DE10257915A1 - Hydraulischer Verschluss von Ablaufschächten bei Bodenkolonnen - Google Patents
Hydraulischer Verschluss von Ablaufschächten bei BodenkolonnenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Boden (3a) zum Stoff- und/oder Wärmeaustausch zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas, welcher Öffnungen für den Durchtritt des Gases und mindestens einen Ablaufschacht (5a) für die Flüssigkeit aufweist. Der Ablaufschacht (5a) besitzt an seinem unteren Ende mindestens eine Ablauföffnung, die mit einem siphonartigen Verschluss (10) versehen ist, wobei Mittel (12) zum Zusammenführen von aus dem siphonartigen Verschluss (10) austretender Flüssigkeit vorgesehen sind.
Description
- Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:
- Fig. 1 eine Bodenkolonne mit hochgezogenen Ablaufschächten nach dem Stand der Technik, und
- Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung eines Ablaufschachtes.
- In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführung einer Bodenkolonne 1 dargestellt, wie sie zum Stoff- und Wärmeaustausch zwischen einer Flüssigkeit 2 und einem Dampf 7 eingesetzt wird. in derartigen Kolonnen fließt üblicherweise die Flüssigkeit 2 von oben nach unten ab, während der Dampf 7 von unten nach oben entgegenströmt. Die Flüssigkeit 2 wird oben auf die Kolonne 1 aufgegeben und strömt quer über den obersten Stoffaustauschboden 3a, um dann über ein Wehr 4 in einen Ablaufschacht 5a einzutreten. Der Ablaufschacht 5a ist am unteren Ende mit Öffnungen 6 versehen, durch die die Flüssigkeit 2 auf den darunter liegenden Stoffaustauschboden 3b fließt. Die Flüssigkeit 2 strömt dann quer über den Stoffaustauschboden 3b, um über den Ablaufschacht 5b den nächsten Stoffaustauschboden 3c zu erreichen. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit 2 langsam durch die gesamte Kolonne 1 geführt.
- Der Dampf 7 wird der Kolonne 1 am unteren Ende zugeführt und steigt in der Kolonne 1 auf. Die Stoffaustauschböden 3a, 3b, 3c besitzen jeweils Öffnungen 8, durch die der Dampf 7 durchtreten kann und mit der über den jeweiligen Stoffaustauschboden 3a, 3b, 3c strömenden Flüssigkeit 2 in Kontakt kommt. In der Dampf-Flüssigkeit- Kontaktzone auf den Stoffaustauschböden 3a, 3b, 3c entsteht eine Sprudelschicht 9, in der ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit 2 und dem Dampf 7 stattfindet.
- Für eine ordnungsgemäße Funktion der Stoffaustauschböden 3a, 3b, 3c ist die richtige Ausführung der Ablaufschächte 5a, 5b von Bedeutung. Der Querschnitt der Ablaufschächte 5a, 5b muss einerseits hinreichend groß gewählt werden, damit die Flüssigkeit 2 auch bei der maximalen Belastung der Kolonne 1 noch sicher abfließen kann. Auf der anderen Seite muss aber sichergestellt werden, dass der Dampf 7 durch die Öffnungen 8 in den Stoffaustauschböden 3a, 3b, 3c nach oben aufsteigt und nicht den Weg durch die Ablaufschächte 5a, 5b nimmt. Vor allem bei minimaler Flüssigkeitsbelastung muss dies sichergestellt werden.
- Zum Teil werden daher die Ablaufschächte so weit nach unten gezogen, dass sie tief genug in die Flüssigkeit auf dem nächst tieferen Boden eintauchen. Der hierfür notwendige Flüssigkeitsstand auf den Stoffaustauschböden 3a, 3b, 3c wird durch Wehre 4 gewährleistet. Eine derartige Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass der Bereich des Stoffaustauschbodens, der sich direkt unterhalb des Ablaufschachtes befindet, nicht für den Stoff- und Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf zur Verfügung steht.
- Die ebenfalls bereits aus dem Stand der Technik bekannte Ausführung gemäß Fig. 1 ist insoweit verbessert, dass die Ablaufschächte 5a, 5b im Verhältnis zu den darunter liegenden Stoffaustauschböden 3b, 3c soweit hochgezogen sind, dass sie nicht in die auf dem darunter liegenden Stoffaustauschboden 3b, 3c strömende Flüssigkeit eintauchen. Zwischen dem unteren Ende der Ablaufschächte 5a, 5b und dem entsprechenden Stoffaustauschboden 3b, 3c verbleibt jeweils ein genügend großer Zwischenraum, in dem sich eine Sprudelschicht 9 ausbilden und ein Stoff- und Wärmeaustausch zwischen der auf dem Stoffaustauschboden 3b, 3c strömenden Flüssigkeit 2 und dem aufsteigenden Dampf 7 stattfinden kann. Die für die Rektifikation zur Verfügung stehende Fläche wird dadurch vergrößert.
