DE1030817B

DE1030817B - Vorrichtung und Verfahren zum Stoffaustausch zwischen Fluessigkeiten und Daempfen

Info

Publication number: DE1030817B
Application number: DEST8200A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1953-05-22
Filing date: 1954-05-18
Publication date: 1958-05-29

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten und Dämpfen Bisher arbeitete man bei Kontaktsystemen zum Austausch zwischen Dämpfen und Flüssigkeiten mit Reaktionsgefäßen, die mit einer erheblichen Zahl von Einbauten, wie Glockenböden oder Füllkörpern, ausgestattet waren. Bei solchen Anlagen liegen die Dampfgeschwindigkeiten selten höher als 3,66 m/sec und überschreiten sogar normalerweise nicht einmal 1,83 bis 2,44 m/sec. Die Strömung der flüssigen Bestandteile und ihre Ausscheidung aus dem Dampf erfolgt hierbei in erster Linie unter der Wirkung der Schwerkraft. Daher haben die mit Böden, Rosten oder ähnlichen Einbauten ausgestatteten Reaktionsgefäße sämtlich Kapazitäten, die um nicht mehr als 30 O/o von einem Durchschnittswert abweichen. Diese großen Reaktionsgefäße erfordern entsprechende Fundamente, Träger und Rohrleitungen sowie Einrichtungen für die Förderung des Einsatzgutes und andere Hilfseinrichtungen.
Andere bekannte Apparaturen zum Austausch zwischen Flüssigkeiten und Dämpfen verwenden die Zentrifugalkraft zur Trennung beider Medien. Bei diesen Anlagen muß jedoch der Dampfstrom im allgemeinen auf einem unregelmäßigen, scharf abgewinkelten Weg durch die Kontaktzone geführt werden.
In Zyklon-Kontaktanlagen muß er z. B. seine Strömungsrichtung um 1800 ändern, was einen starken Druckabfall zur Folge hat. Meistens verwendet man dabei auch Böden oder andere Zwischenwände und Unterteilungen, welche den Nachteil haben, daß sie den Querschnitt des Dampfstromes verengen, erweitern und ihm einen unregelmäßigen Stromverlauf aufzwingen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Austausch zwischen Dämpfen und Flüssigkeiten, wodurch ein maximaler Kontakt beider Atistauscbmittel bei minimalem Energieverlust ermöglicht wird. Hieraus ergibt sich gegenüber den bekannten Anlagen die Möglichkeit eines erhöhten Durchsatzes ohne Verringerung der Wirksamkeit. Die Anlagen nach der Erfindung haben daher bei gleicher Größe eine höhere Kapazität als die Anlagen des Standes der Technik. Zur Erzielung der gleichen Wirksamkeit kommt man nach der Erfindung mit erheblich kleineren Anlagen aus, als sie bisher erforderlich waren.
Wenn z. B. bei den üblichen Anlagen zur Fraktionierung von Kohlenwasserstoffdämpfen der Fraktlonierturm einen Durchmesser von 6 m oder mehr hat, erzielt man gemäß der Erfindung die gleiche Kapazität mit einem Kontaktgefäß von nur etwa 1,2 bis 1,8 m Durchmesser. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise verzichtet auf den Einbau von Glockenböden. durchlochten Blechen und ähnlichen Anordnungen und erzielt daher eine hohe Kapazität bei sehr geringem Druckabfall. Bei der Anwendung auf Absorptionsanlagen zeichnet sich die erfindungsgemäße Arbeitsweise gegenüber den üblichen Absorbern dadurch aus, daß sie mit einem Verstärkungsverhältnis arbeitet, das mit Zunahme der Gasgeschwindigkeit undZoder einem steigenden Gewichtsverhältnis von Flüssigkeit zu Gas besser wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man mit einer rohrförmigen Zone arbeitet, die der Länge nach von einem Gas- oder Dampfstrom schraubenförmig durchströmt wird. Man kann dem Gasstrom beim Eintritt in die Reaktionszone eine Drehbewegung erteilen, indem man ihn der Zone tangential zuführt, oder indem man ihn durch Leitschaufeln leitet, die in der Nähe der Eintrittsstelle in die Zone angeordnet sind. Die Zone selbst kann ihrer Länge nach in eine oder in mehrere Kontaktstufen unterteilt sein. Jede dieser Stufen besteht erstens aus einem Flüssigkeitseinlaß, welcher in der Längsachse der Zone angeordnet ist, zweitens einem Satz von Leitschaufeln in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses, zweckmäßig hinter demselben, und drittens einem Flüssigkeitsauslaß in der rohrförmigen Seitenwand der Zone hinter dem Flüssigkeitseinlaß und den Leitschaufeln.
Bei dieser Anordnung kann die Längsachse der Kontaktzone einen beliebigen Winkel mit der Senkrechten bilden.
Der spiralförmig gerichtete Gasstrom trifft bei seinem Eintritt in die einzelnen Kontaktstufen zuerst auf die Flüssigkeit auf, die jeder Kontaktstufe durch einen in der Längsachse der Stufe angeordneten Flüssigkeitseinlaß zugeführt wird. Der Gasstrom muß eine ausreichende Geschwindigkeit haben, um die Flüssigkeit bei ihrem Eintritt in kleine Tröpfchen zu zerstäuben. Die Gasgeschwindigkeit darf jedoch nicht sc hoch sein, daß die Flüssigkeit zu fein zerstäubt, infolgedessen vom Gasstrom mitgerissen und nicht mehr innerhalb der betreffenden Stufe ausgeschieden wird.
Der Bereich der geeigneten Gasgeschwindigkeiten wechselt von Fall zu Fall je nach Dichte, Oberflächenspannung und anderen Eigenschaften der in Kontakt kommenden Medien sowie den Arbeitsbedingungen.
Die für den Einzelfall richtige Geschwindigkeit läßt sich jedoch leicht bestimmen. Allgemein sind Gasgeschwindigkeiten bis hinunter zu 3 m/sec als geeignet anzusehen, vorzugsweise liegen sie aber zwischen etwa 6 und 60 m/sec. Diese Geschwindigkeitswerte gelten unter der Annahme, daß keine flüssigen Bestandteile vorhanden sind.
Der Flüssigkeitsstrom kann der jeweiligen Stufe in beliebigem Winkel zur Längsachse der Kontaktstufe zugeführt werden. Vorzugsweise tritt er jedoch in einer Richtung in die Kontaktstufe ein, die eine radial bzw. quer zur Längsachse der Stufe gerichtete Komponente besitzt. Jeder Flüssigkeitseinlaß ist daher vorzugsweise mit einer Verteilungseinrichtung oder einem Flüssigkeitsteiler, z. B. einer Ablenkplatte oder einer rotierenden Scheibe ausgestattet, damit die Flüssigkeit von der Mitte der Stufe radial nach außen in den Gasstrom geschleudert wird. Bei Berührung mit dem Gas wird die Flüssigkeit in kleine Tröpfchen zerstäubt, die vom Gas strom beschleunigt und gegen die Innenwand des Gefäßes geschleudert werden.
Für eine erfolgreiche Arbeitsweise ist es wichtig, daß der Steigungswinkel des Gas stromes in jeder Kontaktstufe innerhalb bestimmter zahlenmäßiger Grenzen liegt. Unter »Steigungswinkel« ist dabei der spitze Winkel zu verstehen, den der trockene Gasstrom mit der senkrecht zur Längsachse gelegenen Ebene bildet.
Ebenso wie die Gasgeschwindigkeit kann auch der günstigste Bereich des Steigungswinkels für jeden gegebenen Fall je nach dem betreffenden Gas, der Flüssigkeit und den Arbeitsbedingungen weitgehend variieren. Außerdem kann der Steigungswinkel innerhalb einer Kontaktzone von Stufe zu Stufe einen anderen Wert haben.
Versuche mit Wasser und Luft haben ergeben, daß der Steigungswinkel für Trockengas zwischen etwa 30 und 55 insbesondere 35 und 450, gehalten werden soll. Ein Steigungswinkel von etwa 450 hat sich als besonders günstig erwiesen. In Anwesenheit von Wasser steigt er bis auf etwa 60 bis 700, bevor ungünstige Ergebnisse erzielt werden. Diese Werte lassen sich allgemein auf den Kontakt von Gasen und Flüssigkeiten anwenden.
Die zerstäubte Flüssigkeit wird von dem Gasstrom bis zu dessen Eigengeschwindigkeit beschleunigt und wirkt dabei ihrerseits verzögernd auf die Rotations-oder Lateralkomponente der Gasgeschwindigkeit, wodurch der Steigungswinkel vergrößert wird. Deshalb ist jede Kontaktstufe mit einem oder mehreren Systemen sich quer über die Kontaktzone erstreckender, schräg gestellter Leitschaufeln ausgestattet, welche die Rotations- oder Lateralgeschwindigkeit des Gases erhöhen und dadurch seinen Steigungswinkel auf dem erforderlichen Wert halten. Liegen die Leitschaufeln unmittelbar vor der Eintrittsstelle der Flüssigkeit, so wird der Gasstrom unmittelbar vor dem Auftreffen auf die Flüssigkeit beschleunigt. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln jedoch unmittelbar hinter der Eintrittsstelle der Flüssigkeit angeordnet. In beiden Fällen müssen sie etwas von der Stelle des Flüssigkeitseinlasses entfernt sein, allerdings nicht zu weit, da sonst die Kontaktstufen zu hoch sein müßten.
Vorzugsweise verlaufen die Leitschaufeln in den Kontaktstufen radial von der Achse des Gefäßes bis an dessen Seitenwand, an der sie in üblicher Weise befestigt sein können, während sie an ihren inneren Enden mit einer Nabe verbunden sind. Sowohl die vorderen (beaufschlagten) als auch die hinteren Kanten der Leitschaufeln liegen praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases sowie zur Längsachse der betreffenden Kontaktstufe. Die Leitschaufeln selbst können flach oder gekrümmt und ihre Anstellwinkel unveränderlich oder einstellbar sein. Die Schaufeln besitzen vorzugsweise ein Stromlinlenprofil, d. h. eine stumpfe, abgerundete Beaufschlagungskante und eine erweiterte, gekrümmte hintere Kante. Es hat sich gezeigt, daß diese Art von Leitschaufeln die günstigste Regelungsmöglichkeit des Steigungswinkels und der Strömungsgeschwindigkeit bei minimalem Druckabfall gibt. Natürlich verursacht jedes stationär eingebaute Leitschaufelsystem einen gewissen Druckabfall des Gases. In manchen Fällen ist es daher vorteilhaft, mit Leitschaufelsystem zu arbeiten, die nach Art von Ventilatorflügeln rotieren.
In diesem Falle können die Leitschaufeln kraftschlüssig angetrieben werden, so daß auf den Gasstrom Energie übertragen wird. Bevorzugt werden jedoch stationäre Leitschaufeln, wobei die Energie des Gasstromes aus dem Verdampfer, dem Gebläse oder einer sonstigen Fördervorrichtung stammt. Insbesondere empfiehlt es sich, daß die vordere Kante jeder Leitschaufel die hintere Kante der benachbarten Schaufel überlappt.
Die in jeder Stufe radial gegen die Seitenwand geschleuderte Flüssigkeit fließt an der Wand in gleicher Richtung wie der Gasstrom weiter, bis sie einen Auslaß erreicht, der vorzugsweise aus einer in der Seitenwand hinter dem Flüssigkeitseintritt und hinter den Leitschaufeln gelegenen Öffnung, insbesondere einer Rundumöffnung, besteht, durch die die Flüssigkeit aus der Kontaktzone aus tritt, ohne den Gas strom selbst merklich zu beeinflussen. Die Öffnung selbst kann aus Schlitzen, Löchern, Perforationen oder aus porösem Werkstoff bestehen. Der Abstand der Öffnung vom Flüssigkeitseinlaß ist jeweils etwa gleich dem t/2- bis 6fachen, vorzugsweise etwa 1- bis 3fachen Durchmesser der Stufe.
Da die Flüssigkeit in jeder Kontaktstufe an einer hinter dem Flüssigkeitseinlaß gelegenen Stelle abfließen soll, ist es wesentlich, daß die Gasgeschwindigkeit in der Kontaktzone ausreicht, um die Flüssigkeit bis an diese Stelle zu fördern.
Der von Flüssigkeitsteilchen befreite Gasstrom strömt hinter der Austrittsstelle der Flüssigkeit weiter und verläßt die Kontaktstufe. Er verläßt damit entweder die Kontaktzone oder strömt, wenn die Zone aus mehreren Stufen besteht, in die nächste Kontaktstufe ein. Der aus jeder Stufe abfließende Flüssigkeitsstrom kann entweder als Produkt abgezogen oder ganz oder teilweise im Kreislauf der gleichen oder einer früheren Kontaktstufe zugeführt werden und so je nach Wunsch als Kreislaufflüssigkeit oder Rücklauf dienen.
Die Erfindung ist insbesondere auf die Fraktionierung kondensierbarer Dämpfe anwendbar, wie sie z. B. bei der Destillation oder Spaltung von Kohlenwasserstoffen, der Entbutanisierung und Stabilisierung von Destillatbenzinen, der Herstellung von Alkoholen und der Herstellung von Lösungsmitteln aus Teer entstehen, ferner auf die Absorption von Gasen in Flüssigkeiten sowie auf beliebige andere Verfahren, bei denen ein Wärme- oder Stoffaustausch zwischen Dämpfen oder Gasen und Flüssigkeiten erzielt werden soll.
Bei der Fraktionierung besteht in der Kontaktzone und zwischen aufeinanderfolgenden Kontaktstufen ein Temperaturgefälle. In jeder Stufe hat der eintretende Flüssigkeitsstrom eine etwas niedrigere Temperatur als der Gasstrom mit dem er in Berührung kommt. Wenn nun Gas und Flüssigkeitströpfchen im Sinne der Erfindung gemeinsam schraubenförmig durch die betreffende Stufe weiterströmen, nähern sich ihre Temperaturen einander an, und wie in den üblichen Glockenbödenkolonnen oder anderen Fraktionieranlagen streben Gas und Flüssigkeit innerhalb jeder Stufe einem thermischen Gleichgewicht zu. Hierbei kondensieren sich bestimmte Bestandteile des Gases, während gewisse Bestandteile der Flüssigkeit verdampfen. So wandern die leichter siedenden Bestandteile der Beschickung nach dem einen Ende der Kontaktzone, während sich die schwerer siedenden am anderen Ende sammeln. Auf diese Weise wird die Beschickung in eine Anzahl von Fraktionen zerlegt, die natürlich geringer ist als die Anzahl der Stufen in der betreffenden Kontaktzone.
Die Erfindung eignet sich ferner zur Ausführung von Vakuumdestillationen. Hierfür sind Leitschaufelsysteme verwendbar, bei denen die Leitschaufeln wie bei einem Gebläse oder Ventilator frei drehbar sind und den Gas- oder Dampfstrom durch die Kontaktzone hindurchpumpen, wodurch der Druckabfall innerhalb der Zone minimal bleibt oder ganz verschwindet. Im allgemeinen jedoch empfiehlt sich die Verwendung feststehender Leitschaufeln, soweit dies möglich ist.
In den zur Erläuterung der Erfindung dienenden Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Kontaktstufe, Fig. 2 die Draufsicht der Kontaktstufe gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt der verwendbaren Leitschaufeln.
Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch ein Kontaktgefäß, welches z. B. zur Fraktionierung von Kohlenwasserstoffdämpfen verwendet werden kann, Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausfiihrungsform, die sich besonders zur Einführung eines Flüssigkeitsstromes zum Kontakt mit Dämpfen eignet, Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform eines Reaktionsgefäßes, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt, und Fig. 8 und 9 je eine graphische Darstellung von Versuchsreihen.
