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Destillationskolonne Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur fraktionierten
Destillation von Flüssigkeiten oder zur Behandlung von Gasen mit Flüssigkeiten,
wobei eine Flüssigkeit mit einem Gas auf aufeinanderfolgenden Stufen in Berührung
gebracht wird und wobei Flüssigkeit und Gas zwischen den Stufen im Gegenstrom fließen.
(Der Ausdruck »Gas« ist hier so zu verstehen, daß er auch Dämpfe einschließt.) Fiir
Vorrichtungen obengenannter Art ist es wesentlich, daß die Flüssigkeit auf jeder
Stufe in eine möglichst wirkungsvolle Berührung mit dem Gas gebracht wird, worauf
die beiden Stoffe dann wieder so vollständig wie möglich getrennt werden, damit
für den Durchfluß das Gegenstromprinzip aufrechterhalten bleibt. Es ist ferner sehr
wünschenswert, daß für Flüssigkeit und Gas die Durchflußgeschwindigkeit durch die
Vorrichtung ausreichend hoch ist, so daß die Behandlung in einer möglichst kleinen
und gedrängten Vorrichtung durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung hat eine derartige Vorrichtung für die fraktionierte
Destillation von Flüssigkeiten oder für die Behandlung von Gasen mit Flüssigkeiten
zum Gegenstand, mittels deren die Berührung zwischen Gas und Flüssigkeit stufenweise
bei beträchtlich hölieren Geschwindigkeiten durchgeführt werden kann, als dies bei
bekannten Vorrichtungsformen möglich ist, ohne daß jedoch merkliche Mengen von Flüssigkeit
von dem Gas mit weggeführt werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Berührung zwischen der Flüssigkeit und
dem Gas in einer oder mehreren Stufen derart herbeigeführt, daß man die Flüssigkeit
in einer oder mehreren Verteilerzonen innerhalb jeder Stufe tropfenförmig in einem
Strom des Gases verteilt und sie dann wieder durch Zentrifugieren von dem Gas trennt,
wobei die Verteilung der Flüssigkeit in dem Gas dadurch bewirkt wird, daß man den
Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit durch die Flüssigkeit oder nahe an ihr vorbeiführt,
so daß die Flüssigkeit in den Gasstrom hineingezogen und durch ihn verteilt wird.
Die Flüssigkeit läßt man entweder durch ihre eigene Schwere zu dieser Zone oder
auf andere Weise zufließen, wobei die zur Flüssigkeitsverteilung notwendige Energie
dem eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Gasstrom entnommen wird. Diese Geschwindigkeit
liegt in der Verteilerzone vorzugsweise bei 15 bis 30 m/sec, kann jedoch auch höher
oder niedriger sein, je nach der besonderen Art der auszuführenden Operation.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht
jede Stufe aus einer oder mehreren Flüssigkeitsverteilereinrichtungen, von denen
jede vorzugsweise aus einem vertikalen Rohr besteht, in dessen Innerem eine Reihe
von radialen Flügeln od. dgl. angeordnet ist, die in einem Winkel gegen
die Rohrachse
geneigt sind, derart, daß dem das Rohr von unten nach oben durchströmenden Gas eine
rotierende Bewegung zuteil wird. Die Flüssigkeit, die auf Grund ihrer Schwere der
betreffenden Stufe zufließt, wird in oder nahe dem Zentrum der Zone, in welcher
das Gas rotiert, aufgegeben. So kann beispielsweise die herabfließende Flüssigkeit
aus einer vorhergehenden Stufe mittels einer oder mehrerer Rohrleitungen in einen
Becher, Trog od. dgl. geleitet werden, der in der Gasrotationszone zentral angeordnet
ist. Zweckmäßigerweise stellt der Becher oder Trog zugleich die Nabe dar, auf welcher
die Flügel od. dgl. im Inneren des Rohres ausgebildet oder angeordnet sind. Selbstverständlich
kann jede geeignete Einrichtung angewandt werden, welche den Flüssigkeitsstrom zu
einem oder mehreren Punkten in oder nahe dem Zentrum der Gasrotationszone leitet,
wo die Gasgeschwindigkeit ausreicht, um die Verteilung der Flüssigkeit zu bewirken.
So kann man beispielsweise die Flüssigkeit durch im Zentrum des Gasstromes oder
in dessen Nähe gelegene Düsen oder Mundstücke fließen lassen, bevor oder nachdem
man den Gasstrom in Rotation versetzt hat. Im übrigen können die obenerwähnten Flügel
hohl sein, und die Flüssigkeit kann durch sie hindurch in den mit hoher Geschwindigkeit
bewegten Gasstrom eingeführt werden.
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Die Flügel können auch in bezug auf die Ebene der Nabe bzw. des Bechers
gerade gerichtet sein.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann das Gas mit Hilfe von tangential in das obenerwähnte Rohr führenden
Einlaßöffnungen
oder mittels irgendeiner geeigneten Kombination von Offnungen und Flügeln in Rotation
versetzt werden.
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Die Fliissigkeitsverteilereinrichtung (en) kann (können) auf einer
Ebene in Gestalt einer horizontalen Platte angeordnet sein, die zwischen einer Stufe
und der ihr vorangehenden oder folgenden quer zu dem Turm, in welchem die Stufen
angeordnet sind, eine Schranke bildet. In der Platte sind Einrichtungen vorgesehen,
die es der Flüssigkeit erlauben, auf eine niedrigere Stufe (normalerweise die nächstniedrige)
herabzufließen, während die Verteilereinrichtungen das von Stufe zu Stufe aufwärts
strömende Gas passieren lassen.
