DE10257915A1

DE10257915A1 - Sub-surface ground soak-away cistern has outlet with siphon trap closure over converging outlet

Info

Publication number: DE10257915A1
Application number: DE10257915A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Alzner; Christian Matten
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2003-10-09

Abstract

A ground (3a) cistern (5a) promotes the exchange of substances or heat between a draining liquid and a gas, prior to disposal of the liquid through a soak-away outlet. The outlet has an outlet with a siphon trap closure (10) over a converging outlet. The outlet is located centrally under the shaft (5a). The siphon closure located under the drainage shaft is a cup-shaped trap whose upper rim is positioned above the upper edge of the drainage outlet. a collector cup is located under the collector. The drainage unit has one or more shafts.

Description

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen: The invention and further details of the invention are described below of exemplary embodiments illustrated in the drawings. in this connection demonstrate:

Fig. 1 eine Bodenkolonne mit hochgezogenen Ablaufschächten nach dem Stand der Technik, und Fig. 1 shows a tray column with raised manholes according to the prior art, and

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung eines Ablaufschachtes. Fig. 2 shows an embodiment of a downcomer according to the invention.

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. In Fig. 1 shows a known prior art embodiment of a tray column 1 is shown, as is used for heat and mass transfer between a liquid and a vapor 2. 7 in such columns, the liquid 2 usually flows from top to bottom, while the steam 7 flows from bottom to top. The liquid 2 is placed on top of the column 1 and flows across the uppermost mass transfer tray 3 a, in order to then enter a discharge shaft 5 a via a weir 4 . The downcomer 5 a is provided at the lower end with openings 6 through which the liquid 2 flows to the mass transfer tray 3 b below. The liquid 2 then flows across the mass transfer tray 3 b in order to reach the next mass transfer tray 3 c via the downcomer 5 b. In this way, the liquid 2 is slowly passed through the entire column 1 .

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. The steam 7 is fed to column 1 at the lower end and rises in column 1 . The mass transfer trays 3 a, 3 b, 3 c each have openings 8 through which the steam 7 can pass and come into contact with the liquid 2 flowing over the respective mass transfer tray 3 a, 3 b, 3 c. In the steam-liquid contact zone on the mass transfer plates 3 a, 3 b, 3 c, a bubble layer 9 is formed , in which an intensive mass and heat exchange takes place between the liquid 2 and the steam 7 .

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. For proper functioning of the mass transfer trays 3 a, 3 b, 3 c, the correct design of the downcomers 5 a, 5 b is important. The cross section of the downcomers 5 a, 5 b must on the one hand be chosen to be sufficiently large so that the liquid 2 can still flow away reliably even at the maximum load on the column 1 . On the other hand, it must be ensured that the steam 7 rises through the openings 8 in the mass transfer trays 3 a, 3 b, 3 c and does not take the path through the downcomers 5 a, 5 b. This must be ensured, especially with minimal liquid contamination.

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. Some of the drainage ducts are therefore pulled down so far that they are immersed deep enough in the liquid on the next lower floor. The necessary liquid level on the mass transfer plates 3 a, 3 b, 3 c is ensured by weirs 4 . However, such an embodiment has the disadvantage that the area of the mass transfer tray, which is located directly below the downcomer, is not available for the mass and heat exchange between the liquid and the vapor.

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. The embodiment according to FIG. 1, which is also already known from the prior art, is improved to the extent that the downcomers 5 a, 5 b are pulled up in relation to the mass transfer trays 3 b, 3 c below them to such an extent that they do not enter the one below them Immerse the flowing mass base 3 b, 3 c flowing liquid. Between the lower end of the downcomers 5 a, 5 b and the corresponding mass transfer tray 3 b, 3 c, there remains a sufficiently large space in which a bubble layer 9 is formed and a mass and heat exchange between that on the mass transfer tray 3 b, 3 c flowing liquid 2 and the rising vapor 7 can take place. This increases the area available for rectification.

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. The entry of gas 7 into the downcomers 5 a, 5 b is prevented by a dynamic liquid seal. For this purpose, the downcomers 5 a, 5 b are provided at the lower end with openings 6 which are dimensioned such that a sufficiently large amount of liquid is accumulated in the downcomers and prevents the penetration of steam 7 .

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. Such dynamic liquid closures, however, lead to problems if the column is operated under very low loads, ie if only a small amount of liquid and / or gas in the column flow against one another. In this case, a sufficiently large liquid layer does not form in the drain shafts 5 a, 5 b in order to close the drain shafts 5 a, 5 b for the steam.

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. According to the invention, therefore, no dynamic, but a static fluid sealing of the downcomers 5 a, 5 b is selected. In Fig. 2 such an embodiment of a downcomer 5 a for a tray column is shown. The downcomer 5 a is in turn connected to the corresponding mass transfer base 3 a in such a way that a weir 4 results from the design, which builds up part of the liquid 2 on the mass transfer base 3 a. The drain shaft 5 a is pulled up relative to the next lower mass transfer tray 3 b in order to also be able to use the area of the mass transfer tray 3 b lying under the drain shaft 5 a for the mass transfer.