In Fig. 1 und 2 ist eine Kontaktstufe abgebildet, deren zylindrische Seitenwand 6 gleichzeitig die Wand der gesamten Kontaktzone darstellt. 2 bezeichnet die Gaszuleitung, 31 die Flüssigkeitszulei- tung, 16a den Flüssigkeitsausfluß und 34 die Leitschaufeln. Der Gasstrom wird tangential durch die Seitenwand der Kontaktstufe zugeführt, erhält dadurch eine Drehbewegung und strömt auf schraubenförmigem Wege durch die Stufe. Führt man den Gas strom nicht tangential zu, so muß man ihm mit Hilfe von Leitschaufeln, Propellern od. dgl. eine Drehbewegung erteilen.
Auf seinem Weg durch die Kontaktstufe trifft der Gasstrom bei 26 auf die durch Leitung 31 zugeführte Flüssigkeit auf. Für die Zufuhr der Flüssigkeit bei 26 kann z. B. eine Düse, eine rotierende Scheibe oder ein Zerstäuber dienen. Meist genügt es sogar, die Flüssigkeit in Form eines zusammenhängenden Stromes einzuführen, da der Gasstrom eine ausreichende Kraft besitzt, um die Flüssigkeit zu zerstäuben. An dieser Stelle nimmt die quer gerichtete Komponente der Geschwindigkeit des Gasstromes etwas ab und sein Steigungswinkel entsprechend zu.
Deshalb ist unmittelbar hinter dem Flüssigkeitseinlaß 26 ein Satz von Leitschaufeln 34 angeordnet, die sich radial von der Mittellinie bis an die Seitenwand 6 erstreclien und vorzugsweise in der Mitte an einer Nabe 35 befestigt sind. Beim Durchgang durch die Leitschaufeln 34 wird die erforderliche quer gerichtete Komponente der Gasgeschwindigkeit und der Steigungswinkel wiederhergestellt, worauf die Flüssigkeitströpfchen im Gasstrom nach außen gegen die Seitenwand 6 geschleudert werden. Die Flüssigkeit sammelt sich an der Wand und fließt in der Richtung des Gasstromes weiter, bis sie durch die Öffnungen 16a in die Sammelzone 16 gelangt, die außerhalb der Wandung 6 durch die ringförmigen Platten 10 und 11 und die zylindrische Wand 1 gebildet wird.
Die Flüssigkeit fließt dann durch die Leitung 131 ab und strömt von dort je nach Stellung der beiden Ventile durch Leitung 16 b und/oder Leitung 31 weiter.
Der von der Flüssigkeit befreite Gasstrom strömt bei 16 a in eine weitere Kontaktstufe oder in den anschließenden Teil der Kontaktzone. Die erfindungsgemäße Anwendung von Zentrifugalkräften ermöglicht es, die Kontaktzone in jedem beliebigen Winkel zur Senkrechten anzuordnen. In diesem Falle kann es notwendig werden, Förderpumpen od. dgl. zum Abziehen der Flüssigkeit zu verwenden.
In Fig. 3 sind vier Arten von Leitschaufeln abgebildet, die sich in den Kontaktstufen verwenden lassen. 34 a bezeichnet eine gerade Schaufel, 34 b eine gekrümmte Schaufel, 34 c eine stromlinienförmige Schaufel und 34d eine weitere gekrümmte Schaufel, welche im Gegensatz zum Typ 34 b einen verlängerten Hinterflügel besitzt. Die mit 40a, 40b, 40c und 40d bezeichneten Drehpunkte dienen dazu, den Anstellwinkel der Leitschaufeln einzustellen.
Die bevorzugte stromlinienförmige Leitschaufel 34 c besitzt eine abgerundete, stumpf ausgebildete Vorderkante und eine verlängerte dünne Hinterfläche. Sie ist im allgemeinen hohl ausgebildet und zeigt sich wegen des geringeren Druckabfalles den drei anderen Typen überlegen. Es ist zweckmäßig, das flüssige Gut jeder Stufe einer Kontaktzone durch eine oder durch mehrere der hohlen stromlinienförmigen Leitschaufeln zuzuführen, wodurch der Flüssigkeitseinlaß 26 überflüssig wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 und 5 abgebildet. Das Kontaktgefäß 1, das z. B. zur Fraktionierung von Kohlenwasserstoffdämpfen dienen kann, besitzt eine untere Dampfzufuhrleitung 2, die den Dampf tangential einführt. Die nicht kondensierten Dämpfe werden durch Leitung 3 abgezogen.
Höhersiedende Bestandteile fließen durch Leitung 4 vom Boden des Reaktionsgefäßes ab.
Im Inneren des Reaktionsgefäßes 1 befinden sich koaxiale Rohrstücke 5, 6 6a, 7, 8 und 9 in bestimmten Abständen übereinander. Jedes dieser Rohrstücke ist auf mittlerer Höhe mit der Innenwand des Reaktionsgefäßes durch eine ringförmige Platte 10, 11, 12, 13 bzw. 14 verbunden. Außenwand der Rohrstücke, Verbindungsring und Innenwand des Reaktionsgefäßes bilden miteinander Flüssigkeitsvorlagen 15, 16, 17, 18 und 19, deren ringförmige Eintrittsöffnungen 15 ci, 16a, 17a, 18a bzw. 19a zwischen den jeweiligen Rohrstücken liegen. Die Rohrstücke 5, 6 6a, 7, 8 und 9 begrenzen einen praktisch ununterbrochenen Weg für den Dampfstrom, an dessen Umfang sich die Flüssigkeitsauslässe 15 ci, 16 cd, 17a, 18a und 19a befinden.
Gegebenenfalls kann das Reaktionsgefäß doppelt ummantelt sein, d. h. aus zwei koaxial angeordneten Rohren von unterschiedlichem Durchmesser bestehen zwischen denen sich die ringförmigen Platten 10 bis 14 befinden. Dadurch werden in dem Mantelraum des Reaktionsgefäßes eine Reihe von Aufnahmekammern oder Vorlagen geschaffen. Bei dieser Ausführungsform werden die Flüssigkeitseinlässe 15a bis 18 cd durch ausgestanzte oder ausgeschnittene Schlitze oder sonstige Öffnungen des Innenmantels gebildet.
Jede der Vorlagen ist vorzugsweise mit einer oder mehreren Leitungen 15 b, 16 b, 17 b bzw. 19 b mit Ventilen zum Abziehen des Kondensates ausgestattet. Die Vorlagen sind ferner mit J-förmigen Flüssigkeitsrückleitungen 20 bis 24 versehen, die in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes in Gegenrichtung zum Dampfstrom durch mindestens eine davorliegende Vorlage und den zugehörigen Verbindungsring führen, dann radial nach innen abgebogen sind und in je einer Düse 26, 27, 28 bzw. 29 oder einem sonstigen Auslaß enden. Dieses Ende des J-förmigen Rohres ist koaxial zu den Rohrstücken 6 6a, 7, 8 und 9 angeordnet, öffnet sich in Richtung des Dampfstromes und reicht, in Richtung des Dampfstromes gesehen, bis hinter das Eintrittsende der entsprechenden Rohrstücke 6 ci, 7, 8 und 9. Zum Beispiel führt die Gegenstromleitung 20 von Vorlage 15 durch Ring 10, Vorlage 16 und Ring 11, dann unter dem Eintrittsende des Rohrstückes 6 ci nach der Mitte und schließlich in umgekehrter Richtung und endet in der Düse 26, die in Richtung des Dampfstromes koaxial in dem Rohrstück 6 ci sitzt. In dem Rohrstück 5 ist an entsprechender Stelle eine Düse oder Austrittsöffnung 25 vorgesehen, die mittels der durch Ventil 30 a gesteuerten Leitung 30 mit einer Quelle für eine kondensierende Flüssigkeit verbunden ist. Diese Flüssigkeit kann aus einer betriebsfremden Quelle stammen oder durch weitere Kondensation der durch Leitung 3 abströmenden Dämpfe gebildet werden. Außerdem kann jede der Rohrleitungen 20 bis 24 für zusätzliche Einführung einer kondensierenden Flüssigkeit eingerichtet sein, wie es z. B. durch Leitung 31 in Verbindung mit Leitung 21 dargestellt ist.
Hinter dem Rohrstück 5 ist als Abschluß der Vorlage 15 ein Ringstück 32 vorgesehen, das an seinem Innenrand eine kragenähnliche Ringleiste 32 besitzt, deren Durchmesser gleich demjenigen des Rohrstückes 5 ist. Die Ringleiste erstreckt sich in Richtung auf das Rohrstück 5 und endet in einem bestimmten Abstand von diesem. Gegebenenfalls können in dem Dampfraum zwischen Ring 32 und Auslaßleitung31 Vorrichtungen zur Begradigung der Strömungsrichtung, wie senkrecht angeordnete Leitbleche 33, angeordnet sein.
Jede der durch die Rohrstücke 5, 6 a, 7, 8 und 9 gebildeten Kontaktstufen ist mit Einrichtungen versehen, um den durch das Reaktionsgefäß strömenden Medien eine Drehbewegung zu erteilen (Fig. 4 und 5).
Bei der abgebildeten Ausführungsform wird dies durch eine Reihe von radial angeordneten, schräg gestellten Leitschaufeln 34 erreicht, deren Außenende mit der Innenwand des betreffenden Rohrstückes und deren Innenende mit einer ringförmigen Nabe 35 verbunden ist. Die Leitschaufeln sind hier in der Nähe des Rohreintrittes angeordnet, wobei die Düse der betreffenden Flüssigkeitsrückleitung durch die Nabe 35 hindurchgeführt ist und hinter ihr endet.
Die Leitschaufeln 34 können fest mit Rohrwandung und Nabe 35 verbunden sein oder gegebenenfalls eine Änderung des Anstellwinkels erlauben, um die Einstellung eines Bereichs von Steigungswinkeln zu ermöglichen. Zu niedrige Steigungswinkel führen zu einem zu starken Druckabfall bzw. Energieverlust, während zu hohe Steigungswinkel eine ausreichende Drehbewegung der strömenden Medien verhindern, so daß der Dampfstrom infolgedessen zuviel Flüssigkeit mitnimmt. Die Leitschaufeln werden vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, daß die hintere Kante jeder Schaufel die vordere beaufschlagte Kante der benachbarten Schaufel überlappt, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Bei der Fraktionierung von Kohlenwasserstoffdämpfen wird ein Dampfstrom oder ein gemischter Dampf-Flüssigkeits-Strom dem Reaktionsgefäß 1 z. B. durch Leitung 2 zugeführt. Die unverdampften flüssigen Bestandteile oder das in diesem Raum gebildete Kondensat können aus dem Reaktionsgefäß durch Leitung 4 abgezogen werden. Aus der Eintrittszone werden die Dämpfe nun nach oben geleitet, wobei ihnen durch die Leitschaufeln 34 im Rohrstück 9 eine schraubenförmige Drehbewegung erteilt wird.
Die Leitschaufeln sind so angeordnet, daß sie einen (für Trockengas berechneten) Steigungswinkel von etwa 30 bis 550, vorzugsweise etwa 35 bis 450, gegen die Waagerechte ergeben. Das in der ersten Stufe (Rohrstück 9) gebildete Kondensat wird durch die Zentrifugalwirkung des Dampfstromes aus diesem abgetrennt und radial gegen die Innenwand des Rohrstückes 9 geschleudert. Die längs oder aufwärts gerichtete Bewegungskomponente, die vom Dampfstrom auf die flüssigen Teilchen übertragen wird, treibt diese längs der Rohrwandung nach oben, bis sie durch den Auslaß 19 cd hinter dem Ende des Rohrstückes 9 in die Vorlage 19 abfließen.
Der nicht kondensierte Teil des Dampfstromes fließt weiter nach oben und durchströmt die Leitschaufeln 34 im nächsten Rohrstück. In dieser Stufe kann eine weitere flüssige Fraktion kondensieren. Das Verfahren wiederholt sich von Stufe zu Stufe, bis die restlichen nicht kondensierten Dämpfe das Auslaßende des letzten Rohrstückes verlassen. Sie werden dann aus dein Reaktionsgefäß 1 durch Leitung 3 abgezogen. Man kann ein senkrecht angeordnetes Leitblech 33 vorsehen, um die Rotation des Dampfstromes vor Verlassen des Reaktionsgefäß es aufzuheben.
Das Kondensat, welches sich in den Vorlagen 15, 16, 17, 18 und! 19 sammelt, kann aus diesen durch die Leitungen 15 b, 16 b, 17 b und 19 b abgezogen werden.
Im allgemeinen wird man jedoch das gesamte in jeder Stufe gewonnene flüssige Kondensat oder einen bestimmten Teil desselben im Kreislauf in die Anlage zurückführen', beispielsweise mit Hilfe der oben beschriebenen Rücklaufleitungen 20 bis 24. Diese Rückleitung des Kondensats braucht natürlich nicht in die nächst vorhergehende Kontaktstufe zu erfolgen, sondern man kann das Kondensat im Rahmen der Erfindung auch in jede andere davorliegende Kontaktstufe leiten. Beispielsweise kann die aus Vorlage 15 abgezogene Flüssigkeit durch eine entsprechende Rücklaufleitung dem Dampfstrom zugeführt werden, der in das Rohrstück 7 oder 8 einströmt.
Außerdem kann man den Kondensatrücklauf durch Zufuhr einer geeigneten Flüssigkeit, beispielsweise durch Leitung 30 und Düse 25 und bzw. oder Leitung 31 und Düse 27 ergänzen. Man kann auch für alle anderen Düsen der Leitung 31 entsprechende Rohrverbindungen vorsehen, um zusätzliches Beschicl;ungsgut zuzuführen oder das in den verschiedenen Vorlagen gewonnene Kondensat zu ergänzen.
Fig. 6 zeigt eine zur Einführung und Verteilung von Flüssigkeit in einen Gasstrom hevorzugte Anlage, bei der die Leitschaufeln 34 außen an der Rohrwand 6 und innen an der Nahe 35 befestigt sind. Unterhalb der Nahe ist eine Verteilerplatte 54 mittels der Halterung 55 angebracht. Die Leitschaufeln 34 sind hohl ausgebildet und mit Durchlässen 51 und 52 ausgestattet, welche entsprechenden Durchlässen in der Rohrwandung 6 und der Hohlnabe 35 gegenüberliegen.
Das flüssige Gut wird durch die Durchlässe 51, den Hohlteil der Schaufeln 34, die Durchlässe 52 und den Hohlteil 53 der Nahe 35 in die Kontaktstufe eingeführt.
Wenn die Flüssigkeit aus Durchlaß 53 in das Innere der Kontaktstufe einströmt, fließt sie längs der Mittellinie der Kontaktstufe entgegengesetzt zur Richtung des Gasstromes. Beim Ausfließen aus Nabe 35 trifft sie auf die Verteilerplatte 54 und erhält dadurch eine Quer- oder Radialbewegung. Die Platte 54 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Flüssigkeit gleichmäßig über ihren gesamten Umfang verteilt. Auf der Zeichnung ist die Verteilerplatte mit Hilfe von Stäben 55 starr an der Nabe 35 befestigt. Sie kann jedoch auch gegen die Nabe 35 verstellbar angeordnet sein.
Die in Fig. 7 abgebildete Anlage besteht aus einer Kombination des senkrecht angeordneten Fraktioniergefäßes 101 mit einem Abstreifteil 102, der direkt mit dem unteren Ende des Fraktioniergefäßes verbunden ist. sowie einer Entspannungszone 103 zum Freimachen von Dampf im unteren Teil des Fraktioniergefäßes unmittelbar oherhalb des Abstreifteils. Der Einlaß 104 für die Beschickung ist tangential angeordnet. 105 bezeichnet den Auslaß für nicht verdampftes flüssiges Gut aus dem Abstreifteil.
Der Abstreifteil 102 ist in üblicher Weise mit einer Mehrzahl übereinander angeordneter Querböden ausgeriistet, z. B. den Glockenböden 107. Von jedem Boden führt ein Uberlaufrohr 108 für die von Boden zu Boden und quer über jeden Boden strömende Flüssigkeit nach unten. Die Dämpfe werden durch Leitung 109 zugeführt und strömen durch die Glocken und Kamine der Böden 107 nach oben.
Oberhalb des Einlasses 104 ist das Reaktionsgefäß in eine Reihe von Fraktionierstufen unterteilt, von denen in der Abbildung der Einfachheit halber nur drei dargestellt sind. Die Höhe der Stufen ist durch rundum laufende schlitzförmige Durchlässe 110, 111 und 112 bestimmt, durch die das Reaktionsgefäß mit einer entsprechenden Zahl von Vorlagen 113, 114 und 115 in Verbindung steht. Diese Vorlagen werden von der Außenwand des Reaktionsgefäßes 101, den Mantelrohren 113a, 114a und 115a und den ringförmigen Platten 113 b, 113 c, 114 b, 114c, 115 b und 115 c gebildet. Die Länge jeder Stufe zwischen den schlitz- artigen Durchlässen 110, 111 und 112 entspricht etwa dem 1- bis 6fachen Durchmesser der Zone und des Reaktionsgefäßes 101. Jede Kammer ist außerdem mit einer oder mehreren Leitungen 119, 120 und 121 zum Abziehen des Kondensates ausgestattet.
In jede Fraktionierstufe ist in der Nähe des Einlaßendes ein Leitschaufelelement 116, 117 bzw. 118 eingebaut. Diese Elemente I>estehen aus einer ringförmigen Nabe 116 cd, 117cd bzw. 118cd als Mittelteil sowie mehreren schräg gestellten Leitschaufeln 116 b, 117b bzw. 118b, die sich radial von der Nabe nach außen bis an die Wand des Reaktionsgefäßes erstrecken. Die Leitschaufelelemente 116, 117 und 118 der Fig. 7 entsprechen den Leitschaufelelementen 34 der Fig. 4 und 5.
Außer den Leitungen 119, 120 und 121 zum Abziehen des Kondensates ist die Möglichkeit des Kreis-bzw. Riicklaufs des Kondensates aus jeder beliebigen Stufe vorgesehen, beispielsweise von Leitung 119 über eine Förderpumpe 122, Wärmeaustauscher 123, Zweigleitung 124, Leitung 125 zur Düse 126, die durch die Nabe 116a hindurchgeht und hinter dem Leitschaufelelement 116 endet. Die Düse 126 ist mit Mitteln zur Verteilung der Flüssigkeit, z. B. einer Verteilerplatte 126 cd, ausgestattet, die vorzugsweise, z. B. mittels eines Gewindezapfens 126 b, verstellbar gegen den Düsenauslaß angeordnet ist.
Leitung 119 steht außerdem über die Rüeklaufleitung 127 und Pumpe 129 mit einer ähnlichen Verteilerdüse 128 in Verbindung, die durch die Nabe des Leitschaufelelementes 117 hindurchgeführt ist. Ebenso ist Leitung 120 durch Leitung 131 und Pumpe 133 mit der Düse 130 des Leitschaufelelementes 118 und Leitung 121 durch Leitung 132 und Pumpe 134 mit der Hauptzuführungsleitung 104 verbunden.
In der in Fig. 7 abgebildeten Anlage ist eine weitere Einrichtung vorgesehen, um dem Dampfstrom eine Drehbewegung zu erteilen, nämlich die zusätzlichen schräg gestellten Leitschaufelelemente 136, 137 und 138, die sich quer über die entsprechenden Zonen erstrecken und den Leitschaufelelementen 116, 117 und 118 entsprechen, jedoch mit der Maßgabe, daß die Leitschaufeln 136 a, 137 a und 138 a mit den Naben 136 b, 137 b und 138 b fest verbunden sind. Die Elemente 136, 137 und 138 sind zwischen den Elementen 116, 117 und 118 und den Durchlässen 112, 111 und 110 angeordnet.
Die Anlage gemäß Fig. 7 wird praktisch ebenso betrieben wie die in Fig. 4 und 5 abgebildete Anlage.
Als Beschickung kann durch Leitung 104 beispielsweise ein Strom gemischter Kohlenwasserstoffe zugeführt werden, die im Bereich von C4 bis C5 bis zu etwa 3660 C sieden. Die Temperatur der Beschickung beträgt etwa 1870 C und ihr Druck 0,5 atü. Unter diesen Bedingungen verdampft ein Teil der Beschickung beim Einströmen in Zone 103 durch Entspannung. Der Dampf strömt aufwärts in die Fraktionierzone, während die nicht verdampften Anteile durch die Glockenböden 107 und Üherlaufrohre 108 im Abstreifteil 102 nach unten fließen. Wasserdampf wird durch Leitung 109 zugeführt, strömt durch die Kamine und Glocken der Böden 107 im Gegenstrom zur Flüssigkeit nach oben und streift dabei die verdampfbaren Bestandteile ab. Die nicht verdampfte Flüssigkeit wird schließlich aus dem Abstreiferteil 102 durch Leitung 106 abgezogen.
Die in Zone 103 verdampften und die im Abstreiferteil 102 abgestreiften Anteile strömen nun durch den Fraktionierteil zusammen mit dem aus der Abstreifzone kommenden Wasserdampf mit hoher Geschwindigkeit nach oben. Die Oberflächengeschwindigkeit der den Fraktionierteil durchströmenden Dämpfe wird vorzugsweise oberhalb etwa 3 bis 6 m/sec gehalten.
Die aus Zone 103 aufwärts strömenden Dämpfe strömen durch die Leitschaufeln 118b des Elementes 118 und erhalten dabei eine drehende Bewegung, worauf sie die Leitschaufeln 138a des Elementes 138 durchströmen, welche die Drehwirkung verstärken.
Ebenso wie bei der in Fig. 4 und 5 abgebildeten Anlage sind die Leitschaufeln vorzugsweise so eingestellt, daß bei jeder gegebenen Strömungsgeschwindigkeit der Längsabstand einer vollen Umdrehung des rotierenden Dampfstromes (die »Ganghöhe«) etwa gleich dem 1- bis 6fachen Durchmesser des Reaktionsgefäßes ist.
Die aus Zone 103 von Stufe zu Stufe im Reaktionsgefäß 101 aufwärts strömenden Dämpfe bilden einen praktisch fortlaufenden Strom. In jeder Stufe erteilen die Leitschaufeln dem Strom eine Drehbewegung und halten sie aufrecht. Dabei werden die kondensierbaren Anteile des Stromes in flüssige Form umgewandelt und durch die Zentrifugalwirkung des Dampfstromes aus diesem abgetrennt und gegen die Gefäßwandung geschleudert. Die Komponente der Vorwärtsbewegung und der Drehbewegung des Stromes, die auf das flüssige Kondensat übertragen werden, treiben dieses so lange nach oben, bis es den Auslaß in der Gefäßwand erreicht hat. An dieser Stelle fließt das Kondensat in eine Vorlage und wird von dort abgezogen oder im Kreislauf zurückgeführt.
WIindestens ein Teil des in den Vorlagen 113, 114 und 115 aufgefangenen Kondensates wird gewöhnlich als Rücklauf verwendet. Das Kondensat aus Vorlage 115 kann mittels Leitung 119 und 127 und Düse 128 im Kreislauf in das Reaktionsgefäß zurückgeführt werden. Man kann es aber auch durch Leitung 124, 125 und Düse 126 im Kreislauf in die gleiche Stufe zurückführen, aus der es abgeschieden wurde. In jedem Falle unterstützt das Kreislaufkondensat die Kondensation der kondensierbaren Anteile aus dem Dampfstrom sowie die Gewinnung schärferer Schnitte.
Ebenso kann das Kondensat aus Vorlage 114 mittels Leitung 131 und Düse 130 der vorhergehenden Stufe im Kreislauf wiederzugeführt werden, während die Kreislaufführung des in Vorlagel13 enthaltenen Kondensates erfolgen kann, indem man es durch Leitung 132 der Beschickungsleitung 104 zuführt.
Beispiel 1 Der Versuch dient der Bewertung der verschiedenen Leitschaufeltypen in einer rohrförmigen Kontaktzone der beschriebenen Art. Es werden dünne flache, dünne gekrümmte und hohle stromlinienförmige Leitschaufeln mit verschiedenen Anstellwinkeln verwendet, um unterschiedliche Steigungswinkel zu erzeugen. Luft wird durch die Zone mit einer Oberfläehengeschwindigkeit von 30 m/sec geleitet, und es wird der Druckabfall für jede Bedingung bestimmt.

Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt: Tabelle I

Art der Druckabfall, m Wassersäule bei

eiIIem Steigungswinkel von

Leitschaufeln

300 350 400 450

1. dünn, flach . . 1,31 | 0,76 0,49 | 0,37

2. dünn, gekrümmt.... 1,25 0,64 0,37 . 0,52

3. stromlinienförmig . . . 0,85 1 0,43 0,18 | 0,09

Aus TabelleI ergibt sich, daß stromlinienförmige Leitschaufeln den üblichen dünnen flachen oder gekrümmten Leitschaufeln insofern überlegen sind, als sie die gewünschten Steigungswinkel bei einem viel geringeren Druckabfall ergeben. Ebenso ist zu erkennen, daß im Hinblick auf den Druckabfall Steigungswinkel von mehr als etwa 350 vorteilhaft sind.

Beispiel 2 In zwei getrennten Kontaktzonen gemäß der Erfindung werden einige Versuchsreihen durchgeführt.
Eine dieser Kontakteinheiten besteht aus einer einstufigen senkrechten Kolonne von 5 cm Durchmesser, während die Kontaktstufe die vierfache Höhe des Durchmessers besitzt. Dem Gasstrom (Luft) wird durch tangentiale Zuführung ein Steigungswinkel von etwa 450 erteilt.
Die zweite Einheit besteht aus einer zweistufigen senkrechten Kolonne von 60cm Durchmesser, deren Stufen jeweils die dreifache Höhe des Durchmessers besitzen. Der Gasstrom (wiederum Luft) hat einen Steigungswinkel von 450, der durch einen einzigen Satz radial angeordneter Leitschaufeln erzeugt wird, die unterhalb des Flüssigkeitseinlasses angeordnet sind.
Als Flüssigkeit wird in allen Fällen Wasser verwendet, welches Ammoniak gelöst enthält. Wenn das Wasser den Luftstrom berührt, streift dieser etwas Ammoniak aus dem Wasser ab. Um die analytische Zusammensetzung der Ströme beim Ein- und Austritt aus den Kontaktsäulen zu bestimmen, kann man die Wirksamkeit der Kontaktstufen berechnen. Diese Bestimmung wird in dem angegebenen Bereich des Gewichtsverhältnisses Wasser zu Luftbeschickung der Stufe durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Wirksamkeit der Kontakt-

Kolonnen- Oberflächen- stufe, 6 " bei einem Gewichts-

durchmesser gescbwindigkeit verhältnis von Wasser zu

des Gases Luft von

cm m sec 0,5 l 1,0 1 1,5

44,50 34 46 1 58

60 44,50 64 100 1 100

60 29,87 47 69 1 91

Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung erzielte Leistungsfähigkeit der Böden ist sehr bemerkenswert, da die Leistungsfähigkeit für die üblichen Glockenböden im allgemeinen bei etwa 25 bis 50s liegt. Ferner ist von Bedeutung, daß die Wirksamkeit des Bodens mit der Steigerung der Zufuhrgeschwindigkeit des Dampfes und bzw. oder der Flüssigkeit erheblich zunimmt. Diese Wirkung ist deshalb besonders bemerkenswert, weil die Wirksamkeit der üblichen Kontaktböden im allgemeinen unter den gleichen Bedingungen abnimmt. Dieses ist insbesondere für Absorptions- und Abstreifverfahren von Bedeutung.

Beispiel 3 Es werden eine Reihe von Versuchen angestellt, um die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel der Leitschaufeln und dem Steigungswinkel zu bestimmen, der dem Gas erteilt wird. Diese Versuche werden in einer einstufigen senkrechten Kolonne von 60 cm Durchmesser vorgenommen, wobei man Luft als Gas verwendet. Die Luft wird durch diese Kolonne in allen Fällen mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 30 m/sec geleitet. In die Kolonne wird keine Flüssigkeit eingespritzt, und man verwendet die verschiedenen Leitschaufeltypen, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind. In der Säule werden an verschiedenen Stellen kleine Fähnchen angebracht. um den Steigungswinkel des Gasstromes anzuzeigen. Die für verschiedene Anstellwinkel jedes Leitschaufeltyps erzielten durchschnittlichen Steigungswinkel sind in Tabelle III angegeben.

Tabelle III Steigungswinkel des Gases in Abhängigkeit vom Anstellwinkel der Leitschaufeln

durchschnittlicher Steigungs-

Art der Leitschaufel winkel Grad bei einem Anstell-

winkel *) der Leitschaufeln von

10° 200 300 400

1.dünn,flacli - . j 28 37 1 46

2. dünn, gekrümmt.. 33 39 43 48

3. stromlinienförmig . . . 30 36 1 41 1

4. dünn, gekrümmt, mit

verlängerter Hinter-

fläche ............ 32 38 42 -

*) der angegebene Anstellwinkel war derjenige der Hinterfläche.

Beispiel 4 In der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Kolonne von 60 cm Durchmesser werden einige Versuchsreihen durchgeführt, um die Wirkung des Steigungswinkels des Gasstromes auf das Ausmaß zu bestimmen in welchem Flüssigkeit vom Gasstrom mitgerissen wird. Bei diesen Versuchen wird Luft als Gas und Wasser als Flüssigkeit verwendet. Die Luft wird durch die einstufige Kolonne mit einer Oberflädiengeschwindigkeit von 30 m/sec geleitet während das Wasser mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten zugeführt wird, nämlich mit 189 und mit 863 l/Min. Der Abstand zwischen dem Wasserein-und -auslaß beträgt durchweg 1,83 m.
Durch Ermittlung der Wassermenge, die bei jeder Bedingung durch den Flüssigkeitsauslaß abströmt, wird der Einfluß der Bedingungen auf den Wirkungsgrad der Wasserabscheidung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 wiedergegeben, in der der Wirkungsgrad der Wasserabscheidung als Ordinate gegen den Anstellwinkel der Leitschaufeln als Abszisse aufgetragen ist. Bei diesen Versuchen bestanden die Leitschaufeln aus dünnen flachen Schaufeln.
Fig. 8 zeigt den starken Einfluß des Anstellwinkels der Leitschaufeln und infolgedesssen auch des Steigungswinkels des Gasstromes auf den Wirkungsgrad der Wasserabscheidung. Besonders bemerkenswert ist, daß erstens der Anstellwinkel der Leitschaufeln bis zu etwa 500 zu einer guten Ausscheidungswirksamkeit und zu einer verhältnismäßig geringen Mitnahme des Wassers führt und daß zweitens der Wirkungsgrad der Abscheidung liei zunehmender Beschickungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit etwas abfällt.
Wenn auch die in Fig. 8 dargestellten Werte mit Wasser und Luft erhalten wurden, so folgen doch auch andere Dampf-Flüssigkeit-Systeme den gleichen Regeln.
Beispiel 5 Eine weitere Versuchsreihe ist in Fig. 9 dargestellt.
Hier wird wie in Beispiel 4 eine Kolonne von 60 cm Durchmesser verwendet. Als strömende Medien dienen wieder Wasser und Luft. Luft wird der Säule mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß die Oberflächengesehwindigkeit 8,53 bis 44,55 m/sec beträgt, und Wasser wird mit einer Geschwindigkeit von 189 1/Min. eingeleitet. Die Stufenhöhe wird bei den Versuchen varriiert; einige Versuche werden bei einer Stufenhöhe von 11/2 Kolonnendurchmessern und einige bei einer Stufenhöhe von etwa 21/2 Kolonne durchmessern durchgeführt. Wiederum wird auch hier die Menge des im Flüssigkeitsauslaß sich ansammelnden Wassers für jede Arbeitsbedingung bestimmt und auf diese Weise der Wirkungsgrad der Wasserausscheidung ermittelt.
Die Wirkung der Gasgeschwindigkeit auf die Ausscheidungswirksamkeit der Flüssigkeit ist aus Fig. 9 zu entnehmen. Danach ist die Ausscheidungswirksamkeit bei verhältnismäßig niedrigen Gasgeschwindigkeiten sehr gering. Sie nimmt indessen mit zunehmender Geschwindigkeit schnell zu, erreicht einen Höchstwert und sinkt schließlich wieder ab.
Ebenso hat die Höhe der Kontaktstufen einen deutlichen Einfluß auf die Ausscheidungswirksamkeit.
Fig. 9 zeigt z. B., daß eine Vergrößerung der Stufenhöhe von 11/2 auf 21/2 Kolonnendurchmesser die Beziehung zwischen Ausscheidungswirksamkeit und Gasgeschwindigkeit etwas verschiebt. Indessen bleibt der Typ der Kurve erhalten.
Interessant ist ein Versuch, den man mit einer Oberflächengasgeschwindigkeit von 30 m/sec und einer Flüssigkeitszufuhr von 189 1/sec durchführt, dabei aber eine Stufenhöhe von 1 Säulendurchmesser verwendet. Hier beträgt die Auscheidungswirksamkeit 65%, was die Bedeutung der Stufenhöhe zeigt.
Es werden weitere Versuche mit Stufenhöhen von 11/2 und 2½ Kolonnendurdimessern und bei Luftgeschwindigkeiten von 16,75 bis 44,50 m/sec durchgeführt, wobei aber das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 341 1/Min. zugeführt wird. Man erhält hier den gleichen Typ von Kurven wie hei der Wasserbeschickungsgeschwindigkeit von 189 1/Min., aber die größere Stufenhöhe ergibt in diesem Falle eine höhere Ausscheidungswirksamkeit, ausgenommen bei den niedrigsten Werten der Luftgeschwindigkeit. Stufen höhe, Gasgeschwindigkeit und Beschickungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit haben also als bestimmende Betriebsbedingungen die größte Bedeutung.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zulll Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten und Dämpfen. bestehend aus einem mit einer an einem Ende befindlichen seitlichen Zuleitung für die Dämpfe ausgestatteten Kontaktgefäß, glekennzeichnet durch Einrielitungen (2; 34; 116 bis 118; 136 bis 138), die den das Gefäß durchströmenden Dämpfen eine schraubenförmige Drehbewegung erteilen und unter denen sich mindestens ein Aggregat schräg gestellter, gleichmäßig gekrümmter, radial angeordneter Leitschaufeln befindet, das den Durchtritt der Dämpfe gestattet, eine oder mehrere Zuleitungen (25 bis 31; 104; 126; 128; 130), durch die das flüssige Gut dem Kontaktgefäß (1; 101) in im wesentlichen gleichsinniger Stromrichtung zu den Dämpfen zugeführt wird, eine Reihe am Rande des Kontaktgefäßes (1; 101) angeordneter. sich in Längsrichtung desselben erstreckender ringförmiger Vorlagen (15 bis 19; 113 bis 115), deren Eintrittsstellen (15a bis 19a; 110 bis 112) mit dem Strömungsweg der Dämpfe in Verbindung stehen und in Längsrichtung des Gefäßes im Abstand voneinander angeordnet sind, und Ableitungen (15-b bis 19 b; 20 bis 24; 119 bis 121) zum Abziehen von Flüssigkeit aus den Vorlagen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsableitungen (20 bis 24; 119; 127; 120; 131) aus den Vorlagen (15 bis 19; 113 bis 115) in Längsrichtung des Kontaktgefäßes (1; 101) in der Strömungsrichtung der Dämpfe in entgegengesetztem Sinn verlaufen und an ihrem Austrittsende je eine konzentrisch in das Kontaktgefäß einmündende Austrittsöffnung (25 bis 29; 126; 128; 130) besitzen, die sich, in Strö mungsrichtung der Dämpfe gesehen, vor der jeweiligen Eintrittsöffnung (16a bis 19a; 111; 110) der vorhergehenden Vorlage befindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsaustrittsöffnungen (126; 128; 130) in das Kontaktgefäß (101) konzentrisch etwas vor den Einrichtungen (136 bis 138) einmünden, die den Dämpfen eine Zentrifugalbewegung erteilen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen zum Abziehen der Flüssigkeit aus den Vorlagen (15 bis 19; 113 bis 115) jeweils ein Venturirohr erhalten, das konzentrisch mit dem Kontaktgefäß (1; 101) und dem Auslaß der Rohrleitungen angeordnet ist, wobei sich der Auslaß in die engste Stelle des Venturirohres öffnet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlagen (15 bis 19) im Inneren des Kontaktgefäßes (1) angeordnet sind und die Eintrittsöffnung (15a bis 19a) zu einer jeden Vorlage zwischen zwei benachbarten Vorlagen liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung zur Zufuhr von Flüsrs,igkeit aus der Vorlage (115) in das Kontaktgefäß (1) in einer Düse (126) endet, über welcher sich ein Verteilerorgan (126 a.) für die Flüssigkeit befindet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine sich in Längsrichtung des Kontaktgefäß es (1) innerhalb desselben erstreckende Reihe einzelner, koaxial in Abständen hintereinanderliegender und in gleichmäßigem Abstand von der Innenwandung des Kontaktgefäßes angeordneter Rohrstücke (5; 6a; 7; 8; 9), die einen kontinuierlichen Dampfstrom durch das Kontaktgefäß (1) gestatten und in dem Raum zwischen ihren Eintritts- und Austrittsenden je eine Kontaktstufe bilden, wobei der Abstand zwischen dem Austrittsende eines jeden Rohrstücks und dem Eintrittsende des benachbarten Rohrstückes eine ringförmige Austrittsöffnung (16a bis 19a) aus dem Dampfstrom bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihe ringförmiger Platten (10 bis 14), die den Ringraum (15 bis 19) zwischen der Innenwandung des Kontaktgefäßes (1) und den Außenwandungen der Rohrstücke (5; 6 6a; 7 bis 9) nahe dem Eintrittsende eines jeden dieser Rohrstücke flüssigkeitsdicht absperren und eine Anzahl von Vorlagen (15 bis 19) bilden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Leitschaufeln jeweils in Form zweier Aggregate angeordnet sind, von denen das erste (116 bis 118) sich nahe dem Eintrittsende und das zweite (136 bis 138) sich zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsende eines jeden Rohrstückes befindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelaggregate (34; 116 bis 118; 136 bis 138) jeweils aus einer Mehrzahl gekrümmter, schräg gestellter Leitschaufeln bestehen, die sich radial von der Mittelachse des Gefäßes (1; 101) bis zu dessen Seitenwandung (6) erstrecken.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln eine derartige Neigung besitzen, daß sie dem Dampfstrom einen Neigungswinkel im Bereich von etwa 30 bis 550 erteilen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln stromlinienförmig ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, gd<ennzeichnet durch vom Umfang des Kontaktgefäßes nach dessen Mittelachse zu radial verlaufende Zuführungsleitungen (51; 52) für die Flüssigkeit.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitseinlaß in Richtung des Dampfstromes vor dem Leitschaufelaggregat angeordnet ist.
15. Vorrichtung zur fraktionierten Destillation nach Anspruch 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes, im wesentlichen zylindrisches Gefäß (101), das an seinem vorderen Ende mit einem Dampfeinlaß (109) und an seinem hinteren Ende mit einem Dampfauslaß (105) ausgestattet ist und zwischen beiden Gefäßenden einen Flüssigkeitseinlaß (104) besitzt, während im Innern des Gefäßes seiner Länge nach mehrere Stufen angeordnet sind, deren jede eine Leitung (125; 127; 131) zur Flüssigkeitszufuhr, ein Leitschaufelaggregat (136 bis 138) und eine Leitung (110 bis 112) für den Flüssigkeitsaustritt besitzt, wobei der Flüssigkeitseinlaß (126; 128; 130) für jede Stufe in der Mittelachse des Gefäßes (101) und in einem gewissen Längsabstand von dem zugehörigen Leitschaufelaggregat (136 bis 138) angeordnet ist, das Leitschaufelaggregat jeder Stufe aus quer verlaufenden, schräg gestellten, bogenförmig gekrümmten Leitschaufeln (136 cd bis 138 cd) besteht, die sich radial von der Längsachse des Gefäßes (101) bis zu dessen Seitenwandung erstrecken, und der Flüssigkeitsauslaß (110 bis 112) jeder Stufe sich in der Seitenwand des Gefäßes (101) hinter dem zugehörigen Leitschaufelaggregat (136 bis 138) befindet und jeweils in eine Flüssigkeitsvorlage (113 bis 115) führt, die mit einer Ableitung (119 bis 121) für die Flüssigkeit ausgestattet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stufe mit einer Rohrleitung (119; 127; 120; 131) zur Förderung von Flüssigkeit aus der zugehörigen Vorlage (115; 114) in eine andere Stufe ausgestattet ist.
17. Verfahren zum Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten und Dämpfen in der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem einen Ende einer Zone einen Dampfstrom zuführt, die Dämpfe in Form eines fortlaufenden, seitlich begrenzten Stromes in Längsrichtung der Zone durch eine Reihe von Kontaktstufen nacheinander hindurchführt und ihnen dabei eine schraubenförmige Zentrifugalbewegung erteilt, die mit den Dämpfen in Austausch zu bringende Flüssigkeit in den Dampfstrom hinein zerstäubt und ihr dadurch ebenfalls eine schraubenförmige Zentrifugalbewegung erteilt, die in jeder Stufe wieder ausgeschiedenen Flüssigkeitsteilchen am Umfang der Zone hinter der betreffenden Stufe sammelt, die in jeder Stufe angesammelte Flüssigkeit von dort abzieht und die Dämpfe vom anderen Ende der Zone entfernt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Länge einer jeden Kontaktstufe gleich dem 1/2- bis 6fachen, vorzugsweise gleich dem 1- bis 3fachen des Zonendurchmessers bemißt.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die mit den Dämpfen in Austausch zu bringende Flüssigkeit anfänglich der Stufe der Zone zuführt, die an dem dem Dampfeintritt entgegengesetzten Ende der Zone liegt, die in jeder Stufe ausgeschiedene Flüssigkeit im Gegenstrom zu den Dämpfen, jedoch getremit von diesen in die jeweils vorhergehende Stufe leitet und sie schließlich aus der Stufe. in welche die Dämpfe eingeführt werden, abzieht.
20. Verfahren zum Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten und Dämpfen in der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß man die Dämpfe dem einen Ende einer zylinderförmigen Zone zuführt, ihnen eine Drehbewegung erteilt und sie auf einem schraubenförmigen Weg in Längsrichtung durch die Zone leitet, die Flüssigkeit an der Längsachse der Zone zuführt. dem Gasstrom eine ausreichende Geschwindigkeit erteilt, um die Flüssigkeit zu zerstäuben und die Flüssigkeitsteilchen zentrifugal gegen die Seitenwand der Zone zu schleudern und sie außerdem längs dieser Seitenwand in Richtung des Gasstromes weiterzutreiben, und diese an der Seitenwand entlanglaufende Flüssigkeit durch eine Öffnung in der Seitenwand abzieht.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Einleitung des Gases in die Zone den Steigungswinkel des trokkenen Gases zwischen 30 und 550, vorzugsweise zwischen 35 und 450, hält.
22. Verfahren zur Zerlegung eines strömenden Mediums in dampfförmige und flüssige Bestandteile durch fraktionierte Destillation mittels der Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man dem vorderen Ende einer langgestreckten, zylinderförmigen Zone einen Dampfstrom so zuführt, daß dieser die Zone in Längsrichtung durchströmt und seine seitliche Begrenzung durch die Innenwand der Zone gebildet wird, wobei ihm beim Eintritt in die zylindrische Zone eine Drehbewegung erteilt wird, so daß sein Strömungsweg die Form einer Schraubenlinie annimmt und er durch mehrere hintereinander angeordnete Kontaktstufen strömt, in deren jeder ein in der Mittelachse der Zone zugeführter Flüssigkeitsstrom von ihm in kleine Teilchen zerstäubt wird und er selbst dabei an Drehbewegung verliert, daß man das entstandene Gemisch von Dampf und Flüssigkeitsteilchen in jeder Kontaktstufe durch quer zur Längsrichtung der Zone angeordnete Leitschaufeln strömen läßt, so daß die Drehungskomponente des Stromes wiederhergestellt wird und die zerstäubten Flüssigkeitsteilchen zentrifugal gegen die Seitenwand der Zone geschleudert werden, und daß man die Flüssigkeit durch Auslässe in der Seitenwand der Zone und den Dampfstrom am hinteren Ende der Zone nach Durchgang durch die verschiedenen Stufen abzieht.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus flüssigen und dampfförmigen Bestandteilen bestehende strömende Medium an einer Stelle zwischen zwei Kontaktstufen in die Zone einführt.