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Es ist ersichtlich, daß die der Flüssigkeit durch das Gas erteilte
Rotationsbewegung eine Zentrifugalkraft erzeugt, welche die Flüssigkeitstropfen
quer zum Gasstrom nach außen schleudert. Falls lediglich eine einzige Verteilereinrichtung
je Stufe in oder nahe dem Zentrum der betreffenden Platte vorgesehen ist, läßt sich
die Flüssigkeit von dem Gas so trennen, daß man sie an die Wände des Turmes prallen
läßt und dann in Richtung der Platte abzieht. Die Abscheidung kann aber auch so
bewirkt werden, daß man in dem einen Teil der Verteilungseinrichtung, dem Rohr,
eine nach oben gerichtete Ausweitung vorsieht und die Wände des erweiterten Teiles
auf geeignete Art durchlöchert.
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Diese Durchlöcherung kann beispielsweise in Form von Löchern oder
Schlitzen ausgeführt sein. Der bzw. die Schlitze können auch in Form einer Tangentialöffnung
in der Wand eines Abscheidungsrohres ausgebildet sein. Die durch die Zentrifugalkraft
nach außen geschleuderte Flüssigkeit sammelt sich dann an den Wänden der Rohrausweitung
und fließt durch die Offnungen, wie oben gezeigt, der Platte zu. Eine weitere mögliche
Ausführungsform besteht darin, daß man ein sich nach oben erstreckendes Uberfangrohr
von größerem Durchmesser als das Rohr der Verteilereinrichtung vorsieht, das zentral
über dem letzteren angeordnet ist, derart, daß zwischen dem unteren Ende des Uberfangrohres
und der Platte ein Zwischenraum gelassen ist. An die Wände des Uberfangrohres geschleuderte
Flüssigkeit fließt dann abwärts, der Platte zu, oder überfließt das obere Ende des
Uberfangrohres. Um ein Abspritzen vom Kopf des Rohres zu vermeiden, können geeignete
Leitelemente vorgesehen sein, die die Flüssigkeit nach abwärts, der Platte zu, l,
enken. Das Uberfangrohr kann auch durchlöchert sein. Vorzugsweise kann das Uberfangrohr
oder die Rohrerweiterung die Form eines Kegelstumpfes haben, der so angeordnet ist,
daß das Ende mit kleinem Durchmesser das obere Ende des Uberfangrohres bzw. der
Rohrerweiterung bildet.
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Falls mehr als eine Flüssigkeitsverteilereinrichtung je Stufe vorgesehen
ist, so ist es wesentlich, daß eine der oben beschriebenen Abscheidungseinrichtungen
mit jeder Verteilervorrichtung gekoppelt ist.
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Zur Erreichung einer guten Kontaktwirkung zwischen Gas und Flüssigkeit
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Flüssigkeit auf jeder Stufe bzw. Plattform
nacheinander mit zwei oder mehr Gasströmen in Berührung zu bringen.
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Dementsprechend ist in einer weiteren Ausffihrungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, in welcher die Flüssigkeit auf jeder
Stufe oder Plattform nacheinander mit zwei oder mehr Gasströmen in Berührung gebracht
wird.
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Sind auf einer Plattform beispielsweise drei Verteiler-und Sammeleinrichtungen
vorgesehen, über die sich der Gasstrom gleichmäßig verteilt, so kann der
Flüssigkeitsstrom
zunächst durch eine Verteilereinrichtung geschickt werden, worauf die Flüssigkeit,
nachdem sie sich wieder gesammelt hat, durch die zweite und endlich durch die dritte
Einrichtung geschickt wird, nach deren Verlassen sie dann zu der nächstliegenden
Plattform weiternießt. Ist eine größere Anzahl von Verteiler-und Sammeleinrichtungen
je Plattform vorgesehen, so kann der Flüssigkeitsstrom in mehrere Einzelströme zerlegt
werden, wobei dann jeder dieser einzelnen Ströme nacheinander über zwei oder mehrere
Verteiler-und Sammeleinrichtungen geleitet wird.
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Eine Ausführungsform, die dieser Vorrichtung entspricht, wird bei
einer Flüssigkeitsverteiler-und Abscheidungseinrichtung verwendet, worin die Flüssigkeit
einem zentralen Becher zugeleitet wird, der die Nabe fiir eine Anzahl kurvenförmiger,
radialer, gegen die Becherachse geneigter Flügel bildet, die einem aufsteigenden
Gasstrom eine Rotationsbewegung verleihen. Koaxial zu dem Becher sind drei Siebwände
angeordnet ; die beiden inneren Siebwände teilen den von den Flügeln kommenden Gasstrom
in drei ringförmige Einzelströme von ungefähr gleicher Größe.
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Die in dem inneren Gasstrom verteilte Flüssigkeit wird. nach außen
geschleudert und prallt an die innerste Siebwand, wo sie sich sammelt und, nachdem
sie durch die Löcher hindurchgedrungen ist, von dem zweiten Gasstrom wieder verteilt
und an die zweite Siebwand geschleudert wird. Nach dem Durchgang durch diese wird
die Flüssigkeit von dem dritten Gasstrom erfaßt und verteilt und sammelt sich an
der dritten Siebwand, von wo sie in einen ringförmigen Trog fließt, aus dem sie
über eine abwärts führende Leitung zu der nächstniedrigen Plattform abgeffihrt wird.
In einer Abänderung dieser Anordnung können die Flügel auch zur Becherebene geneigt
sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung, die eine sukzessive
Flüssigkeitsverteilung gestattet, ist eine Anordnung vorgesehen, bei welcher der
Gasstrom in zwei gleiche Teilströme aufgeteilt wird, ehe er über die Flügel geführt
wird, welche in zwei koaxialen Reihen um das zentrale Sammelgefäß herum angeordnet
sind, wobei diese beiden Flügelreihen durch ein vertikales Zylinderrohr getrennt
sind, welches die Sammeleinrichtung für die innere Flügelreihe bildet. Dieses Rohr
kann mit einer sich nach oben erstreckenden durchlöcherten Erweiterung versehen
sein. Bei noch einer anderen Anordnung sind zwischen jedem Flügelsatz ringförmige
Sammeltröge vorgesehen. Die Sammeleinrichtung zwischen den ringförmigen Flügelreihen
kann ein durchlöcherter Zylinder sein, der von einem nicht durchlöcherten Zylinder
umgeben ist, welch letzterer die Flüssigkeit in den Trog hinableitet, woraus sie
durch den die äußere Flügelreihe durchfließenden Gasstrom wieder verteilt wird.
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Wie oben beschrieben, kann dem Gas die Rotationsbewegung unter anderem
mittels einer oder mehrerer tangentialer, in der Wand eines Rohres der Verteilereinrichtung
gelegener Einlaßöffnungen oder mittels einer Kombination aus Radialflügeln und einer
oder mehreren tangentialen Einlaßöffnungen verliehen werden. Die in die Gasrotationszone
aufgegebene Flüssigkeit wird zu Tröpfchen verteilt und durch die Zentrifugalkraft
nach außen geschleudert ; sie wird dann durch eine der oben beschriebenen Sammeleinrichtungen
gesammelt.
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Die Vorteile einer mehrfachen Aufteilung der Flüssigkeit in dem Gas
können gemäß der Erfindung dadurch verwirklicht werden, daß man zwei oder
mehrere
getrennte Serien von tangentialen Offnungen mit oder ohne damit kombinierte Flügel
sowie Einrichtungen für die Abscheidung der Flüssigkeit aus dem Gas zwischen den
jeweiligen Serien vorsieht. Auf diese Weise läßt sich die in dem Gas in einer Gaseintrittszone
verteilte Flüssigkeit zwischen dieser Zone und der nächsten, in welcher sie dann
aufs neue verteilt wird, von dem Gas trennen.
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So kann eine Flüssigkeitsverteilungseinrichtung beispielsweise aus
einem zylindrischen Rohr bestehen, das am Boden geschlossen und mit einem in der
Mitte oder weiter oben vorgesehenen Sammelgefäß versehen ist, das die ihm von oben
zugeführte Flüssigkeit aufnimmt. Ein Teil des Rohrumfanges oberhalb des geschlossenen
Rohrbodens kann dann mit einer einzigen oder einer bandförmig angeordneten Reihe
von tangentialen Einlaßöffnungen versehen sein. Oberhalb der tangentialen Einflußöffnung
(en) ist ein nicht durchlöcherter Rohrbereich vorgesehen, oberhalb dessen sich wieder
eine Tangentialöffnung bzw. eine Reihe solcher anschließt. In gewissen Fällen kann
es wünschenswert sein, mehr als zwei Tangentialöffnungen bzw. Reihen solcher übereinander
vorzusehen, wobei in jedem Fall die Einzelöffnungen oder die Offnungsreihen durch
undurchlöcherte Rohrbereiche getrennt sein müssen.
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Nach einer anderen Ausführungsform kann es in einigen Fällen vorzuziehen
sein, anstatt des geschlossenen Rohrbereiches im Rohrinneren periphere Leitelemente
in irgendeiner Form oder eine Kombination solcher Elemente mit einem geschlossenen
Rohrbereich vorzusehen.
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Bei der letzterwähnten Ausführungsform wird dem durch die tangentiale
Einlaßöffnung (en) eintretenden Gas im Inneren des Rohres eine Rotationsbewegung
erteilt, so daß es die aus dem Sammelgefäß zufließende Flüssigkeit mitreißt, wobei
die Flüssigkeit in dem Gas verteilt wird. Das Gas und die mitgerissene Flüssigkeit
strömen durch das Rohr aufwärts, und zwar auf Grund der durch die Rotation erz,
eugten Zentrifugalkraft an oder nahe der Rohrwand. In dem von nicht durchlöcherten
Wänden begrenzten Rohrteil wird die Flüssigkeit teilweise oder ganz aus dem Gas
abgeschieden und an den Wänden niedergeschlagen. Die sich an dem undurchlöcherten
Rohrbereich als Film weiter aufwärts bewegende Flüssigkeit wird, wenn sie die nächste
Gaseintrittszone erreicht, wieder verteilt. Beim Austritt der Flüssigkeit-Gas-Mischung
aus dem Rohr können geeignete Einrichtungen vorgesehen sein, um die Flüssigkeit
aus dem Gas abzuscheiden. Hierfür kann beispielsweise ein durchlöchertes Rohr oder
ein Siebschirm am oberen Ende des Rohres und koaxial damit vorgesehen sein, das
(der) einen größeren oder kleineren Durchmesser als das andere Rohr hat. Es können
auch mehrere derartige Abscheidungsvorrichtungen vorgesehen sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Vorrichtung zur Mehrfachverteilung
ein zylindrisches Rohr enthalten, das an seinem unteren Ende eine Reihe von Radialflügeln
aufweist, die von einer zentralen Nabe ausgeben, welche als Sammelgefäß zur Aufnahme
der von oben eingeführten Flüssigkeit ausgebildet sein kann. Das am Boden eintretende
Gas erfährt eine Rotationsbewegung und reißt die dem zentralen Sammelgefäß zufließende
Flüssigkeit mit.
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Durch die Zentrifugalkraft wird die Mischung aus Flüssigkeit und Gas
nach außen gegen die Rohrwände geschleudert, wo sich die Flüssigkeit über die nicht
durchlöcherten Rohrwände als Film aufwärts bewegt, um dann auf eine weitere Gasrotationszone
zu treffen,
die dadurch zustande kommt, daß Gas in eine oder mehrere in der Rohrwand
oberhalb des nicht durchlöcherten Bereiches zwischen diesem und den Radialflügeln
vorgesehene tangentiale Einlaßöffnung (en) eintritt. Ebenso wie bei der oben beschriebenen
Ausführung können geeignete Abscheidevorrichtungen benutzt werden, wie beispielsweise
das obenerwähnte Rohr oder der durchlöcherte Schirm Nach einer weiteren Ausführungsform
kann die Vorrichtung zur Mehrfachverteilung eine rohrähnliche Anordnung aufweisen,
die die Form von zwei oder mehrKegelstümpfen mit fortschreitend abnehmendem, mittlerem
Durchmesser hat. Der untere Kegelstumpf ist geschlossen und mit einem Aufnahmegefäß
für die darin aufzugebende Flüssigkeit versehen, und an seinen Wänden können tangentiale
Offnungen entsprechend den oben beschriebenenAusführungsformen vorgesehen sein.
Zwischen diesen Offnungen und den in dem nächsten Kegelstumpf vorgesehenen Offnungsreihen
ist ein nicht durchlöcherter Bereich vorgesehen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung
zur Mehrfachverteilung eine zylindrische, rohrähnliche Anordnung aufweisen, wobei
Abschnitte mit sich verringerndem Durchmesser vorgesehen sind, so daß das Rohr von
seinem Boden bis zu seiner Spitze eine stufenweise Bauart aufweist.
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In jedem Abschnitt können tangentiale Offnungen vorgesehen sein, die
von dem nächsten Abschnitt durch einen nicht durchlöcherten Abschnittsbereich getrennt
sind.
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Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen zur Mehrfachverteilung können
die mit tangentialen Offnungen versehenen Abschnitte aus gebogenen Streifen gebildet
sein, die sich überlappen, wobei sie Lücken zwischen sich offen lassen und so die
tangentialen Offnungen bilden. Anstatt dessen können in einem Zylinder Öffnungen
derart gebildet werden, daß man die Wand mit schlitz-oder lochförmigen Ausschnitten
von geeignetem Profil versieht, um dem durch sie eintretenden Gas die notwendige
Rotationsbewegung zu verleihen. So können beispielsweise außerhalb der Schlitze
oder Löcher Leitelemente vorgesehen sein, die geeignet sind, den Gasstrom im richtigen
Sinne hindurchzuleiten.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Mehrfachverteilung erreicht
werden, indem man an dem Rohr nur eine einzige tangentiale bffnung und einen nicht
durchlöcherten Bereich oberhalb dieser zwischen der bffnung und der Abscheidungszone
anbringt. Bei dieser Ausführungsform ist es besonders wichtig, daß das Verhältnis
des bffnungsquerschnittes zu dem gesamten inneren Rohrquerschnitt so gewählt wird,
daß es sichergestellt ist, daß die durch die verteilende Wirkung des über die Offnung
eintretenden Gases gebildeten Flüssigkeitstropfen so gut wie vollständig wieder
ausgeschieden und an der Rohrwand niedergeschlagen werden. Die abgeschiedene Flüssigkeit
wird als Film rund um die Rohrwand geführt und, wenn sie die Innenkante der Offnung
erreicht, aufs neue von dem Gasstrom verteilt. Beim Ablauf dieser Vorgangsreihe
bewegt sich der Film und bzw. oder die Dispersion nach oben aus dem Offnungsbereich
heraus und setzt diese Aufwärtsbewegung, wenn er bzw. sie den nicht durchlöcherten
Teil der Rohrwand erreicht, fort, bis er (sie) das obere Rohrende und die dort vorgesehenen
Flüssigkeits-Gas-Trennvorrichtungen erreicht. Die Abscheidung der Flüssigkeit aus
dem Gas findet dann in der gleichen Weise statt, wie in den anderen Ausführungsformen
beschrieben.
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Bei einer abgewandelten Form der soeben beschriebenen Ausführungsform
können an dem Rohr mehrere tangentiale Öffnungen vorgesehen sein, derart, daß diese
gerade erreicht werden, wenn sich die gewünschte Flüssigkeitsmenge aus der an der
Innenkante der vorhergehenden Öffnung gebildeten Dispersion an der Rohrwand abgeschieden
hat. Beispielsweise können zwei sich diametral gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen
sein.
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Gegebenenfalls kann die Zuleitung für die Flüssigkeit bei den oben
beschriebenen Ausführungsformen mit einer Leitfläche umgeben sein, um einen Entzug
von Flüssigkeit in Form von Tropfen oder in Form eines an der Außenseite der Zuleitung
aufsteigenden Films zu verhindern. Eine derartige ringförmige Leitflache kann z.
B. zweckmäßigerweise einen halb so großen Durchmesser wie das Flüssigkeitsverteilerrohr
haben.
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Zum besseren Verständnis sei die Erfindung durch Zeichnungen erläutert
: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen zwei Verteilerstufen umfassenden Turmabschnitt
; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Fig. 1 längs der Linie 24-X ; Fig. 3 zeigt das
Profil eines der in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 vorgesehenen Flügels ; Fig.
4 zeigt zwei verschiedene Einrichtungen für die Flüssigkeitszufuhr nach Fig. 1 und
2 im Längsschnitt ; Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer Verteilerstufe mit Tangentialöffnungen
; Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 5 ; Fig. 7 stellt eine
abgewandelte Anordnung der in Fig. 5 wiedergegebenen Vorrichtung dar, bei welcher
zwei Reihen getrennter Tangentialöffnungen vorgesehen sind ; Fig. 8 ist ein Längsschnitt
durch einen Teil einer Verteilerstufe mit sowohl radialen Flügeln als tangentialen
Öffnungen ; Fig. 9 ist ein Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 8 ; Fig. 10
stellt einen Längsschnitt eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 8 dar, wobei jedoch
zwischen den radialen Flügeln und den tangentialen Offnungen ein nicht durchlöcherter
Rohrbereich vorgesehen ist ; Fig. 11 zeigt einen Querschnitt einer Verteilerstufe
nach Fig. 5, wobei jedoch Leitflächen vorgesehen sind ; Fig. 12 ist ein Querschnitt
längs der Linie A-A der Fig. 11 ; Fig. 13 zeigt im Längsschnitt eine Verteilerstufe
mit einer einzigen Tangentialöffnung ; Fig. 14 ist ein Querschnitt längs der Linie
A-A der Fig. 13 ; Fig. 15 stellt im Querschnitt eine der in Fig. 13 bzw. 14 gezeigten
analoge Anordnung dar, wobei jedoch zwei Tangentialöffnungen vorgesehen sind ; Fig.
16 zeigt im Längsschnitt eine andere Ausführungsform einer Verteilerstufe ; Fig.
17 ist ein Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 16 ; Fig. 18 zeigt im Längsschnitt
wiederum eine andere Ausführungsform einer Verteilerstufe ; Fig. 19 zeigt im Längsschnitt
einen Teil einer Kolonne mit zwei Flüssigkeitsverteilern je Plattform und geeigneten
Einrichtungen zur Aufteilung der herabfließenden Flüssigkeit in gleiche Einzelströme
; Fig. 20 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 19.
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In den Fig. 1 und 2 sind in einem zylindrischen Turm 1 zwei Flüssigkeitsverteilerstufen
angeordnet.
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Die folgend beschriebenen Ausführungsformen sind stets so zu verstehen,
daB in ihnen eine Mehrzahl von Flüssigkeitsverteilerstufen quer zum Turm auf einer
Trägerplatte (-plattform) od. dgl. angeordnet sein können und daß jede gewünschte
Anzahl von Trägerenrichtungen bzw. -platten od. dgl., die je eine oder eine Mehrzahl
von Verteilereinrichtungen tragen, längs der Gesamthöhe des Turmes angebracht sein
können. Die Verteilervorrichtungen 2 umfassen ein senkrechtes Rohr 3, das mit Radialflügeln
4 versehen ist, welche in einem Winkel zu der Rohrachse geneigt und an ihren inneren
Enden an einer hohlen Nabe4 befestigt sind. Dem durch den Turm nach oben strömenden
Gas wird bei seinem Durchgang durch die Flügel eine Rotationsbewegung verliehen.
Die aus der vorhergehenden Verteilervorrichtung herabfließende Flüssigkeit wird
dem Zentrum der Nabe4a über die Leitungen 5 zugeleitet. An der Turmwand ist, um
die Leitungen 5 reinigen zu können, je ein Mannloch 6 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform
der Vorrichtung wird die verteilte Flüssigkeit in dem Gas nach oben und außen gegen
die Turmwände geschleudert, wo die Flüssigkeit vom Gas getrennt wird, worauf sie
durch die Leitungen 5 in die nächste Verteilerstufe herabfließt. Ist auf jedem Querträger
in dem Turm jeweils nur eine Verteilervorrichtung vorgesehen, so ist es selbstverständlich,
daß zur Verhinderung des Abfließens von Flüssigkeit auf anderem Wege als durch die
Leitungen 5 Vorrichtungen vorgesehen sind, die entweder in einem das Rohr 3 umgebenden
Flansch oder in einer Platte bestehen konnen.
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In der oberen Halte, 4 der Fig. 4 ist eine abgewandelte Einrichtung
für die Flüssigkeitszufuhr zu der Verteilervorrichtung gezeigt, worin eine abwärts
führende Außenleitung 7 Flüssigkeit aus der vorhergehenden Verteilerstufe 2 über
die Leitung 8 dem Boden der Nabe 4 a zufiihrt. In der unteren Hälfte der Fig. 4
ist die nabe 4a als massiv angenommen, und die über die Außenleitung 9 herangeführte
Flüssigkeit wird durch die Leitung 10 mit ihrer konischen Erweiterung 11 aufgegeben,
deren Mündung das untere Ende der Nabe umgibt, wobei zwischen der Außenfläche des
Nabenendes und der Mündung der Ausweitung 11 ein Zwischenraum frei bleibt. Die durch
diesen Zwischenraum überfließende Flüssigkeit wird von dem aufwärts strömenden Gas
mitgerissen, und das Gas-Flüssigkeits-Gemisch passiert dieRadialflügel, wodurch
die Flüssigkeit verteilt wird.
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In Fig. 5 umfaßt eine in einem Turm 13 angeordnete Flüssigkeitsverteilervorrichtung
12 ein mit Reihen von Tangentialöffnungen 15 (deutlicher ersichtlich aus Fig. 6)
versehenes Rohr 14, das an seiner Bodenfläche 16 ein becherartiges Sammelgefäß 17
bildet. Die herabfließende Flüssigkeit wird über die Leitung 18 dem Becher 17 zugeführt,
während das aufwärts strömende Gas durch die Tangentialöffnungen 15 hindurch eintritt,
wobei es in rotierende Bewegung versetzt wird.