- Der Eintritt von Gas 7 in die Ablaufschächte 5a, 5b wird durch einen dynamischen Flüssigkeitsverschluss verhindert. Hierzu sind die Ablaufschächte 5a, 5b am unteren Ende mit Öffnungen 6 versehen, die so dimensioniert sind, dass eine genügend große Flüssigkeitsmenge in den Ablaufschächten aufgestaut wird und das Eindringen von Dampf 7 verhindert.
- Derartige dynamische Flüssigkeitsverschlüsse führen jedoch dann zu Problemen, wenn die Kolonne unter sehr kleiner Last gefahren wird, d. h. wenn nur wenig Flüssigkeit und / oder Gas in der Kolonne einander entgegenströmen. In diesem Fall bildet sich in den Ablaufschächten 5a, 5b keine genügend große Flüssigkeitsschicht aus, um die Ablaufschächte 5a, 5b für den Dampf zu verschließen.
- Erfindungsgemäß wird daher kein dynamischer, sondern ein statischer Flüssigkeitsverschluss der Ablaufschächte 5a, 5b gewählt. In Fig. 2 ist eine solche Ausführung eines Ablaufschachtes 5a für eine Bodenkolonne dargestellt. Der Ablaufschacht 5a ist mit dem entsprechenden Stoffaustauschboden 3a wiederum so verbunden, dass sich ein Wehr 4 konstruktiv bedingt ergibt, welches einen Teil der Flüssigkeit 2 auf dem Stoffaustauschboden 3a aufstaut. Der Ablaufschacht 5a ist gegenüber dem nächst tieferen Stoffaustauschboden 3b hochgezogen, um den unter dem Ablaufschacht 5a liegenden Bereich des Stoffaustauschbodens 3b ebenfalls für den Stoffaustausch nutzen zu können.
- Der erfindungsgemäße Ablaufschacht 5a weist einen statischen Flüssigkeitsverschluss auf. Hierzu ist unterhalb des Ablaufschachtes 5a eine Auffangtasse 10 angeordnet, deren Seitenwände 11 so weit hochgezogen sind, dass der Ablaufschacht 5a teilweise in die Auffangtasse 10 eintaucht. Die Unterkante des Ablaufschachtes 5a befindet sich somit unterhalb der Oberkante der Seitenwände 'I 1. Es ist auch möglich, die Ablaufschachtwände mit der Oberkante der Seitenwände 11 der Auffangtasse 10 enden zu lassen.
- Beim Betrieb der Kolonne 1 sammelt sich in der Auffangtasse 10 die durch den Ablaufschacht 5a herabströmende Flüssigkeit 2 so lange, bis diese über die Seitenwände 11 abfließen kann. Die unteren Enden des Ablaufschachtes 5a tauchen dann in die in der Auffangtasse 10 befindliche Flüssigkeit ein und die Auffangtasse 10 bildet einen siphonartigen Flüssigkeitsverschluss des Ablaufschachtes 5a.
- Die Auffangtasse 10 ist ferner von einer Sammeltasse 12 umgeben. Die Sammeltasse 12 ist am Ablaufschacht 5a befestigt und umhüllt die Auffangtasse 10 so, dass sämtliche aus der Auffangtasse 10 austretende Flüssigkeit 2 zunächst in die Sammeltasse 12 eintritt. Der Boden 13 der Sammeltasse 12 ist mit mehreren Abtropföffnungen 14 versehen, durch die die Flüssigkeit 2 die Sammeltasse 12 wieder verlässt und auf den nächst tieferen Stoffaustauschboden 3b energiegebremst abtropft.
- Die Abtropföffnungen 14 sind in einem zentralen Bereich um die Symmetrieachse 15 des Ablaufschachtes 5a angeordnet. Die Sammeltasse 12 bewirkt dadurch, dass die aus der Auffangtasse 10 austretende Flüssigkeit wieder zusammengeführt wird. Die Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen 14 wird dabei so groß gewählt, dass der Strömungswiderstand für die Flüssigkeit im Verhältnis zu dem übrigen Strömungsweg durch die Auffangtasse 10 und die Sammeltasse 12 nicht weiter eingeschränkt wird und sich in der Sammeltasse 12 keine Flüssigkeit aufstaut.