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. The drain shaft 5 a according to the invention has a static liquid closure. For this purpose, a collecting cup 10 is arranged below the drain shaft 5 a, the side walls 11 of which are pulled up so far that the drain shaft 5 a is partially immersed in the collecting cup 10 . The lower edge of the drain shaft 5 a is thus below the upper edge of the side walls 11. It is also possible to let the drain shaft walls end with the upper edge of the side walls 11 of the collecting cup 10 .

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. During operation of the column 1 , the liquid 2 flowing down through the downcomer 5 a collects in the collecting cup 10 until it can flow off via the side walls 11 . The lower ends of the drain shaft 5 a then dip into the liquid in the collecting cup 10 and the collecting cup 10 forms a siphon-like liquid seal of the drain shaft 5 a.

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. The collecting cup 10 is also surrounded by a collecting cup 12 . The collecting cup 12 is attached to the drain shaft 5 a and envelops the collecting cup 10 so that all the liquid 2 emerging from the collecting cup 10 first enters the collecting cup 12 . The bottom 13 of the collecting cup 12 is provided with a plurality of drip openings 14 through which the liquid 2 leaves the collecting cup 12 again and drips onto the next lower mass transfer tray 3 b in an energy-braked manner.

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. The drip openings 14 are arranged in a central area around the axis of symmetry 15 of the downcomer 5 a. The collecting cup 12 has the effect that the liquid emerging from the collecting cup 10 is brought together again. The total cross-sectional area of the openings 14 is chosen so large that the flow resistance for the liquid in relation to the rest of the flow path through the collecting cup 10 and the collecting cup 12 is not further restricted and no liquid builds up in the collecting cup 12 .

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. On the other hand, the openings 14 bring about an advantageous reduction in the flow velocity of the emerging liquid 2 , so that the openings 14 should also not be made too large. As a result, the momentum input in the vertical direction on the floor 3 b is reduced.

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. Openings 16 are provided at the upper end of the collection cup 12 , which allow gas to escape from the interior of the collection cup 12 and serve to vent the interior of the collection cup 12 . However, the openings 16 are dimensioned relatively small in order to increase the flow resistance through the collecting cup 12 for the steam and to force it to rise next to the downcomer 5 a.

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. By combining the liquid according to the invention by means of the collecting cup 12 into a narrow area, the area of the next lower mass transfer tray 3 b used for the mass and heat exchange is enlarged. The liquid drips onto the mass transfer tray 3 b in a relatively narrow area and flows along a maximized flow path in the direction of the next downcomer. During this cross flow, it comes into intensive contact with the steam rising through the openings 8 in the mass transfer base 3 b. Without the collection cup 12 , the liquid would strike the mass transfer floor 3 b in an area below the edge of the drain shaft 5 a and flow from there to the next drain shaft from the drain shaft 5 a. Liquid 2 would also accumulate below the drain shaft 5 a, but this would form a kind of standing liquid bath. In contrast, the effective area of the mass transfer tray 3 b for mass and heat exchange is significantly increased by the invention.

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. If the drain shaft 5 a, as shown in FIG. 2, is arranged in the middle or half-middle of the mass transfer tray 3 a, the liquid 2 is preferably brought together centrally below the drain shaft 5 a by means of the collecting cup 12 and placed on the underlying floor 3 b , If, on the other hand, the downcomer is arranged at the edge of the column, it can also be advantageous not to let the liquid flow off to the next lower bottom, but directly at the edge of the column, rather than at the edge of the column. In this way, the cross-flow path for the liquid on the next lower floor can be increased further.

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. The invention is suitable for all types of tray columns, in particular for Columns with sieve trays, bubble trays or valve trays. The floors can be both be single-flow, double-flow, triple-flow, four-flow or designed as multi-well floors. Columns of the type according to the invention are for all applications in which Soil columns are used, an advantage.

Claims

1. Floor for mass and / or heat exchange between a liquid and a gas, which has openings for the passage of the gas and at least one drain shaft for the liquid, the drain shaft having at least one drain opening at its lower end, which has a siphon-like closure is provided, characterized in that means are provided for bringing together liquid emerging from the siphon-like closure.

2. Floor according to claim 1, characterized in that means for Merging of liquid emerging from the siphon-like closure are provided in an area located centrally under the downcomer.

3. Floor according to one of claims 1 or 2, characterized in that as siphon-like closure underneath the drainage shaft is arranged, the upper edge of which is above the upper edge of the Drain opening is located.

4. Floor according to claim 3, characterized in that below the Collecting cup is provided, the edge of which extends to above the The edge of the collecting cup extends and the at least one drip opening having.

5. Floor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Floor has exactly one, two, three, four or many drainage shafts.

6. Floor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Bottom is designed as a sieve plate, bubble cap plate or valve plate.