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Das rotierende Gas reißt Flüssigkeit mit, die in dem Gas verteilt
wird, und das weiter rotierende Gas-Flüssigkeits-Gemisch strömt dann im Rohr 14
nach oben, wobei es zugleich nach außen an die Turmwand 13 geschleudert wird, wo
die Flüssigkeit aus dem Gas abgeschieden wird, um dann auf die Querplatte 19 abzufließen
und über die Leitung 20 in die nächstuntere Verteilervorrichtung abzulaufen. In
einer Abwandlung dieser Vorrichtungsform kann das Rohr 14 mit einer Trennvorrichtung
versehen sein, welche
durch eine durchlöcherte Ausweitung am oberen
Ende des Rohres gebildet sein kann.
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Fig. 7 zeigt eine Verteilervorrichtung 21, umfassend zwei jeweils
bei 22 bandförmig angeordnete Reihen von Tangentialöffnungen 23 in einem Rohr 25.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Offnungsreihen 22 durch einen nicht durchlöcherten
ringförmigen Bereich 24 des Rohres 25 voneinander getrennt. Wie bei der vorhergehenden
Ausführung wird das Rohr durch eine Bodenplatte 26 abgeschlossen, in welcher eine
becherartige Vertiefung 27 ausgebildet ist. In den Becher wird die herabströmende
Flüssigkeit über Leitung 28 aufgegeben. Das in die untere Reihe von Tangentialöffnungen
eintretende Gas reißt Flüssigkeit aus dem Becher 27 mit sich und bildet ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch,
das beim Aufwärtsströmen durch das Rohr auf den undurchlöcherten Bereich 24 desselben
auftrifft, wo sich die Flüssigkeit aus dem Gas abscheidet. Sobald der an der Oberfläche
des Bereiches 24 aufsteigende Flüssigkeitsfilm die zweite Reihe von Tangentialöffnungen
erreicht, wird eine weitere Flüssigkeits-Gas-Mischung gebildet. Die in diesem zweiten
Bereich 22 gebildete Mischung tritt zum Schluß aus dem Rohr 24/25 aus, und die Flüssigkeit
wird nach außen an die Wände des Turmes 29 geschleudert und fließt auf die Platte
30 herab, von welcher sie, wie oben beschrieben, zu der nächstniedrigen Vorrichtung
abfließt.
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Fig. 8 und 9 zeigen eine im Turm 31 angeordnete Verteilervorrichtung
30, umfassend ein Rohr 32 mit einem Band von Tangentialöffnungen 33 und einer Reihe
von Radialnügeln 34, die von einer hohlen Nabe 35 getragen werden. Uber die Leitung
36 wird Flüssigkeit in den durch die Nabe gebildeten Becher aufgegeben. Das durch
die Radialflügel 34 strömende Gas wird in Rotation versetzt und reißt die den Becher
35 überfließende Flüssigkeit unter Bildung einer Flüssigkeits-Gas-Mischung mit sich,
der noch eine weitere Gasmenge zugeführt wird, welche über die Öffnungen 33 in die
Zone eintritt. Die Trennung von Flüssigkeit und Gas findet im oberen Teil des Turmes
31 statt, aus welchem die abgeschiedene, an der Platte 37 angesammelte Flüssigkeit
über die Leitung 38 in oben beschriebener Weise abfließt.
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Fig. 10 zeigt eine der in Fig. 8 dargestellten ähnliche Anordnung,
bei welcher jedoch die Radialflügel 34 von den Tangentialöffnungen 33 durch einen
nicht durchlöcherten Bereich 39 des Rohres 32 getrennt sind. In diesem Rohrbereich
findet infolgedessen die Flüssigkeitsabscheidung aus dem Gas statt, nachdem das
letztere die Radialfliigel passiert hat und bevor die Dispersion die Tangentialöffnungen
33 erreicht.
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(Die verschiedenen Vorrichtungsteile sind in Fig. 10 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen wie in Fig. 8 und 9.) Selbstverständlich können die in den
besprochenen Figuren dargestellten Vorrichtungen eine beliebige Anzahl getrennter
Reihen von Tangentialöffnungen, gegebenenfalls jeweils kombiniert mit Radialnügeln,
umfassen.
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Fig. 11 und 12 zeigen eine den Fig. 5 und 6 entsprechende Ausführungsform,
weshalb auf die Unterscheidungsmerkmale der hier dargestellten Anordnung zu der
in Fig. 5 dargestellten Anordnung zu der in den Fig. 11 und 12 dargestellten nicht
näher eingegangen wird. Bei dieser Ausführungsform sind Leitflächen 40 und 41 vorgesehen,
welche die abwärts gerichtete Zufuhrleitung 18 umgeben. Die ringförmige Leitfläche
40 verhindert ein Abfließen von Flüssigkeit an der Außenseite der Leitung 18, und
die Leitfläche
41 verursacht eine Abscheidung und Ansammlung von Flüssigkeit, was
sich im Auftreten einer mehrfachen Flüssigkeitsverteilung auswirkt.
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Fig. 13 bzw. 14 zeigen eine Anordnung, bei welcher eine Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung
42 im Turm 43 an einer Platte 44 angeordnet ist, und worin das Rohr 45 nur eine
einzige Tangentialöffnung46 aufweist (s. Fig. 14). Wie oben wird die über die Leitung
47 herangeführte Flüssigkeit einer becherartigen Vertiefung 48 in der das Rohr 45
unten abschließenden Platte 49 zugeführt. Das durch die Öffnung 46 eintretende,
aufwärts strömende Gas wird in Rotation versetzt und reißt unter Bildung einer Dispersion
Flüssigkeit mit. Die Flüssigkeit strömt ab der Innenfläche des Rohres 45 entlang
unter Rotieren aufwärts, wobei die Flüssigkeit sich von dem Gas zu trennen sucht.
Jedesmal, wenn der rotierende Flüssigkeitsfilm jedoch die Kante 50 an der Einmündung
der Öffnung 46 erreicht, wird die Flüssigkeit aufs neue von dem eintretenden Gas
verteilt, und dies setzt sich so lange fort, bis der Bereich des Rohres 45, in welchem
die Offnung 46 einmündet, passiert ist. Flüssigkeit und Gas können dann auf die
vorher beschriebene Art getrennt werden.
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In Fig. 15 ist schematisch ein Rohr im Querschnitt dargestellt, bei
welchem einander diametral gegenüber stehende Tangentialöffnungen 51 und 52 vorgesehen
sind. Der oben in bezug auf die einzelne Öffnung 46 beschriebene Ablauf findet dann
an jeder der Offnungen 51 und 52 statt.
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Fig. 16 und 17 zeigen eine Flüssigkeitsverteilervorrichtung 53, die
durch eine Platte 55 im Turm 54 getragen wird. Sie umfaßt ein mit an der Hohlnabe
58 befestigten Radialflügeln 57 versehenes Rohr 56, in dessen Becher 58 die Flüssigkeit
über die Leitung 59 aufgegeben wird. Oberhalb der Radialflügel sind drei voneinander
getrennte ringförmige Siebwände 60, 61 und 6Q vorgesehen. Das durch die Radialflügel
strömende Gas wird in Rotation versetzt und reißt zwischen Rohr 59 und Sieb 60 die
über den Nabenbecher 58 überfließende Flüssigkeit mit sich ; die gebildete Flüssigkeits-Gas-Mischung
wird gegen die Siebwand 60 geschleudert, so daß durch die Sieblöcher Flüssigkeit
in den Raum zwischen den Siebwänden 60 und 61 austritt. Diese Flüssigkeit wird von
dem in dem genannten Raum rotierenden Gas verteilt und die Mischung gegen die Siebwand
61 geschleudert, wo sich die Flüssigkeit wiederum abscheidet und durch die Sieblöcher
in den Raum zwischen 61 und 62 dringt.
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Dort finden dieselben Vorgänge statt, und die am Schluß durch die
Löcher der Siebwand 62 austretende Flüssigkeit fließt nach außen ab und wird auf
vorbeschriebene Art zur nächstniedrigen Verteilerstufe abgeführt. Anstatt der drei
können zwei oder mehr Siebwände, je nach dem gewünschten Verteilungsgrad, angeordnet
sein.
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In Fig. 18 ist eine Anordnung gezeigt, die eine Abwandlung der durch
Fig. 16 wiedergegebenen darstellt. Hier weist die im Turm 64 durch die Platte 65
getragene Verteilervorrichtung 63 keine Siebwände auf. Es ist ein Rohr 66 vorgesehen,
das mit auf der Hohlnabe 68, in welche die Flüssigkeit aus dem Rohr 69 aufgegeben
wird, befestigten Radialflügeln 67 versehen ist. Das Rohr 66 ist von einem konzentrischen
Rohr 70 umgeben, und zwischen den Rohren 66 und 70 ist eine weitere Reihe Radialflügel
71 vorgesehen.
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Eine mittels der Radialflügel 67, wie oben beschrieben, erzeugte Dispersion
wird nach außen gegen die nicht durchlöcherte Fläche des Rohres 66 geschleudert,
wo sich die Flüssigkeit aus dem Gas abscheidet, und der
Flüssigkeitsfilm
bewegt sich rotierend aufwärts entlang dieser Fläche. Sobald der Flüssigkeitsfilm
das obere Ende des Rohres 66 erreicht, trifft er auf eine weitere Gasrotationszone,
die durch das um das Rohr 66 herum aufwärts strömende und dabei durch die Flügel
71 in Rotation versetzte Gas erzeugt ist. Nach dieser neuerlichen Verteilung kann
die Flüssigkeit wie in der vorhergehenden Stufe abgeschieden werden, oder sie kann
einer weiteren Verteilung unterworfen werden, falls weitere konzentrische Rohre
und Flügel vorgesehen sind.
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Es sei an dieser Stelle eingefügt, daß, wo in den vorstehenden Ausführungsformen
Radialflügel vorgesehen sind, diese jeweils zu der Achse des Rohres, in welchem
sie angeordnet sind, derart geneigt sind, daß sie dem Gas die gewünschte Rotationsbewegung
verleihen. Die Art der Neigung dürfte aus der für die jeweiligen Flüssigkeitsverteilervorrichtungen
wiedergegebenen Querschnittszeichnung in hinreichendem Maße hervorgehen.
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Fig. 19 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Verteilervorrichtungen
72 je Plattform 73 des Turmes 74 vorgesehen sind. Die einzelnen Vorrichtungen 72
können in Übereinstimmung mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet
sein. Die sich auf der Platte 73 ansammelnde Flüssigkeit wird mittels der Leitungen
75, die an ihren oberen Enden V-förmige Einkerbungen76 aufweisen, in zwei im wesentlichen
gleiche Einzelströme aufgeteilt. Selbstverständlich kann diese Art der Anordnung
von Vorrichtungen und Flüssigkeitszuführungen für beliebig viele Vorrichtungen und
Plattformen angewandt werden. Anstatt dessen kann auch jede andere geeignete Methode
zur Unterteilung der Flüssigkeit in zwei oder mehr im wesentlichen gleiche Einzelströme
auf jeder Plattform verwendet werden.
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Fig. 20 zeigt eine andere Anordnung, wobei jede Verteileranordnung
77 aus der unmittelbar darüberliegenden Vorrichtung mit Flüssigkeit gespeist werden
kann. Die Aufteilung der Flüssigkeit, beispielsweise an der hier nicht gezeigten
Kopfplatte des Turmes 78, kann durch irgendwelche bekannte Maßnahmen bewirkt werden.
Die gleiche Flüssigkeit, die durch z. B. eine oberste Verteilervorrichtung läuft,
durchläuft nacheinander alle senkrecht darunter liegenden Verteilerstufen ebenfalls.
Jede dieser Vorrichtungen 77 ist von einem an der Trägerplatte 80 angeordneten Rohr
79 umschlossen. Der Boden des Rohres 79 ist mit einem nach innen gerichteten Flansch
81 versehen, welcher an die Verteilervorrichtung 77 anschließt. Die in dem Rohr
79 gesammelte Flüssigkeit fli, eßt durch ein Rohr 82 zur nächsten Vorrichtung 77
ab.
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Der hauptsächliche technische Fortschritt, der sich beim Arbeiten
mit der Vorrichtung nach der Erfindung gegenüber bekannten Anordnungen ergibt, besteht
darin, daß erfindungsgemäß Gasgeschwindigkeiten in Höhe von etwa 15 m/sec erreicht
werden können, wohingegen mit den üblichen Vorrichtungen nur etwa 0, 6 bis 1, 2
m/sec erhältlich sind.
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Ein weiterer Vorteil, der sich mit denjenigen Vorrichtungen nach
der Erfindung erreichen läßt, die mit Mehrfachflüssigkeitsverteilung arbeiten, besteht
darin, daß der Austauscheffekt zwischen Gas und Flüssigkeit zwischen 55 und 65 °/o
liegt, während er bei einer einstufigen Trennvorrichtung 35 bis 45/o nicht übersteigt.
Der Wirkungsgrad wurde bestimmt, indem man warmes Wasser über eine mit der Vorrichtung
nach der Erfindung ausgerüstete Säule im Gegenstrom mit einer entsprechenden Durchsatzmenge
kalter Luft
fließen ließ und die Einlaß-und Auslaßtemperatur des Wassers ebenso wie
die durchschnittliche Trocken-bzw. Naßtemperatur der eintretenden bzw. austretenden
Luft bestimmte. Der Wirkungsgrad wird ausgedruckt als das Verhältnis der von der
Luft beim Passieren einer Plattform tatsächlich aufgenommenen Wärmemenge zu der
Wärmemenge, die sie zum völligen Ausgleich ihrer Temperatur mit der des Wassers,
das die Plattform verläßt, aufnehmen müßte.
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Anwendungsbeispiel Zum Nachweis der mittels der Vorrichtung nach
der Erfindung erzielbaren Vorteile wurde mit der in Fig. 1 dargestellten verhältnismäßig
einfachen Ausführungsform gearbeitet.
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In einer Destillationskolonne von 10 cm Durchmesser, die mit einer
Vorrichtung nach Fig. 1 ausgerüstet war, besaß die becherförmige Nabe 4 a einen
Durchmesser von 2, 5 cm und war umgeben mit einem Kranz aus radialen Leitflächen4
mit einem Außendurchmesser von 7, 5 cm, wobei die Leitflächen unter einem Winkel
von etwa 30° zur Horizontalebene geneigt waren.
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Das zu behandelnde Gemisch bestand aus Benzol-und Pyridindämpfen,
die aus einem Verdampfungsgefäß mit einer bestimmten, an der Eintrittsstelle gemessenen
Strömungsgeschwindigkeit in die Apparatur einströmten. Nach dem Passieren der Destillationskolonne
wurde das Gemisch kondensiert und das fliissige Kondensat als Rückfluß zurückgeführt.
Der Wirkungsgrad der Vorrichtung wurde berechnet auf Grund der Zusammensetzung des
in die Kolonne einströmenden Dampfgemisches und derjenigen des Rückflusses.
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Versuch A Gesamte Wärmezufuhr durch Dampf...................... 4400
kcal/Std.
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Strömungsgeschwindigkeit der Benzol-Pyridin-Dämpfe 4373 kg/Std.
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Dampfgeschwindigkeit in der Kolonne von 10 cm Durchmesser 5, 9 m/sec.
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Druckabfall an der Vorrichtung.. 28 cm Wassersäule Wirkungsgrad der
Vorrichtung.. 67, 7 ID/o Im Beispiel ist ein maximaler Durchsatz für die Kolonne
gewählt. Bei höheren Dampfgeschwindigkeiten floß die Flüssigkeit zu langsam ab,
und der Boden wurde überflutet.
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Zum Vergleich wurde festgestellt, daß ein Glockenboden normaler Konstruktion
bei Verwendung des gleichen Gemisches eine maximale Dampfgeschwindigkeit von 1 m/sec
aufwies.
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Mit fallenden Dampfgeschwindigkeiten wurden folgende weitere Versuche
durchgeführt :
| Versuch |
| B | C | D |
| |
| Wärmezufuhr in |
| 37, 37, 550 29, 500 @ 21, 670 |
| Dampfgeschwindigkeit |
| in m/sec 5, 0 4, 0 2, 9 |
| Druckabfall in cm ! |
| Wassersäule..... 20 13 8,8 |
| Wirkungsgrad in %.... 60 53 45 |