- Andererseits bewirken die Öffnungen 14 eine vorteilhafte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit 2, so dass die Öffnungen 14 auch nicht zu groß ausgeführt werden sollten. Hierdurch wird der Impulseintrag in vertikaler Richtung auf den Boden 3b verringert.
- Am oberen Ende der Sammeltasse 12 sind Öffnungen 16 vorgesehen, die den Austritt von Gas aus dem Inneren der Sammeltasse 12 erlauben und zur Entlüftung des Inneren der Sammeltasse 12 dienen. Die Öffnungen 16 sind jedoch relativ klein dimensioniert, um für den Dampf den Strömungswiderstand durch die Sammeltasse 12 zu erhöhen und diesen zu zwingen, neben dem Ablaufschacht 5a aufzusteigen.
- Durch die erfindungsgemäße Zusammenführung der Flüssigkeit mittels der Sammeltasse 12 auf einen engen Bereich wird der für den Stoff- und Wärmeaustausch genutzte Bereich des nächst tieferen Stoffaustauschbodens 3b vergrößert. Die Flüssigkeit tropft in einem relativ engen Bereich auf den Stoffaustauschboden 3b auf und strömt auf maximiertem Strömungsweg in Richtung des nächsten Ablaufschachtes. Während dieser Querströmung kommt sie in intensiven Kontakt mit dem durch die Öffnungen 8 in dem Stoffaustauschboden 3b aufsteigenden Dampf. Ohne die Sammeltasse 12 würde die Flüssigkeit in einem Bereich unterhalb des Randes des Ablaufschachtes 5a auf den Stoffaustauschboden 3b auftreffen und von dort von dem Ablaufschacht 5a weg zum nächsten Ablaufschacht strömen. Unterhalb des Ablaufschachtes 5a würde sich zwar auch Flüssigkeit 2 ansammeln, diese würde aber eine Art stehendes Flüssigkeitsbad ausbilden. Durch die Erfindung wird dagegen der wirksame Bereich des Stoffaustauschbodens 3b für den Stoff- und Wärmeaustausch deutlich vergrößert.
- Ist der Ablaufschacht 5a, wie in Fig. 2 dargestellt, in der Mitte oder Halbmitte des Stoffaustauschbodens 3a angeordnet, so wird die Flüssigkeit 2 mittels der Sammeltasse 12 vorzugsweise zentral unterhalb des Ablaufschachtes 5a zusammengeführt und auf den darunter liegenden Boden 3b aufgegeben. Ist der Ablaufschacht dagegen am Rand der Kolonne angeordnet, so kann es auch vorteilhaft sein, die Flüssigkeit nicht mitten unter dem Ablaufschacht, sondern unmittelbar am Rand der Kolonne auf deh nächst tieferen Boden abfließen zu lassen. So kann der Querströmungsweg für die Flüssigkeit auf dem nächst tieferen Boden weiter vergrößert werden.
- Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Bodenkolonnen, insbesondere für Kolonnen mit Siebböden, Glockenböden oder Ventilböden. Die Böden können sowohl einflutig, zweiflutig, dreiflutig, vierflutig oder als Vielschachtböden ausgeführt sein. Kolonnen der erfindungsgemäßen Bauart sind für alle Anwendungen, bei denen Bodenkolonnen eingesetzt werden, von Vorteil.
Claims (6)
1. Boden zum Stoff- und /oder Wärmeaustausch zwischen einer Flüssigkeit und
einem Gas, welcher Öffnungen für den Durchtritt des Gases und mindestens einen
Ablaufschacht für die Flüssigkeit aufweist, wobei der Ablaufschacht an seinem
unteren Ende mindestens eine Ablauföffnung besitzt, die mit einem siphonartigen
Verschluss versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum
Zusammenführen von aus dem siphonartigen Verschluss austretender Flüssigkeit
vorgesehen sind.
2. Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum
Zusammenführen von aus dem siphonartigen Verschluss austretender Flüssigkeit
in einen zentral unter dem Ablaufschacht liegenden Bereich vorgesehen sind.
3. Boden nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als
siphonartiger Verschluss unterhalb des Ablaufschachtes eine Auffangtasse
angeordnet ist, deren oberer Rand sich oberhalb der oberen Kante der
Ablauföffnung befindet.
4. Boden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der
Auffangtasse eine Sammeltasse vorgesehen ist, deren Rand sich bis oberhalb des
Randes der Auffangtasse erstreckt und die mindestens eine Abtropföffnung
aufweist.
5. Boden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Boden genau einen, zwei, drei, vier oder viele Ablaufschächte aufweist.
6. Boden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Boden als Siebboden, Glockenboden oder Ventilboden ausgeführt ist.
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |