, die einen nicht allzu großen Druckabfall aufweisen.
-
Selbstverständlich können auf der Fläche jedes Kolonnenbodens mehrere
Bassins vorgesehen sein, wo-
bei jedoch gewisse Grenzen hinsichtlich des Prozentsatzes
des durch die Bassins eingenommenen Flächenanteils eingehalten. werden müssen.
-
Wenn bei einem Boden, der eine oder mehrere Zonen, wie sie oben beschrieben
wurden, aufweist, die Flüssigkeitsmenge weiter vergrößert wird. so kann es geschehen,
daß die Höhe der Flüssigkeit in dem Bassin und damit der Druck, auf Grund dessen
die Flüssigkeit durch die Unterseite des Bassins abfließt, unzureichend wird, was
dann dazu führt, daß das Bassin leergeblasen wird. In diesem Fall erfüllen die r,assins
nicht mehr ihren Zweck, und dies kann nur dadurch in Ordnung gebracht werden, daß
man die Füllung der Kolonne entsprechend verringert.
-
Dieser Nachteil kann dadurch überwunden werden, daß man oberhalb
des Bassins mit Hilfe einer oder mehrerer Prallplatten einen Raum schafft, in welchem
die nach oben spritzende Flüssigkeit sich fängt, wodurch so viel Flüssigkeit in
das Bassin gelangt, daß der Flüssigkeitsspiegel darin ansteigt und das Bassin +-or
dem Leerblasen schützt. In diesem Fall müssen die Prallplatten zum mindesten teilweise
geneigt angeordnet sein. so daß ihr oberer Teil über den Bassinrand hinausragt.
Ferner müssen diese Prallplatten mit Öffnungen für den Durchgang von Flüssigkeit
verehen sein.
-
Eine zweite Möglichkeit, das Leerblasen zu ver meiden, besteht darin,
das Bassin mit einem unter die Fläche des betreffenden Kolonnenbodens reichenden
Bodentelil zu versehen. Auf diese Weise wird eine höhere Flüssigkeitssäule in dem
Bassin gebildet, deren Druck dem Gasdruck unter dem Kolonnenboden länger widersteht.
-
Noch durch eine dritte Niethode kann die Gefahr des Leergeblasenwerdens
ausgeschaltet werden, nämlich dadurch, daß man eine Differenz in dem W,iderstand
gegen Gasdruck zwischen den Öffnungen im übrigen Kolonnenboden und denjenigen im
Bassin schafft, wodurch der Widerstand im Bassin größer ist als der im übrigen Teil
des Bodens. Wird die Füllung vergrößert und tritt damit die Gefahr auf, daß die
aufsteigenden Dämpfe die Flüssigkeit aus dem Bassin hinausblasen, so wirkt der relativ
höhere Widerstand im Bassinboden dieser Neigung der Dämpfe entgegen. Um dieses Prinzip
durchzuführen, wird in der Kolonne beispielsweise eine Siebplatte vorgesehen, deren
Öffnungen an der jeweiligen Einlaßseite abgerundet sind.
-
Bei Öffnungen im Inneren des Bassins befindet sich also die Abrundung
an der Oberseite des Kolonnenbodens, während sie außerhalb des Bassins an dessen
ITnterseite abgerundet sind.
-
Es wurde ferner gefunden, daß die Öffnungen im Bassin nicht die gleichen
Dimensionen haben müssen wie die in der übrigen Bodenplatte; gegebenenfalls kann
die notwendige freie Gesamtdurchgangsöffnung innerhalb des Bassins dadurch erhalten
werden, daß man weniger Öffnungen mit größerem Durchmesser vorsieht. Beim Betrieb
kann dies im Zusammenhang mit dem Problem des Verstopfens von Vorteil sein: da praktisch
die gesamte Flüssigkeit über die Bassins abströmt, setzen sich, wenn die Ciffnungen
klein sind, leicht Rost- und Schmutzteilchen darin ab, während sich größere Offnungen
nicht so leicht verstopfen.
-
Die Erfindung wird durch Zeichnungen näher erläutert, fiir welche,
unbeschadet des Umstandes, daß die Erfindung hinsichtlich der Art der Kolonnenböden
nicht beschränkt ist, als Beispiel Siebböden gewählt sind.
-
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Kolonne gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen der Kolonnenböden
in Fig. 1: Fig. 3 und 4 zeigen im senkrechten bzw. waagerechten Schnitt eine andere
Ausführungsform; FRig. 5, 6, 7 und 8 stellen weitere mögliche Ausführungsformen
der Kolonnenböden dar; Fig. 9 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Bassin, oberhalb
dessen ein Auffangraum für die Flüssigkeit vorgesehen ist; Fig. 10 stellt einen
Kolonnenboden mit einem versenkten Bassin dar, und in Fig. 11 ist ein Kolonnenboden
mit Bassin dargestellt, bei welchem die Öffnungen im Kolonnenboden auf besondere
Art ausgestaltet sind.
