DE1031763B - Stoffaustauschkolonne - Google Patents

Stoffaustauschkolonne

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DE1031763B
DE1031763B DEB42977A DEB0042977A DE1031763B DE 1031763 B DE1031763 B DE 1031763B DE B42977 A DEB42977 A DE B42977A DE B0042977 A DEB0042977 A DE B0042977A DE 1031763 B DE1031763 B DE 1031763B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft eine Stoffaustauschvo'rrichtung für zwei flüssige Phasen, von denen die eine immer eine Flüssigkeit ist, während die andere ■—· die nachstehend als leichte Phase bezeichnet wird — ein Gas, ein Dampf oder eine Flüssigkeit sein kann, deren Dichte geringer ist als jene der ersten Flüssigkeit und die mit dieser nicht mischbar ist.
Die Vorrichtungen, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind insbesondere Vorrichtungen zum Destillieren und zum Waschen eines Gases oder zum Extrahieren einer Flüssigkeit durch eine andere Flüssigkeit.
Es ist bereits eine Stoffaustauschvorrichtung bekannt, die aus einer Kolonne besteht, welche eine Reihe von Platten aufweist, die abwechselnd auf der einen und der anderen Seite der Kolonne angeordnet sind, wobei oberhalb jeder Platte eine geschlossene Fläche vorgesehen ist, die eine Leitwand bildet und eine Verlängerung aufweist, welche unter Bildung eines Flüssigkeitsverschlusses in den Trog zur Speisung der Platte mit Flüssigkeit eintaucht.
Die Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung, die beispielsweise zum Destillieren verwendet wird, ist folgende:
Der aufsteigende Dampf nimmt einen Teil der Flüssigkeit der Platte mit, wobei er dann gegen die Wand der Kolonne prallt, wo das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch in seine Bestandteile zerlegt wird, indem die Flüssigkeit nach der unteren Platte abfließt, während der Dampf um die Leitwand herumgeht und nach oben steigt, um unter die obere Platte zu gelangen usw.
Obwohl die Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung sehr zufriedenstellend ist, weist sie den. Nachteil auf, daß das Volumen der geschlossenen Leitwand einen toien Raum bildet.
Durch die Erfindung wird dieser Nachteil behoben, indem dieser tote Raum dazu benutzt wird, einen oder mehrere zusätzliche Berührungskreisläufe zu bilden, die mit dem ersten verschachtelt sind. Diese Kreisläufe können voneinander vollständig unabhängig sein und parallel wirken, oder sie können auch hintereinandergeschachtelt sein, was die Wirksamkeit der Kolonne vervielfacht, ohne daß dadurch ihre Höhe oder ihr Durchmesser vergrößert würde.
Das wesentliche Merkmal der Stoffaustauschvorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß innerhalb derselben Kolonne mehrere übereinanderliegende Kammern angeordnet sind, die auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten; offen sind, auf denen diese Kammern innerhalb der Kolonne in Gruppen miteinander in Verbindung stehen, daß diese Gruppen ebenso viele einzelne Berührungskreisläufe bilden, von denen jeder mit einem Einlaß und einem Auslaß Stoffaustauschkolonne
Anmelder:
Jean-Luc Berry, Firminy, Loire (Frankreich)
Vertreter:
Dr.-Ing. A. v. Kreisler und Dr.-Ing. K. Schönwald,
Patentanwälte, Köln 1, Deichmannhaus
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. Dezember 1956
Jean-Luc Berry, Firminy, Loire (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden
für die leichte Phase sowie mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Flüssigkeit versehen ist, daß an der inneren Wand der Kolonne Platten derart befestigt sind, daß sie abwechselnd von der einen offenen Seite und von der anderen offenen Seite in die aufeinanderfolgenden Kammern desselben Kreislaufes hineinragen, daß jede Platte mit dem in der Nähe der Wand der Kolonne befestigten Ende einen Flüssigkeitstrog bildet und am anderen Ende mit einer Ablaufkante versehen ist, und daß jede Kammer am unteren Ende eine im wesentlichen senkrechte Wand aufweist, die in den Trog der unmittelbar darunterliegenden Kammer eintaucht und auf diese Weise einen Flüssigkeitsverschluß für den Trog bildet.