-
In den Fig. 1 bis 4 stellt 1 die Kolonnenwand dar; 2 und 3 sind aufeinanderfolgende
Kolonnenböden. In Fig. 1 und 2 wird die Zone, innerhalb deren die Flüssigkeit vorzugsweise
herabfließt, durch ein Bassin 4 bzw. 5 gebildet. Diese Bassins sind auf den aufeinanderfolgenden
Kolonnenböden 2 und 3 versetzt anangeordnet, d. h. derart, daß Flüssigkeit, die
aus dem Bassin 4 auf den Boden 3 abfließt, nicht in das Bassin 5 trifft, da sonst
diese Flüssigkeit unmittelbar auf den unterhalb von 3 gelegenen Kolonnenboden weiterfließen
würde, ohne dabei im Zwischenraum zwischen den Böden 2 und 3 mit Gas in Berührung
gekommen zu sein. Die Bassins 4 und 5 bestehen aus einem Wandteil 6, dessen Höhe
von der Füllung abhängt, die jeweils in der Zone vorhanden sein muß, damit die Anlage
zu arbeiten beginnt, und einem höheren Wandteil 7 zum Abfangen eines Teils der aufspritzenden
Flüssigkeit, die dann darin entlang in das Bassin fließt.
-
Fig. 3 und 4 zeigen eine etwas abweichende Ausfi;hrungsform. Auf
den Kolonnenböden 2 und 3 sind in einem Winkel von 1200 zum Mittelpunkt jedes Bodens
drei Bassins 8 bzw. 9 angeordnet, derart, daß immer die Bassins zweier aufeinanderfolgender
Böden um 600 gegeneinander versetzt sind.
-
Die Höhe der Wand 6 der Bassins, die an sich bei gleicher Größe der
Kolonnenböden natürlich kleiner sein müssen als die Bassins in Fig. 1 und 2, wird
in diesem Fall über den ganzen Umfang konstant gehalten, und es ist in den einzelnen
Bassins eine zusätzliche Teilungswand 10 vorgesehen, die nach beiden Seiten hin
arbeitet. Die Anordnung der Bassins, die in dem Fall nach Fig. 4 radial angeordnete
Teilungswände tragen, kann im übrigen von der dargestellten abweichen; die geeignetste
Stellung der Teilungswände wird durch die Anforderungen der Praxis bestimmt.
-
Fig. 5 und 6 zeigen je eine besondere Ausführungsform des Bassins,
das in Fig. 5 in Kreuzform mit den Umfangswänden 12 und den Teilungswänden 13 dargestellt
ist, während Fig. 6 ein ringförmiges Bassin mit den Umfassungswänden 15 und der
ringförmigen mittleren Teilungswand 16 zeigt. Die Bassins nach Fig. 5 und 6 können
gegebenenfalls für aufeinanderfolgende Kolonnenböden abwechselnd verwendet werden.
-
Fig. 7 und 8 zeigen Kolonnenböden mit einer Anzahl von erfindungsgemäßen
Ausführungsformen für die Bassins. Diese Bassins haben eine Wand 17 und eine Abfaugprallwand
18; bei einem Teil der in Fig. 8 dargestellten Bassins bildet auch die Wand der
Kolonne 1 die Abfangprallwand.
-
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Bassins mit besonderem Abfangraum
für hochspritzende Flüssigkeit. Im dargestellten Beispiel hat das Bassin die in
Fig. 1 gezeigte Form; es ist mit einer zusätzlichen, geneigt angeordneten Prallplatte
versehen. (Natürlich kann eine derartige Prallplatte auch bei den anderen
gezeigten
Ausführungsformen vorgesehen sein.) Ebenso kann der Abfangraum von beispielsweise
als Umdrehungsfläche ausgestalteten Prallplatten gebildet werden. Die Abfangplatte
19 ist, wie aus der Figur hervorgeht, im Winkel angeordnet und trägt Öffnungen 20.
Die Flüssigkeit, die durch die Öffnungen dringt, gelangt in das Bassin, und zwar
entweder längs der Innenseite der Prallplatte oder über die Teilungswand 7.
-
In dem von der Prallplatte 19, den Seitenwänden 21 und der Teilungswand
7 begrenzten Raum, der, wie ersichtlich, ungefähr die Form eines offenen rechteckigen
Kanals hat und sich in einigem Abstand über dem Bassin 4 befindet, bildet sich eine
mit Gas, Nebel und Flüssigkeit gefüllte ruhende Zone aus. Die Seitenwände 21 können,
wenn nötig, ebenfalls durchlöchert sein.
-
Fig. 10 stellt in Skizzenform ein Bassin dar, dessen Boden unterhalb
der Kolonnenbodenoberfläche liegt.
-
Es ist klar, daß die Flüssigkeitssäule in dem Bassin, falls die Wand
6 ebenso weit über den Kolonnenboden hinabragt wie bei den oben beschriebenen Kolonnenböden,
im Verhältnis zu der Kolonnenbodenfläche eine größere Höhe erreichen kann als bei
den oben beschriebenen Kolonnenböden.
-
Fig. 11 ist eine Skizze eines Bassins mit einem Teil des zugehörigen
Kolonnenbodens, wobei die Bodenöffnungen besonders ausgestaltet sind, nämlich derart,
daß die im Inneren des Bassins liegenden Öffnungen 23 an der Oberseite und die außenliiegenden,
22, an der Unterseite des Kolonnenbodens abgerundet sind. wodurch der Strömungswiderstand
den Bedingungen derart angepaßt ist, daß einem »Leerblasen« des Bassins entgegengewirkt
wird.
-
Darüber hinaus ist in diesem Fall eine geneigte Prallplatte 24 vorgesehen,
dlie die hochspritzende Flüssigkeit in Richtung des Bassins leitet. Die Prallplatte
24 kann nach oben gegen das Bassin zu gekrümmt sein.
-
Versuche mit Gas von einer Dichte von etwa 3 kg/m3 ergaben, daß beim
Vergrößern der Füllung das »Leerblasen« eines Bassins, wie es beispielsweise in
Fig. 1 gezeigt wird, eintritt, wenn die Gasgeschwindigkeit in den Bodenöffnungen
1,75 m/sec erreicht; wird die Füllung vermindert, so beginnt der Boden wieder zu
arbeiten, was bei einer Gasgeschwindigkeit von 1,4 m/sec der Fall ist.
-
Ist, wie beispielsweise in Fig. 9, eine Prallplatte 19 vorgesehen,
die oberhalb des Bassins einen Abfangraum bildet, so zeigte sich, daß bei langsamem
Vergrößern der Füllung ein »Leerblasen« eintritt, und zwar bei einer Gasgeschwindigkeit
von 2,15 m/sec; vermindert man die Füllung dann allmählich, so beginnt das Bassin
wieder, bei einer Gasgeschwindigkeit von 1,9 bis 2,0 m/sec zu arbeiten.
-
Es wurde gefunden, daß man dem »Leerblasen« außerdem wirksam entgegentreten
kann durch Anordnung eines Bassins mit versenktem Boden (s. Fig. 109.
-
Wurde die Füllung langsam vergrößert, so erfolgte selbst bei Gasgeschwindigkeiten
von 2,2 m/sec kein völliges »Leerblasen«, so daß beim anschließenden allmählichen
Vermindern der Füllung die Flüssigkeit auch weiterhin vorzugsweise über das Bassin
abgeführt wurde, ohne daß dabei irgendwelche Unterbrechungen auftreten.
-
Was das Verhältnis zwischen der Fläche des bzw. der Bassins und der
Gesamtbodenfläche betrifft, so kann dieses gemäß der Erfindung zwischen etwa 1 :
20 und etwa 1 : 5 liegen und beträgt vorzugsweise etwa 1:10.
-
Geeignete Kolonnenböden sind im allgemeinen diejenigen mit einem
freien Durchgang von etwa 10 bis 40 O/o, vorzugsweise von etwa 20 ovo der Bodenfläche.
-
Bei einer Ausführungsform mit Kolonnenböden, die aus mit runden Öffnungen
von 10 mm Durchmesser versehenen Siebböden bestanden und einen freien Gesamtdurchgang
von 200/0 der Bodenfläche aufwiesen, wurde auf jedem Kolonnenboden ein nach Fig.
1 und 2 ausgestaltetes Bassin angeordnet. Die Dimensionen der Bassins waren 5,5
22 cm, die Wandhöhe betrug 5 cm, und die Abfangprallwand war bei einer Breite von
22 cm 30 cm hoch. Beim Destillieren von Gemischen aus Heptan und Toluol bzw. Benzol
und Toluol wurde gefunden, daß ein derart ausgestalteter Kolonnenboden über einen
beträchtlichen Teil des Füllungsbereiches das 0,7- bis 0,8fache der theoretischen
Leistung ergab.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die als Beispiel beschriebenen
Ausführungsformen begrenzt; hinsichtlich der Ausgestaltung, Größe und Anordnung
der Bassins sind beliebige Abänderungen möglich.