Die Wirkungsweise jedes Kreislaufes dieser Vorrichtung ist mit jener des vorstehend beschriebenen Kreislaufes identisch, lediglich mit dem Unterschied, daß die Leitwän'de des einen Kreislaufes durch die Wände der Kammern des oder der anderen, Kreislaufe gebildet werden,
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist bei Ausbildung von η Kreisläufen, wobei η eine ganze Zahl oder mindestens gleich 2 ist, jeder Kreislauf aus η Kammerpaaren gebildet ist und
sich aus dem Vorhergehenden durch eine senkrechte Amplitudenverschiebung ergibt, die gleich ist der Höhe einer Kammer und einer Drehung um π/η. Wenn daher bei der einfachsten Ausführungsform in derselben Kolonne zwei Kreisläufe vorgesehen sind,
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dar Platte/» bildet daher mit der Wand der Kolonne einen Flüssigkeitkstrog c (Fig. 3), während das andere Ende der Platte eine Ablaufkante d (Fig. 3) aufweist. In jeden Trog c ragt eine senkrechte Wand S, welche die Verlängerung der senkrechten Wand 3 der darübeFliegendeni Kammer eines anderen Kreislaufes darstellt und. welche auf diese Weise mit der Platte einen Flüssigkeitsverschluß bildet. Jeder Kreislauf ist in seinem unteren Teil mit einem Einlaß f für die
Fig. 4 ist eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform.
Nachstehend wird der Einfachheit halber eine Vorstehen die verschiedenen übereinanderliegenden Kammern paarweise miteinander m Verbindung, und der eine Kreislauf ergibt sich aus dem anderen durch, eine senkrechte Amplitudenverschiebung, die gleich ist der Höhe einer Kainmer undTeinef Drehung um 90°. ''-1In der Zeichnung sind'zwei-beispielsweise. Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt,
6" "Fig. 1 zeigt teilweise,, geschnitten . eine schaubildliche Teilansicht einer Kolonne mit zwei ineinander 10 leichte Phase, an seinem oberen Teil mit einem Einverschacbtelten Kreisläufen;."" ;".""__ laß / für die Flüssigkeit, am oberen Ende mit einem
Fig. 2 ist eine auseinaindergezögene Darstellung Auslaß g für die leichte Phase und im unteren Teil von vier aufeinanderfolgenden Kammern der Kolonne mit einem Auslaß h für die Flüssigkeit versehen., gemäß Fig. 1, welche deren relative Stellungen zeigt; Aus dem Vorstehenden und aus den Fig. 1 und 2
Fig. 3 ist ein Längsschnitt nach der Linie 3-3 der 15 geht hervor, daß sich jeder Kreislauf aus dem Vor-Fig. 1; hergehenden durch eine Amplitudenverschiebung ergibt, die gleich ist der Höhe einer Kammer und einer Drehung um 90°, wobei die übereinanderliegenden Kammern paarweise miteinander verbunden sind, richtung beschrieben, die nur zwei ineinander ver- 20 Ganz allgemein werden gemäß der bevorzugten Ausschachtelte Kreisläufe aufweist. Diese Beschreibung führungsform bei Ausbildung von η Kreisläufen im ist aber ganz allgemein auch auf eine Vorrichtung mit gleichen Kreislauf η Kammerpaare miteinander in mehr als zwei Kreisläufen' anwendbar. Verbindung stehen,. und jeder Kreislauf ergibt sich
(Gemäß, der in Fig. l'.:daigestellten Ausführungs- aus dem Vorhergehenden durch eine Amplitudenverform besteht die Vorrichtung aus einer Kolonne 1, 25 Schiebung, die gleich ist der Höhe einer Kammer und in welcher die aufeinander folgenden Kammern, über- einer Drehung um π/η.
einander angeordnet .und- rnit A1, A2, B1, B2, C1, C2, Es soll nunmehr die Wirkungsweise eines Kreis-
D1, D2, E1, E2 . ,. .bezeichnet sind. Alle Kammern mit laufes angegeben werden, beispielsweise des zweiten dem Index 1 bilden untereinander einen ersten Beruh- Kreislaufes. Die Wirkungsweise des anderen Kreisrungskreislauf, und. alle Kammern mit dem Index 2 30 laufes ist identisch.
bilden einen zweiten Berührungskreislauf. Jede Kam- Die leichte Phase (gestrichelter Pfeil), die bei-
mer kann längs ihrer' senkrecht verlaufenden Kanten spielsweise aus der unteren Kammer C2 kommt, unmittelbar oder mittels eines aufgebrachten. Bleches nimmt bei ihrem Durchgang die Flüssigkeit mit, die an der Kolonne, beispielsweise durch Verschweißen, von der Ablaufkante d der Platte p2 der Kammer. B2 befestigt werden. Jede Kammer ist auf zwei senk- 35 abfließt. Das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch prallt mit rechten gegenüberliegenden Seiten 2, 2a offen sowie großer Geschwindigkeit gegen die gegenüberliegende auf den beiden anderen senkrechten Seiten 3, 3 a und Wand der Kolonne oder gegen eine Wand, die auf auf den waagerechten Seiten 4, 4a geschlossen. Ob- dieser angebracht sein kann. Infolge dieses Aufpralls .wohl der Deutlichkeit halber jede Kammer mit ge- fallen die schwereren Teilchen, d.h. die Flüssigkeitstrennten waagerechten Wänden 4 und 4 a versehen 40 teilchen, durch den entsprechenden Kanal G2 auf die ist, kann selbstverständlich die Wand 4 einer Kam- Platte p2 der Kammer C2. zurück. Nachdem die leichmer die Wand 4 α der^; darüber liegenden Kammer teren Teilchen die durch die Wände 3 a, 4, 4 a der und Wand 4α der erstgenannten Kammer die Wand 4 oberen. Kammer B1 des anderen Kreislaufes gebildete dar darunterliegenden Kammer bilden. - Leitwand umgangen haben, münden sie unterhalb der
- Alle offenen Seiten der Kammern desselben Kreis- 45 Platte p2 der Kammer A2, wo· sich derselbe Vorgang laufes sind im- der&elbea. Richtung ausgerichtet, wäh- wiederholt. Die leichte Phase entweicht schließlich
durch den Auslaß g. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die den Einlaß / und den Auslaß g bildenden Rohre beiden Kreisläufen gemeinsam, die stehen daher, auf ihren offenen Seiten durch Kanäle C- 50 parallel wirken. Die Kolonne kann aber oben und miteinander in Verbindung, die. zwischen, diesen unten abgeschlossen sein, um den unabhängigen Eintritt und Austritt der vorhandenen Phasen zu gewährleisten.
Die obige Beschreibung zeigt deutlich, daß die
In jedem Kreislauf unterscheiden sich überdies die 55 Wände der Kammern des einen Kreislaufes als Leit-S ei ten 2 und 2 α dadurch, daß Jn die Seite 2 α eine wand für den anderen Kreislauf dienen. Ebenso bil-Platte/> hineinragt, die an der gegenüberliegenden
Wand der Kolonne befestigt ist, während die Seite 2
vollständig frei ist. Der Deutlichkeit halber sind die
Platten des ersten Kreislaufes mit P1 und die Platten 60
des zweiten Kreislaufes' mit p2 bezeichnet. In demselben Kreislauf ragen die Plätten/; in den aufeinanderfolgenden Kammern- abwechselnd in die einander gegenüberliegenden -offenen Seiten hinein, d. h.
mit anderen Worten, i.n den aufeinanderfolgenden 6g stehen, was einer großen Geschwindigkeit der leichten Kammern desselben Kreislaufes sind die Seiten 2α Phase und infolgedessen einer großen. Gasförderam 180° gegeneinander, ,versetzt angeordnet. Jede menge in jedem Kreislauf entspricht. Platte p unterteilt den Kanal [G in zwei Teile, die mit- Zusammenfassend kann bemerkt werden, daß sich
-einander nur über die.Kammer verbunden sind, in der Vorgang in jedem Kreislauf so abspielt, als ob welche die Platte p hineinragt. Das befestigte Ende 70 der andere nicht vorhanden wäre, mit dem einzigen
xend die-offenen. S ei ten,der Kammern des zweiten Kreislaufes in der gleichen. Ebene um 90° versetzt .angeordnet sind. Die Kammern desselben Kreislaufes
Seiten und der Kolonne ausgespart sind, nämlich durch Kanäle G1 für den ersten Kreislauf und durch Kanäle G0 für den zweiten Kreislauf.
den die Verlängerungen 6" der Wände 3 des einen
Kreislaufes Flüssigkeitsverschlüsse für den anderen
Kreislauf.
Diese Flüssigkeitsverschlüsse weisen eine beträchtliche Höhe auf, weil außer den Verlängerungen S
auch die Wände 3 einen Teil derselben bilden. Es
kann daher zwischen, den beiden Schenkeln der Flüssigkeitsverschlüsse ein großer Druckunterschied be-
Unterschied, daß im vorliegenden Falle in einer Kolonne von bestimmter Höhe zwei Kreisläufe untergebracht werden konnten, weil der tote Raum der Leitwand des einen Kreislaufes dazu benutzt wird, die Berührungskammern des anderen Kreislaufes zu bilden.
Die so ausgebildete Vorrichtung kann als Destillationskolonne verwendet werden, wobei die leichte Phase durch den Dampf der zu destillierenden Flüssigkeit gebildet wird. Die Vorrichtung kann, auch zum Waschen eines Gases mittels einer Flüssigkeit dienen, wobei das Gas die leichte Phase bildet. In beiden Fällen können die zu beiden Seiten der Kammern ausgesparten Kanäle G statt gleichen Querschnittes durch Verschiebung der Kammern in einer waagerechten Ebene verschiedene Querschnitte erhalten, damit die voluminösere leichte Phase in jeder Stufe über einen Durchgaiigskanal verfügt, der einen größeren. Querschnitt aufweist als der für die Flüssigkeit bestimmte Kanal. Schließlich kann die Vorrichtung auch dazu dienen, zwei nicht mischbare Flüssigkeiten miteinander in Berührung zu bringen, wobei die leichte Phase durch die Flüssigkeit von geringerer Dichte gebildet wird, um durch eine der Flüssigkeiten einen Bestandteil der anderen zu extrahieren. Die dargestellte Anordnung der Kammern und der Kanäle G ist für diesen Fall besonders geeignet.
In Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 3 dargestellt, bei welcher die oberen Wände 4 und die unteren Wände 4a der verschiedenen Kammern statt der ebenen Form die Form einer Kugelkalotte aufweisen, deren konkave Seite nach oben gekehrt ist. Dadurch wird der folgende Vorteil erzielt:
Bei einer plötzlichen Unterbrechung des Betriebes der Kolonne läuft die in den Flüssigkeitsverschlüssen jeder Platte p befindliche Flüssigkeit ab. Bai der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform gelangt diese Flüssigkeit bis in den unteren Teil der Kolonne, so daß bei einer Wiederingangsetzung für die Erzielung des normalen Betriebes eine bestimmte Zeit erforderlich ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird diese Flüssigkeit in den durch die konkaven Seiten der oberen Wände der Kammern gebildeten Mulden zurückgehalten. Infolgedessen ist bei Wiederingangsetzung der Kolonne der normale Betrieb viel rascher erzielbar. Außerdem wird die Führung des Dampfes durch gekrümmte Wände infolge eines geringeren Druckverlustes besser gewährleistet als durch ebene Wände. Da schließlich die in Form einer Kugelkalotte ausgebildeten Wände gegen Druck widerstandsfähiger sind, ist es möglich, die beiden verschachtelten Kreisläufe unter verschiedenem Druck zu betreiben.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Arsführungsformen beschränkt, die nur beispielsweise angegeben sind.

Claims (5)

PaTENTANSPKÜCHE:
1. Stoffaustauschkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kolonne (1) mehrere übereinanderliegende Kammern (A1, A2, B1, B2...) angeordnet sind, die auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten (2 und 2 a) offen sind, diese Kammern innerhalb der Kolonne in Gruppen (A1, B1... und A2, B2...) miteinander in Verbindung stehen, daß diese Gruppen ebenso viele einzelne Berührungskreisläufe bilden, von denen jeder mit einem Einlaß (f) und einem Auslaß (g) für die leichte Phase sowie mit einem Einlaß (/) und einem Auslaß (h) für die Flüssigkeit versehen ist, daß an der inneren Wand der Kolonne Platten (P1 und P2) derart befestigt sind, daß sie abwechselnd von der einen offenen Seite und von der anderen offenen Seite in die aufeinanderfolgenden Kammern desselben Kreislaufes hineinragen., daß jede Platte mit dem in der Nähe der Wand der Kolonne befestigten Ende einen Flüssigkeitstrog (c) bildet und am anderen Ende mit einer Ablaufkante (d) versehen ist und daß jede Kammer am unteren Ende eine im wesentlichen senkrechte Wand (S) aufweist, die in den Trog (c) der unmittelbar darunterliegenden Kammer eintaucht und auf diese Weise einen Flüssigkeitsverschluß für den Trog bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung von η Kreisläufen, wobei η eine ganze Zahl oder mindestens gleich 2 ist, jeder Kreislauf aus η Kammerpaaren gebildet ist und sich aus dem Vorhergehenden durch eine senkrechte Amplitudenverschiebung ergibt, die gleich ist der Höhe einer Kammer (A1, A2, B1, B2,..) und einer Drehung um π/η.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in derselben Kolonne zwei Kreisläufe vorgesehen sind, wobei die verschiedenen übereinanderliegenden Kammern paarweise miteinander in Verbindung stehen und jeder Kreislauf sich aus dem anderen durch eine senkrechte Amplitudenverschiebung ergibt, die gleich ist der Höhe einer Kammer oder einer Drehung um 90°.
4. Vorrichtung nach eimern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Kammern in waagerechter Richtung derart verschoben sind, daß zwischen der Kolonne (1) und den offenen Seiten (2 und 2 a) der Kammern Durchgangskanäle (G) verschiedenen Querschnitts ausgespart werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Wände (4) und die unteren Wände (4 a) der verschiedenen Kammern die Form einer Kugelkalotte aufweisen, deren konkave Seite nach oben gekehrt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 530/357 6.
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